高一物理必修2第七章機(jī)械能守恒定律第7節(jié)動(dòng)能和動(dòng)能定理專題多運(yùn)動(dòng)組合課件(共36張)

1、高一物理必修2第七章機(jī)械能守恒定律第7節(jié)動(dòng)能和動(dòng)能定理專題多運(yùn)動(dòng)組合包頭市百靈廟中學(xué)史殿斌1.多運(yùn)動(dòng)組合通常包括勻變速直線運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)、或者是一般的曲線運(yùn)動(dòng)，在實(shí)際問題中經(jīng)常是兩種或者多種運(yùn)動(dòng)的組合。2.多運(yùn)動(dòng)組合實(shí)際上是多種物理規(guī)律和方法的綜合應(yīng)用。抓住物理情景中出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)過程，觀察每一個(gè)過程的特征和尋找過程之間的聯(lián)系是求解多運(yùn)動(dòng)組合問題的兩個(gè)關(guān)鍵。3.其一是要獨(dú)立分析物體各個(gè)運(yùn)動(dòng)過程，運(yùn)用其相應(yīng)的物理規(guī)律和方法進(jìn)行有效的求解。其二是注意不同運(yùn)動(dòng)過程往往是通過連接點(diǎn)的速度建立聯(lián)系。兩個(gè)相鄰過程連接點(diǎn)的速度是聯(lián)系兩過程的紐帶，例如很多情況下平拋運(yùn)動(dòng)的初速度大小或者末速度的

2、方向是解題的重要突破口。4.動(dòng)能定理具有不可否定的優(yōu)越性（1）動(dòng)能定理適用于物體的直線運(yùn)動(dòng)，也適用于曲線運(yùn)動(dòng)；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。（2）動(dòng)能定理是計(jì)算物體的位移或速率的簡(jiǎn)捷公式，當(dāng)題目中涉及到位移時(shí)可優(yōu)先考慮動(dòng)能定理。（3）運(yùn)用動(dòng)能定理解決問題時(shí)，選擇合適的研究過程能使問題得以簡(jiǎn)化。當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)過程包含幾個(gè)運(yùn)動(dòng)性質(zhì)不同的子過程時(shí)，應(yīng)用動(dòng)能定理時(shí)，可以分段考慮，也可以把全過程作為一整體來處理?！镜淅囎觥?.如圖所示為雜技演員進(jìn)行摩托車表演的軌道，它

3、由傾斜直線軌道AB、圓弧形軌道BCD、半圓形軌道DE、水平軌道EF組成，已知軌道AB的傾角=370，A、B間高度差h=12m，軌道BCD的半徑R4.8m，軌道DE的半徑r2.4m，軌道最低點(diǎn)C距水平地面的高度差h0.2m。在軌道AB上運(yùn)動(dòng)時(shí)摩托車（含人）受到的阻力為正壓力的0.2倍，其余阻力不計(jì)。表演者從A點(diǎn)駕駛摩托車由靜止開始沿軌道AB運(yùn)動(dòng)，接著沿軌道BCDEF運(yùn)動(dòng)，然后從F點(diǎn)離開軌道，最后落到地面上的G點(diǎn)。已知摩托車功率P恒為2103W，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)間由表演者控制，表演者與摩托車的總質(zhì)量m100kg，表演者與摩托車可視質(zhì)點(diǎn)。取g10m/s2。（1）某次表演中，通過C點(diǎn)時(shí)軌道對(duì)摩托車的支持力

4、F6000N，求表演者與摩托車經(jīng)過C點(diǎn)的速度大小vc；（2）滿足（1）的條件下，求摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)的工作時(shí)間t；（3）若表演者與摩托車恰好能經(jīng)過最高點(diǎn)D且安全完成完整表演，求F點(diǎn)與G點(diǎn)的水平距離x?！窘馕觥浚?）對(duì)摩托車在C點(diǎn)應(yīng)用牛頓第二定律可得： 解得：（2）摩托車由A運(yùn)動(dòng)到C，由動(dòng)能定理可得： 解得：t=1.12s（3）摩托車恰好通過D點(diǎn)，則：從D點(diǎn)到F點(diǎn)，由動(dòng)能定理可得： 解得： 由F到G平拋運(yùn)動(dòng)可得：t=1s,x=vFt=12m。【典例試做】2.設(shè)一個(gè)質(zhì)量m50kg的跳臺(tái)花樣滑雪運(yùn)動(dòng)員（可看成質(zhì)點(diǎn)），從靜止開始沿斜面雪道從A點(diǎn)滑下，沿切線從B點(diǎn)進(jìn)入半徑R15m的光滑豎直冰面圓軌道BPC，通

5、過軌道最高點(diǎn)C水平飛出，經(jīng)t2s落到斜面雪道上的D點(diǎn)，其速度方向與斜面垂直，斜面與水平面的夾角37，不計(jì)空氣阻力，取當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭10m/s2，（sin370.60，cos370.80）。如圖所示。試求：（1）運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)的速度大小vC；（2）運(yùn)動(dòng)員在圓軌道最低點(diǎn)受到軌道支持力的大小FN。（3）若A到P豎直高度H45m，則A到P過程克服摩擦力做功多少？【解析】（1）在D點(diǎn)，由平拋運(yùn)動(dòng)可得：tan370=vc/vy=vc/gt，解得：vc=15m/s（2）運(yùn)動(dòng)員從P到C運(yùn)動(dòng)過程，由動(dòng)能定理可得：-mg2R=mvc2/2-mvp2/2，在P點(diǎn)有：FN-mg=mvc2/R解得：FN=325

6、0N（3）對(duì)于從A到P的運(yùn)動(dòng)過程中，由動(dòng)能定理可得：mgH-Wf=mvp2/2，代入數(shù)據(jù)解得：Wf=1875J【典例試做】3.某興趣小組設(shè)計(jì)了一個(gè)軌道，依次由光滑曲面AB、粗糙水平面BE、光滑豎直圓軌道及足夠長(zhǎng)的傾斜傳送帶組成，如圖所示?；瑝K從曲面上某位置A下滑，沿水平面從C點(diǎn)左側(cè)進(jìn)入圓軌道再從C點(diǎn)右側(cè)離開繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過連接點(diǎn)B、E時(shí)沒有機(jī)械能損失，已知圓軌道半徑R0.5m，BC20m，CE1.6m，滑塊質(zhì)量m1kg，滑塊與水平軌道BE、傳送帶間動(dòng)摩擦因數(shù)均為0.5，傳送帶與水平面間的夾角37，以v03m/s的速度做逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)。（sin370.6，cos370.8，g10m/s2）求：（1

7、）要使滑塊恰好經(jīng)過圓軌道的最高點(diǎn)，靜止釋放滑塊的高度為多大；（2）滑塊從（1）問中釋放位置以初動(dòng)能EKA27.5J滑下，滑塊在傳動(dòng)帶上向上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間；（3）滿足（2）問的條件下，滑塊最終停在什么位置？【解析】（1）設(shè)滑塊下滑高度為h1時(shí)，恰好經(jīng)過圓軌道最高點(diǎn)D，則在D點(diǎn)：mgmvD2/R滑塊從A運(yùn)動(dòng)到D的過程中，根據(jù)動(dòng)能定理得：mg(h1-2R)-mgxBCmvD2/2 解得：h1=2.25m（2）設(shè)滑塊運(yùn)動(dòng)到E點(diǎn)速度為 v1，由動(dòng)能定理得： mgh1-mgxBEmv12/2EkA 代入數(shù)據(jù)得：v1=8m/s滑塊沿傳送帶向上運(yùn)動(dòng)加速度為a1，由牛頓第二定律得： mgsin+mgcosma1。代

8、入數(shù)據(jù)得：a110m/s2。向上運(yùn)動(dòng)時(shí)間：tv1/a1 代入數(shù)據(jù)得：t0.8s（3）滑塊向上運(yùn)動(dòng)最遠(yuǎn)距離：x=(v1+0)t/2=3.2m接著滑塊沿傳送帶下滑，加速度仍然是a1=10m/s2?；瑝K和傳送帶速度相同時(shí)運(yùn)動(dòng)距離x1：v02=2a1x1解得：x1=0.45mx=3.2m因?yàn)?mgsinmgcos，此后滑塊繼續(xù)向下加速。設(shè)滑塊在圓軌道能上升高度為H，由動(dòng)能定理得：mgsin(x-x1)-mgcos(x-x1)-mgH-mgxEC=0-mv02/2代入數(shù)據(jù)得：H=0.2mR因此滑塊返回到C點(diǎn)右側(cè)，設(shè)其運(yùn)動(dòng)距離為x2由動(dòng)能定理得：mgH-mgx2=0代入數(shù)據(jù)得：x2=0.4m滑塊最終停在C

9、點(diǎn)右側(cè)0.4m處?！菊n堂訓(xùn)練】1.如圖所示，水平傳送帶順時(shí)針勻速傳動(dòng)，緊靠傳送帶右端B的豎直平面內(nèi)固定有一個(gè)光滑半圓軌道CD，半圓軌道下端連接有內(nèi)壁光滑的細(xì)圓管DE，一勁度系數(shù)k100N/m的輕彈簧一端固定在地面，自由伸長(zhǎng)時(shí)另一端剛好在管口E處。質(zhì)量m1kg的小物塊輕放在傳送帶的左端A點(diǎn)，隨后經(jīng)B、C間的縫隙進(jìn)入CD，并恰能沿CD做圓周運(yùn)動(dòng)。小物塊經(jīng)過D點(diǎn)后進(jìn)入DE，隨后壓縮彈簧，速度最大時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能EP0.5J。已知CD和DE的半徑均為R0.9m，取g10m/s2，求：（1）傳送帶對(duì)小物塊做的功W；（2）小物塊剛到達(dá)D點(diǎn)時(shí)軌道CD對(duì)小物塊的支持力大小FN；（3）小物塊的最大速度vm。W=

10、4.5Jvm=8m/sFN=60N2.如圖所示，光滑傾斜軌道AB、光滑豎直圓軌道CDC和U型收集框EFGH分別通過光滑水平軌道BC和粗糙水平軌道CE平滑連接；已知傾斜軌道AB的最大豎直高度H00.7m，圓軌道半徑R0.2m，粗糙水平軌道CE長(zhǎng)度L1.5m，收集框的高度h1.2m，寬度d0.6m?，F(xiàn)有質(zhì)量m0.5kg的小滑塊（可視為質(zhì)點(diǎn)）從傾斜軌道AB上的不同高度由靜止釋放，滑塊運(yùn)動(dòng)過程中始終沒有脫離軌道，最后都能落入收集框內(nèi)。假設(shè)滑塊與軌道CE間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.2，滑塊與收集框的光滑內(nèi)壁EF和GH碰撞時(shí)無機(jī)械能損失?？諝庾枇雎圆挥?jì)，重力加速度g取10m/s2。（1）求滑塊通過圓軌道最高點(diǎn)D時(shí)

11、對(duì)軌道的最大壓力；（2）若滑塊落入收集框后，經(jīng)過與GH壁一次碰撞后恰好能打到收集框左側(cè)底端的F點(diǎn)，求滑塊在傾斜軌道AB上釋放的高度；（3）求滑塊落入收集框后與GH壁第一次碰撞時(shí)動(dòng)能的最小值和最大值。FN=10Nh=0.6mEk1=3JEk2=3.25J3.如圖所示，半圓形光滑軌道豎直固定且與水平地面相切于A點(diǎn)，半徑R0.1m，其右側(cè)一定水平距離處固定一個(gè)斜面體。斜面C端離地高度h0.15m，E端固定一輕彈簧，原長(zhǎng)為DE，斜面CD段粗糙而DE段光滑?，F(xiàn)給一質(zhì)量為0.1kg的小物塊（可看作質(zhì)點(diǎn)）一個(gè)水平初速，從A處進(jìn)入圓軌道，離開最高點(diǎn)B后恰能落到斜面頂端C處，且速度方向恰平行于斜面。物塊沿斜面下

12、滑壓縮彈簧后又沿斜面向上返回，第一次恰能返回到最高點(diǎn)C。物塊與斜面CD段的動(dòng)摩擦因數(shù) /6，斜面傾角30，重力加速度g10m/s2，不計(jì)物塊碰撞彈簧的機(jī)械能損失。求：（1）物塊運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力（2）CD間距離L（3）小物塊在粗糙斜面CD段上能滑行的總路程sFN=2NL=0.4ms=1.6m4.水平傳送帶左端與長(zhǎng)度為L(zhǎng)2m的傾斜木板AB的B端緊靠，木板AB與水平方向的夾角為，傳送帶右端與光滑半圓軌道CD的C端緊靠，圓軌道半徑為R2m；傳送帶左右端點(diǎn)間距為s4m，其向右傳輸?shù)乃俣葹関20m/s。質(zhì)量為m1kg的小物塊與木板AB、傳送帶的動(dòng)摩擦因數(shù)均為= /3 ，小物塊從木板A端以某一初速度

13、沿木板上滑，在B端上方有一小段光滑弧，確保小物塊在經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)，僅使運(yùn)動(dòng)方向變?yōu)樗?，速率不變，滑上傳送帶，小物塊繼續(xù)經(jīng)過傳送帶，沖上半圓軌道后從最高點(diǎn)D水平拋出。如圖所示。（1）若小物塊自D點(diǎn)平拋后恰好落在傳送帶左端B，其速度方向與水平方向的夾角記為，求tan的值；（2）若小物塊以另一速度從D點(diǎn)平拋后落在木板A端時(shí)的速度方向與水平方向的夾角也為，求木板AB與水平方向的夾角的大??；（3）若木板A端可處與 圓弧A1A2間的任意位置，要保證小物塊都能經(jīng)過D點(diǎn)平拋，求小物塊在A端初速度的最小值。vA=10m/s=450tan=25.水平傳送帶左端與長(zhǎng)度為L(zhǎng)2m的傾斜木板AB的B端緊靠，木板AB與水平方

14、向的夾角為，傳送帶右端與光滑半圓軌道CD的C端緊靠，圓軌道半徑為R2m；傳送帶左右端點(diǎn)間距為s4m，其向右傳輸?shù)乃俣葹関20m/s。質(zhì)量為m1kg的小物塊與木板AB、傳送帶的動(dòng)摩擦因數(shù)均為= /3 ，小物塊從木板A端以某一初速度沿木板上滑，在B端上方有一小段光滑弧，確保小物塊在經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)，僅使運(yùn)動(dòng)方向變?yōu)樗?，速率不變，滑上傳送帶，小物塊繼續(xù)經(jīng)過傳送帶，沖上半圓軌道后從最高點(diǎn)D水平拋出。如圖所示。已知可視為質(zhì)點(diǎn)的滑塊質(zhì)量m0.1kg，滑塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.2，桌面AB和桌面BC長(zhǎng)度分別為x12.25m與x21.0m，CD兩點(diǎn)高度差h0.2m，軌道的傾角30，DE長(zhǎng)度L0.9m，每次滑塊與

15、彈性板碰撞后速度大小變?yōu)榕銮暗?.6倍。（1）求滑塊從C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到D的時(shí)間（2）求滑塊在A點(diǎn)的動(dòng)能大小（3）求豎直圓軌道的最大半徑（4）求滑塊在傾斜軌道運(yùn)動(dòng)的總距離x=3.7125mR=0.32mt=0.2sEkA=1.25J6.如圖所示固定光滑斜面ABC，其中ACBC2.5m，質(zhì)量為m1kg的小球（可視為質(zhì)點(diǎn)），以1m/s的初速度從底端A沖上斜面，恰好沿P點(diǎn)切線進(jìn)入口徑很小的光滑圓管軌道中，圓心為O，軌道半徑R1m，且OP與豎直方向的夾角為60，Q點(diǎn)為軌道最高點(diǎn)（不計(jì)空氣阻力，取g10m/s2）。求：（1）小球從B點(diǎn)拋出后在空中運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)的速度v=5m/s（2）小球從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)所用的時(shí)

16、間（3）小球在Q點(diǎn)對(duì)圓弧軌道的作用力FN=60Nt=7.如圖所示，某玩具廠設(shè)計(jì)出一個(gè)“2019”字型的豎直模型玩具，固定在足夠長(zhǎng)的水平地面上，四個(gè)數(shù)字等高，“2”字和“9”字用內(nèi)壁光滑的薄壁細(xì)圓管彎成，過“2”字出口H點(diǎn)的豎直虛線與“2”字上半圓相切，“9”子下半部分圓弧軌道半徑是上半部分圓弧軌道半徑的兩倍，“0”字是半徑為R的單層光滑圓軌道，“1”字是高度為2R的具有左右兩條通道的光滑豎直細(xì)管道，且從左邊的A有向上速度就自動(dòng)無能量損失落入右邊管道，從右邊的A有向上速度也自動(dòng)無能量損失落入左邊管道。所有軌道轉(zhuǎn)角及連接處均平滑，H、F、B、C間的距離分別為3R、3R、2R。一小物塊m0.1kg（可視為質(zhì)點(diǎn)）分別從“2