（浙江选考）2020版高考物理总复习 第五章 2 第2节 动能 动能定理课件

第2节动能动能定理第五章机械能及其守恒定律一、动能1．定义：物体由于______而具有的能．2．公式：Ek＝12mv2.3．单位：焦耳，1J＝1N·m＝1kg·m2/s2.4．矢标性：动能是______，只有正值．5．动能的变化量：ΔEk＝12mv22－12mv21，是过程量．运动标量二、动能定理1．内容：力在一个过程中对物体所做的功，等于物体在这个过程中____________．2．表达式：W＝____________．3．物理意义：______的功是物体动能变化的量度．4．适用条件(1)动能定理既适用于直线运动，也适用于____________．(2)既适用于恒力做功，也适用于____________．(3)力可以是各种性质的力，既可以同时作用，也可以_____________．动能的变化Ek2－Ek1合力曲线运动变力做功不同时作用对动能定理的理解及应用【知识提炼】1．动能定理公式中“＝”体现的“三个关系”数量关系合力的功与物体动能的变化可以等量代换单位关系国际单位都是焦耳因果关系合力做的功是物体动能变化的原因2.“一个参考系”：高中阶段动能定理中的位移和速度应以地面或相对地面静止的物体为参考系．3．适用范围：直线运动、曲线运动、恒力做功、变力做功、各个力同时做功、分段做功均可用动能定理．【典题例析】一物块沿倾角为θ的斜坡向上滑动．当物块的初速度为v时，上升的最大高度为H，如图所示．当物块的初速度为v2时，上升的最大高度记为h.重力加速度大小为g.物块与斜坡间的动摩擦因数和h分别为()A．tanθ和H2B．v22gH－1tanθ和H2C．tanθ和H4D．v22gH－1tanθ和H4[解析]设物块与斜坡间的动摩擦因数为μ，则物块沿斜坡上滑的过程中，由动能定理－(mgH＋μmgcosθHsinθ)＝0－12mv2①由①得μ＝(v22gH－1)tanθ当物块的初速度为v2时，由动能定理知－(mgh＋μmgcosθhsinθ)＝0－12m(v2)2②由①②两式得h＝H4.[答案]D应用动能定理的三理解(1)动能定理说明了合力对物体所做的功和动能变化量间的一种因果关系和数量关系．(2)动能定理中的位移和速度必须是相对于同一个参考系的，一般以地面或相对地面静止的物体为参考系．(3)动能定理的表达式是一个标量式，不能在某方向上应用动能定理．【题组过关】考向1对动能定理的理解1．(2019·湖州质检)关于运动物体所受的合外力、合外力做的功及动能变化的关系．下列说法正确的是()A．合外力为零，则合外力做功一定为零B．合外力做功为零，则合外力一定为零C．合外力做功越多，则动能一定越大D．动能不变，则物体合外力一定为零解析：选A.由W＝Flcosα可知，物体所受合外力为零，合外力做功一定为零，但合外力做功为零，可能是α＝90°，故A正确，B错误；由动能定理W＝ΔEk可知，合外力做功越多，动能变化量越大，但动能不一定越大，动能不变，合外力做功为零，但合外力不一定为零，C、D均错误．考向2动能定理的应用2．(2019·宁波调研)张伟同学参加学校运动会立定跳远项目比赛，起跳直至着地过程如图所示，测量得到比赛成绩是2.5m，目测空中脚离地最大高度约0.8m，忽略空气阻力，则起跳过程该同学所做功最接近()A．65JB．750JC．1025JD．1650J解析：选B.人从最高点落地可看做平抛运动，设人在最高点的速度为v0，则h＝12gt2，12x＝v0t，则起跳过程中该同学所做的功为W＝mgh＋12mv20，解得W≈750J.应用动能定理求解多过程问题【知识提炼】动能定理在多过程问题中的应用(1)对于多个物理过程要仔细分析，将复杂的过程分割成一个一个子过程，分别对每个过程分析，得出每个过程遵循的规律．当每个过程都可以运用动能定理时，可以选择分段或全程应用动能定理，题目不涉及中间量时，选择全程应用动能定理更简单、方便．(2)应用全程法解题求功时，有些力可能不是全过程都作用的，必须根据不同的情况分别对待，弄清楚物体所受的力在哪段位移上做功，哪些力做功，做正功还是负功，正确写出总功．【典题例析】如图所示，半径R＝0.5m的光滑圆弧面CDM分别与光滑斜面体ABC和斜面MN相切于C、M点，斜面倾角分别如图所示．O为圆弧圆心，D为圆弧最低点，C、M在同一水平高度．斜面体ABC固定在地面上，顶端B安装一定滑轮，一轻质软细绳跨过定滑轮(不计滑轮摩擦)分别连接小物块P、Q(两边细绳分别与对应斜面平行)，并保持P、Q两物块静止．若PC间距为L1＝0.25m，斜面MN足够长，物块P质量m1＝3kg，与MN间的动摩擦因数μ＝13，重力加速度g＝10m/s2，求：(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)(1)小物块Q的质量m2；(2)烧断细绳后，物块P第一次到达D点时对轨道的压力大小；(3)物块P在MN斜面上滑行的总路程．[解析](1)根据共点力平衡条件，两物块的重力沿斜面的分力相等，有：m1gsin53°＝m2gsin37°解得m2＝4kg.(2)小物块P到D点过程，由动能定理得m1gh＝12m1v2D根据几何关系，有：h＝L1sin53°＋R(1－cos53°)在D点，支持力和重力的合力提供向心力：FD－m1g＝m1v2DR解得：FD＝78N由牛顿第三定律得，物块P对轨道的压力大小为78N.(3)分析可知最终物块在CDM之间往复运动，在C点和M点速度为零．全过程应用动能定理得：m1gL1sin53°－μm1gcos53°L总＝0解得L总＝1.0m即物块P在MN斜面上滑行的总路程为1.0m.[答案](1)4kg(2)78N(3)1.0m利用动能定理求解多过程问题的基本思路(1)弄清物体的运动由哪些过程组成．(2)分析每个过程中物体的受力情况．(3)各个力做功有何特点，对动能的变化有无影响．(4)从总体上把握全过程，表达出总功，找出初、末状态的动能．(5)对所研究的全过程运用动能定理列方程．【题组过关】考向1动能定理解决往复运动问题1．如图甲所示，轻弹簧左端固定在竖直墙上，右端点在O位置．质量为m的物块A(可视为质点)以初速度v0从距O点右方x0的P点处向左运动，与弹簧接触后压缩弹簧，将弹簧右端压到O′点位置后，A又被弹簧弹回．A离开弹簧后，恰好回到P点．物块A与水平面间的动摩擦因数为μ.求：(1)物块A从P点出发又回到P点的过程，克服摩擦力所做的功．(2)O点和O′点间的距离x1.(3)如图乙所示，若将另一个与A完全相同的物块B(可视为质点)与弹簧右端拴接，将A放在B右边，向左推A、B，使弹簧右端压缩到O′点位置，然后从静止释放，A、B共同滑行一段距离后分离．分离后物块A向右滑行的最大距离x2是多少？解析：(1)物块A从P点出发又回到P点的过程，根据动能定理得克服摩擦力所做的功为Wf＝12mv20.(2)物块A从P点出发又回到P点的过程，根据动能定理得2μmg(x1＋x0)＝12mv20解得x1＝v204μg－x0.(3)A、B在弹簧处于原长处分离，设此时它们的共同速度是v1，弹出过程弹力做功WF只有A时，从O′到P有WF－μmg(x1＋x0)＝0－0A、B共同从O′到O有WF－2μmgx1＝12×2mv21分离后对A有12mv21＝μmgx2联立以上各式可得x2＝x0－v208μg.答案：(1)12mv20(2)v204μg－x0(3)x0－v208μg考向2动能定理解决平抛、圆周运动相结合的问题2.(2019·舟山质检)如图所示，倾角为37°的粗糙斜面AB底端与半径R＝0.4m的光滑半圆轨道BC平滑相连，O点为轨道圆心，BC为圆轨道直径且处于竖直方向，A、C两点等高，质量m＝1kg的滑块从A点由静止开始下滑，恰能滑到与O点等高的D点，g取10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8.(1)求滑块与斜面间的动摩擦因数μ；(2)若使滑块能到达C点，求滑块从A点沿斜面滑下时的初速度v0的最小值；(3)若滑块离开C点的速度大小为4m/s，求滑块从C点飞出至落到斜面上所经历的时间t.解析：(1)滑块恰能滑到D点，则vD＝0滑块从A→B→D过程中，由动能定理得mg(2R－R)－μmgcosθ·2Rsinθ＝0－0解得μ＝0.375.(2)滑块恰能过C点时，vC有最小值，则在C点mg＝mv2CR滑块从A→B→D→C过程，由动能定理得－μmgcosθ·2Rsinθ＝12mv2C－12mv20解得v0＝23m/s.(3)滑块离开C点后做平抛运动，设下落的高度为h，则有h＝12gt2x＝v′Ctx2R－h＝tan53°其中v′C＝4m/s联立解得t＝0.2s.答案：(1)0.375(2)23m/s(3)0.2s动能定理与图象的综合问题【题组过关】1．(多选)(2019·嘉兴调研)质量为1kg的物体静止在水平粗糙的地面上，在一水平外力F的作用下运动，如图甲所示，外力F和物体克服摩擦力Ff做的功W与物体位移x的关系如图乙所示，重力加速度g取10m/s2.下列分析正确的是()A．物体与地面之间的动摩擦因数为0.2B．物体运动的位移为13mC．物体在前3m运动过程中的加速度为3m/s2D．x＝9m时，物体的速度为32m/s解析：选ACD.由Wf＝Ffx对应题图乙可知，物体与地面之间的滑动摩擦力Ff＝2N，由Ff＝μmg可得μ＝0.2，A正确；由WF＝Fx对应题图乙可知，前3m内，拉力F1＝5N，3～9m内拉力F2＝2N，物体在前3m内的加速度a1＝F1－Ffm＝3m/s2，C正确；由动能定理得：WF－Ffx＝12mv2，可得：x＝9m时，物体的速度为v＝32m/s，D正确；物体的最大位移xm＝WFFf＝13.5m，B错误．2．如图甲所示，在倾角为30°的足够长的光滑斜面AB的A处连接一粗糙水平面OA，OA长为4m．有一质量为m的滑块，从O处由静止开始受一水平向右的力F作用．F只在水平面上按图乙所示的规律变化．滑块与OA间的动摩擦因数μ＝0.25，g取10m/s2，试求：(1)滑块运动到A处的速度大小；(2)不计滑块在A处的速率变化，滑块冲上斜面AB的长度是多少？解析：(1)由题图乙知，在前2m内，F1＝2mg做正功，在第3m内，F2＝－0.5mg，做负功，在第4m内，F3＝0，滑动摩擦力Ff＝－μmg＝－0.25mg，始终做负功，对于滑块在OA上运动的全过程，由动能定理得：F1x1＋F2x2＋Ffx＝12mv2A－0即2mg×2－0.5mg×1－0.25mg×4＝12mv2A解得vA＝52m/s.(2)对于滑块冲上斜面的过程，由动能定理得－mgLsin30°＝0－12mv2A解得：L＝5m.所以滑块冲上斜面AB的长度L＝5m.答案：(1)52m/s(2)5m功能相关图象问题分析的“三步走”