高考物理新課標(biāo)一輪復(fù)習(xí)(課件+習(xí)題)第六章機(jī)械能第2講動(dòng)能定理及其應(yīng)用分析

1、課標(biāo)版課標(biāo)版 物理物理第2講動(dòng)能定理及其應(yīng)用一、動(dòng)能一、動(dòng)能1.定義:物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能。2.公式:Ek=mv2。3.矢標(biāo)性:動(dòng)能是,只有正值。4.動(dòng)能是狀態(tài)量,而動(dòng)能的變化量是過程量。自測(cè)自測(cè)1關(guān)于某物體動(dòng)能的一些說法,正確的是()A.物體的動(dòng)能變化,速度一定變化B.物體的速度變化,動(dòng)能一定變化C.動(dòng)能不變的物體一定做勻速直線運(yùn)動(dòng)D.選擇不同的參考系時(shí),動(dòng)能可能為負(fù)值12教材研讀教材研讀標(biāo)量標(biāo)量答案A動(dòng)能是標(biāo)量,且一定為正值,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;由公式Ek=mv2知,物體的動(dòng)能變化,速度一定變化,因速度是矢量,則物體的速度變化時(shí),動(dòng)能可能不變,如勻速圓周運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)A正確,B、C錯(cuò)誤。12二、動(dòng)能

2、定理二、動(dòng)能定理1.內(nèi)容:對(duì)物體所做的功等于物體。2.表達(dá)式:W=。3.物理意義:動(dòng)能定理指出了外力對(duì)物體所做的總功與物體之間的關(guān)系,即合外力做的功是物體的量度。4.動(dòng)能定理的適用條件(1)動(dòng)能定理既適用于直線運(yùn)動(dòng),也適用于;(2)既適用于恒力做功,也適用于;(3)力可以是各種性質(zhì)的力,既可以同時(shí)作用,也可以。注意動(dòng)能具有相對(duì)性,其數(shù)值與參考系的選取有關(guān),一般取地面為參考系。合外力合外力動(dòng)能的變化量動(dòng)能的變化量 Ek2-Ek1 動(dòng)能變化量動(dòng)能變化量動(dòng)能變化動(dòng)能變化曲線運(yùn)動(dòng)曲線運(yùn)動(dòng)變力做功變力做功分階段作用分階段作用 自測(cè)自測(cè)2關(guān)于運(yùn)動(dòng)物體所受的合外力、合外力做功和動(dòng)能變化的關(guān)系,正確的是()A

3、.如果物體所受的合外力為零,那么,合外力對(duì)物體做的功一定為零B.如果合外力對(duì)物體所做的功為零,則合外力一定為零C.物體在合外力作用下做變速運(yùn)動(dòng),動(dòng)能一定變化D.物體的動(dòng)能不變,所受的合外力必定為零答案A合外力為零,由W=Flcos知,合外力做功一定為零,但合外力做功為零時(shí),合外力卻不一定為零,故A選項(xiàng)對(duì),B選項(xiàng)錯(cuò)。物體在合外力作用下做變速運(yùn)動(dòng),合外力不一定做功,物體的速率不一定變化,動(dòng)能不一定變化(例如勻速圓周運(yùn)動(dòng)),同樣,物體的動(dòng)能不變,它所受的合外力也不一定為零,C、D選項(xiàng)均錯(cuò)。自測(cè)自測(cè)3物體沿直線運(yùn)動(dòng)的v-t關(guān)系如圖所示,已知在第1s內(nèi)合力對(duì)物體做的功為W,則()A.從第1s末到第3s末

4、合力做功為4WB.從第3s末到第5s末合力做功為-2WC.從第5s末到第7s末合力做功為WD.從第3s末到第4s末合力做功為0.75W答案C由題圖知,第1s末速度、第3s末速度、第7s末速度大小關(guān)系v1=v3=v7,由題知W=m-0,則由動(dòng)能定理知第1s末到第3s末合力做功W2=m-m=0,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;第3s末到第5s末合力做功W3=0-m=-W,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;第5s末到第7s末合力做功W4=m-0=W,選項(xiàng)C正確;第3s末到第4s末合力做功W5=m-m,因v4=v3,所以W5=-0.75W,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。1221v1223v1221v1223v1227v1224v1223v12考點(diǎn)一動(dòng)能定理的理

5、解考點(diǎn)一動(dòng)能定理的理解對(duì)動(dòng)能定理應(yīng)該從以下幾方面加以理解(1)W總是所有外力對(duì)物體做的總功,這些力對(duì)物體所做功的代數(shù)和等于物體動(dòng)能的增量,即W總=W1+W2+?；蛳葘⑽矬w的外力進(jìn)行合成,求出合外力F合后,再利用W總=F合xcos進(jìn)行計(jì)算。(2)因?yàn)閯?dòng)能定理中功和能均與參考系的選取有關(guān),所以動(dòng)能定理也與參考系的選取有關(guān)。中學(xué)物理中一般取地面為參考系。(3)不論物體做什么形式的運(yùn)動(dòng)、受力如何,動(dòng)能定理總是適用的。(4)動(dòng)能定理是計(jì)算物體位移或速率的簡(jiǎn)捷公式,當(dāng)題目中涉及位移時(shí)可優(yōu)先考慮動(dòng)能定理?？键c(diǎn)突破考點(diǎn)突破(5)做功的過程是能量轉(zhuǎn)化的過程,動(dòng)能定理表達(dá)式中的“=”的意義是一種因果關(guān)系在數(shù)值上相

6、等的符號(hào),它并不意味著“功就是動(dòng)能增量”,也不意味著“功轉(zhuǎn)變成了動(dòng)能”,而是意味著“功引起物體動(dòng)能的變化”。(6)動(dòng)能定理公式兩邊的每一項(xiàng)都是標(biāo)量,因此動(dòng)能定理公式是一個(gè)標(biāo)量方程。(7)若Ek2Ek1,即W總0,合力對(duì)物體做正功,物體的動(dòng)能增加;若Ek2Ek1,即W總mgR,質(zhì)點(diǎn)不能到達(dá)Q點(diǎn)C.W=mgR,質(zhì)點(diǎn)到達(dá)Q點(diǎn)后,繼續(xù)上升一段距離D.WmgR,質(zhì)點(diǎn)到達(dá)Q點(diǎn)后,繼續(xù)上升一段距離答案C質(zhì)點(diǎn)由靜止開始下落到最低點(diǎn)N的過程中由動(dòng)能定理:mg2R-W=mv2質(zhì)點(diǎn)在最低點(diǎn):FN-mg=由牛頓第三定律得:FN=4mg12121212122mvR聯(lián)立得W=mgR,質(zhì)點(diǎn)由N點(diǎn)到Q點(diǎn)的過程中在等高位置處的

7、速度總小于由P點(diǎn)到N點(diǎn)下滑時(shí)的速度,故由N點(diǎn)到Q點(diǎn)過程克服摩擦力做功WW,故質(zhì)點(diǎn)到達(dá)Q點(diǎn)后,會(huì)繼續(xù)上升一段距離,選項(xiàng)C正確。12應(yīng)用動(dòng)能定理解題的基本步驟(1)選取研究對(duì)象,明確它的運(yùn)動(dòng)過程。(2)分析研究對(duì)象的受力情況和各力的做功情況。(3)明確研究對(duì)象在過程的始末狀態(tài)的動(dòng)能Ek1和Ek2。(4)列出動(dòng)能定理的方程W合=Ek2-Ek1及其他必要的解題方程,進(jìn)行求解。1-1 (2015海南單科,4,3分)如圖,一半徑為R的半圓形軌道豎直固定放置,軌道兩端等高;質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)自軌道端點(diǎn)P由靜止開始滑下,滑到最低點(diǎn)Q時(shí),對(duì)軌道的正壓力為2mg,重力加速度大小為g。質(zhì)點(diǎn)自P滑到Q的過程中,克服摩擦力

8、所做的功為()A.mgRB.mgRC.mgRD.mgR1413124答案C當(dāng)質(zhì)點(diǎn)由P點(diǎn)滑到Q點(diǎn)時(shí),對(duì)軌道的正壓力為2mg,則質(zhì)點(diǎn)所受支持力FN=2mg,由牛頓第二定律有FN-mg=m,解得=gR。對(duì)質(zhì)點(diǎn)自P點(diǎn)滑到Q點(diǎn)應(yīng)用動(dòng)能定理有:mgR-Wf=m-0,得:Wf=mgR,因此,A、B、D錯(cuò),C正確。2QvR2Qv122Qv12考點(diǎn)二動(dòng)能定理解決變力做功問題考點(diǎn)二動(dòng)能定理解決變力做功問題動(dòng)能定理的研究對(duì)象一般是單一物體,或者可以看成單一物體的物體系。動(dòng)能定理既適用于物體的直線運(yùn)動(dòng),也適用于曲線運(yùn)動(dòng);既適用于恒力做功,也適用于變力做功。力可以是各種性質(zhì)的力,既可以同時(shí)作用,也可以分段作用。只要求出

9、在作用過程中各力做功的多少和正負(fù)即可。這些正是動(dòng)能定理解題的優(yōu)越性所在。典例典例2(2015山東理綜,23,18分)如圖甲所示,物塊與質(zhì)量為m的小球通過不可伸長(zhǎng)的輕質(zhì)細(xì)繩跨過兩等高定滑輪連接。物塊置于左側(cè)滑輪正下方的表面水平的壓力傳感裝置上,小球與右側(cè)滑輪的距離為l。開始時(shí)物塊和小球均靜止,將此時(shí)傳感裝置的示數(shù)記為初始值?，F(xiàn)給小球施加一始終垂直于l段細(xì)繩的力,將小球緩慢拉起至細(xì)繩與豎直方向成60角,如圖乙所示,此時(shí)傳感裝置的示數(shù)為初始值的1.25倍;再將小球由靜止釋放,當(dāng)運(yùn)動(dòng)至最低位置時(shí),傳感裝置的示數(shù)為初始值的0.6倍。不計(jì)滑輪的大小和摩擦,重力加速度的大小為g。求:圖甲圖乙(1)物塊的質(zhì)量

10、;(2)從釋放到運(yùn)動(dòng)至最低位置的過程中,小球克服空氣阻力所做的功。答案(1)3m(2)0.1mgl解析(1)設(shè)開始時(shí)細(xì)繩的拉力大小為T1,傳感裝置的初始值為F1,物塊質(zhì)量為M,由平衡條件得對(duì)小球,T1=mg對(duì)物塊,F1+T1=Mg當(dāng)細(xì)繩與豎直方向的夾角為60時(shí),設(shè)細(xì)繩的拉力大小為T2,傳感裝置的示數(shù)為F2,據(jù)題意可知,F2=1.25F1,由平衡條件得對(duì)小球,T2=mgcos60對(duì)物塊,F2+T2=Mg聯(lián)立式,代入數(shù)據(jù)得M=3m(2)設(shè)小球運(yùn)動(dòng)至最低位置時(shí)速度的大小為v,從釋放到運(yùn)動(dòng)至最低位置的過程中,小球克服阻力所做的功為Wf,由動(dòng)能定理得mgl(1-cos60)-Wf=mv2在最低位置,設(shè)細(xì)

11、繩的拉力大小為T3,傳感裝置的示數(shù)為F3,據(jù)題意可知,F3=0.6F1,對(duì)小球,由牛頓第二定律得T3-mg=m對(duì)物塊,由平衡條件得F3+T3=Mg聯(lián)立式,代入數(shù)據(jù)得Wf=0.1mgl122vl2-1 (2015浙江寧波模擬)質(zhì)量為10kg的物體,在變力F作用下沿x軸做直線運(yùn)動(dòng),力隨坐標(biāo)x的變化情況如圖所示。物體在x=0處,速度為1m/s,一切摩擦不計(jì),則物體運(yùn)動(dòng)到x=16m處時(shí),速度大小為()A.2m/sB.3m/sC.4m/sD.m/s217答案B根據(jù)F-x圖像可得W總=40J,由動(dòng)能定理得:W總=mv2-m,解得v=3m/s,選項(xiàng)B正確。121220v考點(diǎn)三考點(diǎn)三 動(dòng)能定理解決多過程問題動(dòng)

12、能定理解決多過程問題1.動(dòng)能定理的研究對(duì)象可以是單一物體,或者是可以看做單一物體的物體系統(tǒng)。2.動(dòng)能定理是求解物體的位移或速率的簡(jiǎn)捷公式。當(dāng)題目中涉及位移和速度而不涉及時(shí)間時(shí)可優(yōu)先考慮動(dòng)能定理;處理曲線運(yùn)動(dòng)中的速率問題時(shí)也要優(yōu)先考慮動(dòng)能定理。3.若過程包含了幾個(gè)運(yùn)動(dòng)性質(zhì)不同的分過程,既可分段考慮,也可整個(gè)過程考慮。典例典例3 (2015浙江理綜,23,16分)如圖所示,用一塊長(zhǎng)L1=1.0m的木板在墻和桌面間架設(shè)斜面,桌子高H=0.8m,長(zhǎng)L2=1.5m。斜面與水平桌面的傾角可在060間調(diào)節(jié)后固定。將質(zhì)量m=0.2kg的小物塊從斜面頂端靜止釋放,物塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)1=0.05,物塊與桌面

13、間的動(dòng)摩擦因數(shù)為2,忽略物塊在斜面與桌面交接處的能量損失。(重力加速度取g=10m/s2;最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力)(1)求角增大到多少時(shí),物塊能從斜面開始下滑;(用正切值表示)(2)當(dāng)角增大到37時(shí),物塊恰能停在桌面邊緣,求物塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)2;(已知sin37=0.6,cos37=0.8)(3)繼續(xù)增大角,發(fā)現(xiàn)=53時(shí)物塊落地點(diǎn)與墻面的距離最大,求此最大距離xm。解析(1)為使小物塊下滑mgsin1mgcos滿足的條件tan0.05(2)克服摩擦力做功Wf=1mgL1cos+2mg(L2-L1cos)由動(dòng)能定理得mgL1sin-Wf=0代入數(shù)據(jù)得2=0.8(3)由動(dòng)能定理得mgL1

14、sin-Wf=mv2代入數(shù)據(jù)得v=1m/sH=gt2t=0.4s1212答案(1)tan0.05(2)0.8(3)1.9mx1=vtx1=0.4mxm=x1+L2=1.9m應(yīng)用動(dòng)能定理解題的基本步驟3-1如圖所示,ABCD是一個(gè)盆式容器,盆內(nèi)側(cè)壁與盆底BC的連接處都是一段與BC相切的圓弧,BC為水平的,其距離d=0.50m。盆邊緣的高度為h=0.30m,在A處放一個(gè)質(zhì)量為m的小物塊并讓其從靜止開始下滑。已知盆內(nèi)側(cè)壁是光滑的,而盆底BC面與小物塊間的動(dòng)摩擦因數(shù)為=0.10。小物塊在盆內(nèi)來回滑動(dòng),最后停下來,則停的地點(diǎn)到B的距離為()A.0.50mB.0.25mC.0.10mD.0答案D對(duì)小物塊從

15、A點(diǎn)出發(fā)到最后停下來整個(gè)過程用動(dòng)能定理,mgh-mgs=0,s=m=3.00m。而d=0.50m,剛好3個(gè)來回,所以最終停在B點(diǎn),所以D選項(xiàng)正確。h0.300.10考點(diǎn)四動(dòng)能定理與圖像綜合問題考點(diǎn)四動(dòng)能定理與圖像綜合問題1.觀察題目給出的圖像,弄清縱坐標(biāo)、橫坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的物理量及圖線所表示的物理意義。2.根據(jù)物理規(guī)律推導(dǎo)出縱坐標(biāo)與橫坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的物理量間的函數(shù)關(guān)系式。3.將推導(dǎo)出的函數(shù)關(guān)系式與數(shù)學(xué)上與之相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)關(guān)系式相對(duì)比,找出圖線的斜率、截距、圖線的交點(diǎn)、圖線下的面積所對(duì)應(yīng)的物理意義,分析解答問題,或者利用函數(shù)圖線上的特定值代入函數(shù)關(guān)系式求物理量。典例典例42012年倫敦奧運(yùn)會(huì)女子10米

16、(即跳臺(tái)距水面10m)跳臺(tái)比賽中,我國小將陳若琳技?jí)喝悍紛Z得冠軍。設(shè)運(yùn)動(dòng)員質(zhì)量為m=50kg,其體形可等效為長(zhǎng)度L=1.0m,直徑d=0.3m的圓柱體,不計(jì)空氣阻力,當(dāng)她跳起到達(dá)最高點(diǎn)時(shí),她的重心離跳臺(tái)臺(tái)面的高度為0.70m,在從起跳到接觸水面過程中完成一系列動(dòng)作,入水后水的等效阻力F(不包括浮力)作用于圓柱體的下端面,F的數(shù)值隨入水深度y變化的函數(shù)圖像如圖所示,該直線與F軸相交于F=2.5mg處,與y軸相交于y=h(某一未知深度)處,為了確保運(yùn)動(dòng)員的安全,水池必須有一定的深度,已知水的密度=1103kg/m3,g取10m/s2,根據(jù)以上的數(shù)據(jù)估算:(1)起跳瞬間所做的功;(2)從起跳到接觸水

17、面過程的時(shí)間;(3)跳水池至少應(yīng)為多深?(保留兩位有效數(shù)字)答案(1)100J(2)1.63s(3)6.6m解析(1)起跳瞬間做功W=mgh1,又知h1=0.70m-=0.2m,解得W=100J。(2)從起跳到接觸水面為豎直上拋運(yùn)動(dòng),有m=mgh1,代入數(shù)據(jù)得v0=2m/s,據(jù)位移公式有:-h2=v0t-gt2解得t=1.63s。(3)由F-y圖像可知,阻力F隨y均勻變化,故平均阻力為。從起跳到入水至最低點(diǎn),設(shè)水池至少深為h,根據(jù)動(dòng)能定理得W+mg(h2+h)-F浮(h-L)=0-0,1.0m21220v12m2Fm2F h2F L浮式中F浮=gV=gL代入數(shù)據(jù),得h=6.6m。24d圖像所圍

18、“面積”的意義(1)v-t圖:由公式x=vt可知,v-t圖線與坐標(biāo)軸圍成的面積表示物體的位移。(2)a-t圖:由公式v=at可知,a-t圖線與坐標(biāo)軸圍成的面積表示物體速度的變化量。(3)F-x圖:由公式W=Fx可知,F-x圖線與坐標(biāo)軸圍成的面積表示力所做的功。(4)P-t圖:由公式W=Pt可知,P-t圖線與坐標(biāo)軸圍成的面積表示力所做的功。4-1一個(gè)質(zhì)量為0.5kg的物體,從靜止開始做直線運(yùn)動(dòng),物體所受合外力F隨物體位移x變化的圖像如圖所示,則物體位移x=8m時(shí),物體的速度為()A.2m/sB.8m/sC.4m/sD.4m/s答案CF-x圖像中圖線與橫軸所圍面積表示功,橫軸上方為正功,下方為負(fù)功,x=8m時(shí),可求得W=8J;由動(dòng)能定理有mv2=8J,解得v=4m/s。21224-2(2015山西考前質(zhì)量監(jiān)測(cè),16)用傳感器研究質(zhì)量為2kg的物體由靜止開始做直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律時(shí),在計(jì)算機(jī)上得到06s內(nèi)物體的加速度隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是()A.06s內(nèi)物體先向正方向運(yùn)動(dòng),后向負(fù)方向運(yùn)動(dòng)B.06s內(nèi)物體在4s時(shí)的速度最大C.物體在24s內(nèi)速度不變D.04s內(nèi)合力對(duì)物體做的功等于06s內(nèi)合力做的功答案D因a-t圖線與時(shí)間軸圍成的