（江浙選考1）2020版高考物理總復(fù)習(xí) 第七章 機(jī)械能及其守恒定律 第15講 動能和動能定理課件

1、第第1515講動能和動能定理講動能和動能定理 -2- -3- 考點一考點二考點三實驗 動能和動能定理 核心知識整合核心知識整合 1.動能:物體由于而具有的能;公式:;單 位:焦,1 J=1 Nm=1 kgm2/s2。 2.動能是量,只有大小,沒有方向;動能是狀態(tài)量,因為v是瞬時 速度。 運(yùn)動 標(biāo) -4- 考點一考點二考點三實驗 3.動能定理 -5- 考點一考點二考點三實驗 關(guān)鍵能力提升關(guān)鍵能力提升 命題點一命題點一動能動能 【例1】 關(guān)于動能,下列說法正確的是() 公式 中的速度v是物體相對于地面的速度 動能的大小由物體的質(zhì)量和速率決定,與物體運(yùn)動的方向無關(guān) 物體以相同的速率向東和向西運(yùn)動,動

2、能的大小相等但方向不 同 物體以相同的速率做勻速直線運(yùn)動和曲線運(yùn)動,其動能相等 A.B.C.D. 答案解析解析 關(guān)閉 答案解析 關(guān)閉 -6- 考點一考點二考點三實驗 【例2】 下列關(guān)于某物體(質(zhì)量一定)的速度和動能的說法正確 的是() A.物體的速度變化,動能一定變化 B.物體的動能變化,速度一定變化 C.物體的速度變化大小相同時,其動能變化也一定相同 D.物體的速度減小時,動能有可能變?yōu)樨?fù)值 答案解析解析 關(guān)閉 答案解析 關(guān)閉 -7- 考點一考點二考點三實驗 易錯警示本題應(yīng)注意速度是矢量,大小及方向只要有一個量發(fā)生 變化則速度就發(fā)生了變化。知道動能是標(biāo)量,速度是矢量。 -8- 考點一考點二考

3、點三實驗 命題點二命題點二動能定理動能定理 【例3】 甲、乙兩物體質(zhì)量之比m1m2=12,它們與水平桌面 間的動摩擦因數(shù)相同,在水平桌面上運(yùn)動時,因受摩擦力作用而停 止。 (1)若它們的初速度相同,則運(yùn)動位移之比為; (2)若它們的初動能相同,則運(yùn)動位移之比為。 答案:(1)11(2)21 -9- 考點一考點二考點三實驗 解析:設(shè)兩物體與水平桌面間的動摩擦因數(shù)為。 (1)它們的初速度相同,設(shè)為v0,由動能定理得 所以l1l2=11。 (2)它們的初動能相同,設(shè)為Ek,由動能定理得 -m1gl1=0-Ek -m2gl2=0-Ek 所以l1l2=m2m1=21。 -10- 考點一考點二考點三實驗

4、【例4】 如圖所示,質(zhì)量相同的物體分別自斜面AC和BC的頂端 由靜止開始下滑,物體與斜面間的動摩擦因數(shù)都相同,物體滑到斜 面底部C點時的動能分別為Ek1和Ek2,下滑過程中克服摩擦力所做 的功分別為W1和W2,則() A.Ek1Ek2W1Ek2W1=W2 C.Ek1=Ek2W1W2 D.Ek1W2 答案解析解析 關(guān)閉 答案解析 關(guān)閉 -11- 考點一考點二考點三實驗 動能定理的應(yīng)用 核心知識整合核心知識整合 1.動能定理中涉及的物理量有F、l、m、v、W、Ek、Ek等,在 處理含有上述物理量的力學(xué)問題時,可以考慮使用動能定理。 2.由于只需要從力做功和始末兩狀態(tài)動能變化去考慮,無需注意 其中運(yùn)

5、動狀態(tài)變化的細(xì)節(jié),用動能定理求解變力做功也是一種重要 的方法。 -12- 考點一考點二考點三實驗 關(guān)鍵能力提升關(guān)鍵能力提升 命題點一命題點一恒力作用下動能定理的應(yīng)用恒力作用下動能定理的應(yīng)用 【例5】 將一小球豎直向上拋出,小球在運(yùn)動過程中所受到的空 氣阻力不可忽略。a為小球運(yùn)動軌跡上的一點,小球上升和下降經(jīng) 過a點時的動能分別為Ek1和Ek2。從拋出開始到小球第一次經(jīng)過a點 時重力所做的功為W1,從拋出開始到小球第二次經(jīng)過a點時重力所 做的功為W2。下列選項正確的是() A.Ek1=Ek2,W1=W2B.Ek1Ek2,W1=W2 C.Ek1Ek2,W1Ek2,W1Ek2,故B正確。 答案解析

6、關(guān)閉 B -13- 考點一考點二考點三實驗 【例6】 一小物塊沿斜面向上滑動,然后滑回到原處。物塊初動 能為Ek0,與斜面間的動摩擦因數(shù)不變,則該過程中,物塊的動能Ek與 位移x關(guān)系的圖線是() 答案解析解析 關(guān)閉 上滑時Ek=Ek0-mgcos x-mgsin x,圖象為直線;回來時Ek=mg(xm- x)sin -mgcos (xm-x),圖象為直線;當(dāng)x=xm時,Ek=0,故選C。 答案解析 關(guān)閉 C -14- 考點一考點二考點三實驗 命題點二命題點二用動能定理求解變力做功用動能定理求解變力做功 【例7】 假設(shè)足球的質(zhì)量為0.5 kg,某次梅西踢球瞬間對球的平 均作用力為100 N,使球

7、由靜止開始以20 m/s的速度飛出,球在水平 方向運(yùn)動了20 m 后入網(wǎng),則梅西對球所做的功為() A.25 JB.50 J C.100 JD.2 000 J 答案解析解析 關(guān)閉 答案解析 關(guān)閉 -15- 考點一考點二考點三實驗 【例8】 質(zhì)量為m的小球被系在輕繩一端,在豎直平面內(nèi)做半徑 為r的圓周運(yùn)動,如圖所示,運(yùn)動過程中小球受到空氣阻力的作用。 設(shè)某一時刻小球通過軌道的最低點,此時繩子的張力為7mg,在此后 小球繼續(xù)做圓周運(yùn)動,經(jīng)過半個圓周恰好能通過最高點,則在此過 程中小球克服空氣阻力所做的功是() 答案解析解析 關(guān)閉 答案解析 關(guān)閉 -16- 考點一考點二考點三實驗 命題點三命題點三動

8、能定理與機(jī)車啟動動能定理與機(jī)車啟動 【例9】 某質(zhì)量為m的電動玩具小車在平直的水泥路上由靜止 沿直線加速行駛。經(jīng)過時間t,小車前進(jìn)的距離為x,且速度達(dá)到最大 值vm,設(shè)這一過程中電動機(jī)的功率恒為P,小車受阻力恒為F,則t時間 內(nèi)() A.小車做勻加速運(yùn)動 B.小車受到的牽引力逐漸增大 C.合外力對小車所做的功為Pt D.牽引力對小車所做的功為 答案解析解析 關(guān)閉 答案解析 關(guān)閉 -17- 考點一考點二考點三實驗 動能定理在多過程中的應(yīng)用 核心知識整合核心知識整合 1.運(yùn)用動能定理解決問題時,選擇合適的研究過程能使問題得以 簡化。當(dāng)物體的運(yùn)動過程包含幾個運(yùn)動性質(zhì)不同的子過程時,可以 選擇一個、幾

9、個或全部子過程作為研究過程。 2.當(dāng)選擇全部子過程作為研究過程,涉及重力、大小恒定的阻力 或摩擦力做功時,要注意運(yùn)用它們的功能特點: (1)重力的功取決于物體的初、末位置,與路徑無關(guān)。 (2)大小恒定的阻力或摩擦力的功等于力的大小與路程的乘積。 -18- 考點一考點二考點三實驗 關(guān)鍵能力提升關(guān)鍵能力提升 命題點一命題點一單個物體多個運(yùn)動過程單個物體多個運(yùn)動過程 【例10】 如圖所示,一輛汽車從A點開始爬坡,坡與水平面間的 夾角為30,在牽引力不變的條件下行駛45 m到達(dá)B點,這時司機(jī)立 即關(guān)掉油門,汽車又向前滑行15 m停在C點。汽車的質(zhì)量為5103 kg,行駛中受到的摩擦阻力是車重的 ,g取

10、10 m/s2,求汽車的牽引力 做的功和它經(jīng)過B點時的速率。 答案:2.25106 J15 m/s -19- 考點一考點二考點三實驗 解析:汽車從A到C的過程中,汽車發(fā)動機(jī)的牽引力做正功,重力做 負(fù)功,摩擦阻力做負(fù)功,動能的變化量為零。 由動能定理得WF-WG-W阻=0 解得WF=WG+W阻=mgh+0.25mgl=2.25106 J 汽車由B到C的過程中,克服重力、摩擦阻力做功,汽車的動能減 小到零,由動能定理得 -20- 考點一考點二考點三實驗 【例11】 如圖所示,小球以初速度v0從A點沿不光滑的軌道運(yùn)動 到高為h的B點后自動返回,其返回途中仍經(jīng)過A點,小球經(jīng)過軌道連 接處無機(jī)械能損失,

11、則小球經(jīng)過A點時的速度大小為() 答案解析解析 關(guān)閉 答案解析 關(guān)閉 -21- 考點一考點二考點三實驗 方法技巧(1)動能定理中的位移和速度必須是相對于同一個參考 系的,一般以地面或相對地面靜止的物體為參考系。 (2)應(yīng)用動能定理的關(guān)鍵在于對研究對象進(jìn)行準(zhǔn)確的受力分析及 運(yùn)動過程分析,并畫出運(yùn)動過程的草圖,借助草圖理解物理過程之 間的關(guān)系。 (3)當(dāng)物體的運(yùn)動包含多個不同過程時,可分段應(yīng)用動能定理求解; 當(dāng)所求解的問題不涉及中間的速度時,也可以全過程應(yīng)用動能定理 求解,這樣更簡便。 (4)列動能定理方程時,必須明確各力做功的正負(fù),確實難以判斷 的先假定為正功,最后根據(jù)結(jié)果加以檢驗。 -22-

12、考點一考點二考點三實驗 命題點二命題點二動能定理解決往復(fù)運(yùn)動動能定理解決往復(fù)運(yùn)動 【例12】 如圖所示,斜面的傾角為,質(zhì)量為m的滑塊距擋板P的 距離為x0,滑塊以初速度v0沿斜面上滑,滑塊與斜面間的動摩擦因數(shù) 為,滑塊所受摩擦力小于重力沿斜面向下的分力。若滑塊每次與 擋板相碰均無機(jī)械能損失,則滑塊經(jīng)過的總路程是() 答案解析解析 關(guān)閉 答案解析 關(guān)閉 -23- 考點一考點二考點三實驗 【例13】 如圖所示,豎直固定放置的斜面DE與一光滑的圓弧軌 道ABC相連,C為切點,圓弧軌道的半徑為R,斜面的傾角為?，F(xiàn)有 一質(zhì)量為m的滑塊從D點無初速下滑,滑塊可在斜面和圓弧軌道之 間做往復(fù)運(yùn)動,已知圓弧軌道

13、的圓心O與A、D在同一水平面上,滑 塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為,求: (1)滑塊第一次滑至左側(cè)弧上時距A點的最小高度差h; (2)滑塊在斜面上能通過的最大路程s。 -24- 考點一考點二考點三實驗 思路點撥用動能定理解決往復(fù)問題的一般思路 (1)應(yīng)用動能定理求解往復(fù)運(yùn)動問題時,要確定物體的初狀態(tài)和最 終狀態(tài)。 (2)重力做功與物體運(yùn)動路徑無關(guān),可用WG=mgh直接求解。 (3)滑動摩擦力做功與物體運(yùn)動路徑有關(guān),可用Wf=-Ffs求解,其中s 為物體相對滑行的路程。 -25- 考點一考點二考點三實驗 命題點三命題點三用動能定理解決彈簧彈力做功問題用動能定理解決彈簧彈力做功問題 【例14】 如圖所示

14、,在輕彈簧的下端懸掛一個質(zhì)量為m的小球A, 若將小球A從彈簧原長位置由靜止釋放,小球A能夠下降的最大高 度為h。若將小球A換為質(zhì)量為3m的小球B,仍從彈簧原長位置由靜 止釋放,則小球B下降h時的速度為(重力加速度為g,不計空氣阻力)( ) 思路點撥彈簧做功屬于變力做功,彈簧彈性勢能的表達(dá)式高中階 段不要求,題目中出現(xiàn)彈簧彈力做功時,只要彈簧初始位置和結(jié)束 位置相同,則做功大小相等。 答案解析解析 關(guān)閉 答案解析 關(guān)閉 -26- 考點一考點二考點三實驗 探究做功與物體速度變化的關(guān)系 1.實驗原理圖 -27- 考點一考點二考點三實驗 2.實驗?zāi)康?(1)通過實驗探究力對物體做的功與物體速度變化的關(guān)

15、系。 (2)通過實驗數(shù)據(jù)分析,總結(jié)出做功與物體速度二次方的正比關(guān)系。 -28- 考點一考點二考點三實驗 3.實驗原理 方案一:由重物提供牽引力 如圖,由重物通過滑輪牽引小車,當(dāng)小車的質(zhì)量比重物大得多時, 可以把重物所受的重力當(dāng)作小車受到的牽引力,小車運(yùn)動的距離可 以由紙帶測出,改變重物的質(zhì)量或者改變小車運(yùn)動的距離,也就改 變了牽引力做的功。 方案二:由橡皮筋提供牽引力 如圖,第一次使小車在一根橡皮筋作用下彈出。第二次、第三 次操作時分別改用2根、3根同樣的橡皮筋,并使小車從同 樣的位置被彈出,那么橡皮筋對小車做的功一定是第一次的2倍、3 倍測出小車被彈出后的速度,能夠找到牽引力對小車做的功與

16、小車速度變化的關(guān)系。 -29- 考點一考點二考點三實驗 4.實驗器材 方案一:重物(小盤中放砝碼或砂桶中盛砂)、打點計時器、小車、 紙帶、復(fù)寫紙、電源、導(dǎo)線、刻度尺、一端帶有滑輪的長木板、 帶小鉤的細(xì)線等。 方案二:橡皮筋若干根(材質(zhì)、長短、粗細(xì)均相同)、打點計時器、 小車、紙帶、復(fù)寫紙、電源、導(dǎo)線、刻度尺、木板、鐵釘?shù)取?-30- 考點一考點二考點三實驗 5.實驗步驟 方案一: (1)用天平測出重物的質(zhì)量m(mm車),將數(shù)據(jù)記錄在表中。 (2)將打點計時器固定在長木板上沒有滑輪的一端,紙帶的一端夾 在小車后端,另一端穿過打點計時器,將長木板安裝有打點計時器 的一端適當(dāng)墊高,調(diào)整高度,直至輕推

17、小車后,恰能使小車在木板上 做勻速運(yùn)動為止。 (3)在小車前系好細(xì)線并通過滑輪掛上重物,將小車置于靠近打點 計時器處,接通打點計時器電源,釋放小車。 (4)改變重物質(zhì)量,重做上述實驗。 -31- 考點一考點二考點三實驗 (5)如圖所示,將紙帶上的第一個點記為計數(shù)點O,再在紙帶的后端 選擇連續(xù)的5個打印點依次記為計數(shù)點1、2、3、4、5。分別測出 計數(shù)點1、2、3、4、5至計數(shù)點O的距離(即小車的位移),并利用打 上點的紙帶,測出打各計數(shù)點時小車的速度v,將實驗數(shù)據(jù)記錄在表 中。 (6)將計算得到的功W記錄在表格中。 (7)根據(jù)記錄的W、v數(shù)據(jù),在坐標(biāo)紙上作出合適的圖象,兩次實驗 可以在同一坐標(biāo)

18、系中作出兩條圖線。 -32- 考點一考點二考點三實驗 方案二: (1)選擇確定本實驗的探究方案。 (2)平衡摩擦力:在長木板的有打點計時器的一端下面墊一塊小木 板,反復(fù)移動小木板的位置,直至小車不受牽引時,紙帶打出的點間 距均勻。 (3)將橡皮筋的一端固定在長木板前端的鐵釘上,另一端固定在小 車前端的鉤子上,將小車置于靠近打點計時器處,接通打點計時器的 電源,釋放小車。 (4)用2根、3根、4根、5根相同的橡皮筋分別代替1根橡皮筋重 做實驗,保證每次釋放小車的位置相同,即橡皮筋被拉長的長度相同。 (5)在上述實驗中打出的5條紙帶上分別找出小車近似做勻速運(yùn) 動的點,并分別求出勻速運(yùn)動時的速度v,

19、將實驗數(shù)據(jù)記錄在表中。 (6)根據(jù)記錄的W、v數(shù)據(jù),在坐標(biāo)紙上作出合適的圖象。 -33- 考點一考點二考點三實驗 6.數(shù)據(jù)處理 圖象法處理實驗數(shù)據(jù),探究做功與物體速度變化的關(guān)系。 7.注意事項 (1)平衡摩擦力:為防止摩擦力對實驗的影響,我們應(yīng)設(shè)法排除摩 擦力的影響,可將木板一端墊高,使重力沿斜面方向的分力與摩擦 力平衡,從而消除摩擦力的影響。判斷已平衡掉摩擦力的方法是輕 推一下小車,觀察到小車不受其他力時能在木板上勻速運(yùn)動。 (2)在方案二中,我們用2根、3根相同的橡皮筋進(jìn)行第2次、 第3次實驗時,都使小車從同一地點靜止釋放,使橡皮筋伸長的 長度保持一致。 (3)在方案二中,打點計時器打出的

20、紙帶上相鄰各點的間距并不均 勻,應(yīng)選間距均勻的那一段紙帶來計算小車的速度,因為這一段是 橡皮筋對小車做功完畢時的情形。 -34- 考點一考點二考點三實驗 關(guān)鍵能力提升關(guān)鍵能力提升 命題點一命題點一橡皮筋拉動小車方案橡皮筋拉動小車方案 【例15】 如圖所示,在探究功與物體速度變化的關(guān)系的實驗中, 下列說法正確的是。 A.為減小實驗誤差,長木板應(yīng)水平放置 B.實驗中需要算出橡皮筋做功的具體數(shù)值 C.通過增加橡皮筋的條數(shù)可以使橡皮筋對小車做的功成整數(shù)倍 增加 D.小車在橡皮筋拉力作用下做勻加速直線運(yùn)動,當(dāng)橡皮筋恢復(fù)原 長后,小車做勻速運(yùn)動 -35- 考點一考點二考點三實驗 (2)用該裝置實驗時,不可

21、缺少的操作是。 A.測出小車的質(zhì)量 B.測出橡皮筋的伸長量 C.用量角器測出長木板的傾角 D.改變橡皮筋條數(shù)后將小車從同一位置釋放 答案:(1)C(2)D 解析:(1)為使橡皮筋做的功為合力的功,必須平衡摩擦力,故A項 錯;本實驗用橡皮筋對小車做功的整數(shù)倍來進(jìn)行研究,故B項錯,C項 正確;橡皮筋的力是變力,小車在橡皮筋拉力作用下做的不是勻加 速直線運(yùn)動,故D項錯。 (2)該實驗中小車的質(zhì)量、橡皮筋的伸長量及長木板的傾角都不 需要測量,故選D。 -36- 考點一考點二考點三實驗 【例16】 探究彈力做功與速度變化的關(guān)系的實驗裝置如下圖所 示,當(dāng)小車在兩條橡皮筋作用下彈出時,橡皮筋對小車做的功記為

22、 W0。當(dāng)用4條、6條、8條完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2 次、第3次、第4次實驗時,橡皮筋對小車做的功分別記為2W0、 3W0、4W0每次實驗中由靜止彈出的小車獲得的最大速度均 可由打點計時器所打的紙帶測出。 -37- 考點一考點二考點三實驗 答案:(1)CD(2)0.83 -38- 考點一考點二考點三實驗 解析:(1)電磁打點計時器只能用電壓為46 V的交流電源供電,選 項A錯誤;實驗中使用的若干根橡皮筋的原長必須相等,否則實驗誤 差太大,甚至出現(xiàn)錯誤,選項B錯誤;每次實驗都應(yīng)使小車從同一位 置由靜止彈出,才能保證橡皮筋的形變量相同,選項C正確;利用圖 象可以減小實驗誤差,能更直觀地反映

23、出合力做功與物體速度變化 的關(guān)系,選項D正確。(2)由圖及所給數(shù)據(jù)可知小車一定在BC間獲 得最大速度,所以 -39- 考點一考點二考點三實驗 易錯警示1.需要平衡摩擦力; 2.不能精確求出橡皮筋上彈力做的功; 3.每次讓小車從同一位置開始運(yùn)動,橡皮筋規(guī)格要相同; 4.小車先做加速運(yùn)動(不是勻加速),再做勻速運(yùn)動,應(yīng)測量小車勻 速運(yùn)動時的速度; 5.若小車先加速后減速,沒有勻速過程,說明平衡摩擦力不夠;若 小車一直加速,說明平衡摩擦力過量。 -40- 考點一考點二考點三實驗 命題點二命題點二鉤碼拉動小車方案鉤碼拉動小車方案 【例17】 利用如圖所示的實驗裝置探究恒力做功與物體動能變 化的關(guān)系。小

24、車的質(zhì)量m車=200.0 g,鉤碼的質(zhì)量m=10.0 g,打點計時 器接頻率為50 Hz的交流電源。 (1)掛鉤碼前,為了消除摩擦力的影響,應(yīng)調(diào)節(jié)木板右側(cè)的高度,直 至向左輕推小車觀察到。 -41- 考點一考點二考點三實驗 (2)掛上鉤碼,按實驗要求打出的一條紙帶如圖所示。選擇某一點 為O,一次每隔4個計時點取一個計數(shù)點,用刻度尺量出相鄰計數(shù)點 間的距離x,記錄在紙帶上,計算打出各計數(shù)點時小車的速度v,其中 打出計數(shù)點“1”時小車的速度v1=m/s。 -42- 考點一考點二考點三實驗 請根據(jù)表中的數(shù)據(jù),在下面方格紙上作出Ek-W圖象。 (4)實驗結(jié)果表明,Ek總是略小于W。某同學(xué)猜想是由于小車所 受拉力小于鉤碼重力造成的。用題中小車和鉤碼質(zhì)量的數(shù)據(jù)可算 出小車受到的實際拉力F= N。 -43- 考點一考點二考點三實驗 答案:(1)小車做勻速運(yùn)動(2)0.228 (3)如圖 (4)0.093 -44- 考點一考點二考點三實驗 -45- 考點一考點二考點三實驗 易錯警示1.不需要平衡摩擦力; 2.不需要重物質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量; 3.找到位移l與速度v2成正比,間接得到做功W與v2成正比; 4.小車一直加速運(yùn)動,不會有勻速運(yùn)動階段; 5.若要得到做功具體數(shù)