高考總復(fù)習(xí)物理課件18 動(dòng)能、動(dòng)能定理_第1頁(yè)
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1、 課時(shí)18動(dòng)能動(dòng)能定理考點(diǎn)一動(dòng)能的概念和計(jì)算 基礎(chǔ)梳理概念:一個(gè)物體能夠?qū)ν饨缱龉?,我們就說(shuō)物體具有能量能量可以有不同的形式,物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能叫動(dòng)能表達(dá)式:ekmv2 疑難詳析全面理解動(dòng)能(1)動(dòng)能是標(biāo)量動(dòng)能的取值可以為正值或零,但不會(huì)為負(fù)值(2)動(dòng)量是狀態(tài)量描述的是物體的某一時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)一定質(zhì)量的物體在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(瞬時(shí)速度)確定時(shí),ek有惟一確定的值(3)動(dòng)能具有相對(duì)性由于瞬時(shí)速度與參考系有關(guān)所以ek也與參考系有關(guān)在一般情況下,無(wú)特殊說(shuō)明,則認(rèn)為取大地為參考系(4)物體的動(dòng)能不會(huì)發(fā)生突變,它的改變需要一個(gè)過(guò)程,這個(gè)過(guò)程就是外力對(duì)物體做功的過(guò)程或物體對(duì)外做功的過(guò)程(5)具有動(dòng)能的物體能克

2、服阻力做功,物體的質(zhì)量越大,運(yùn)動(dòng)速度越大,能克服阻力對(duì)外做功越多,它的動(dòng)能也越大 深化拓展動(dòng)能具有相對(duì)性由于速度v是一個(gè)與參考系的選取有關(guān)的物理量,因此根據(jù)動(dòng)能的表達(dá)式ek mv2可知,動(dòng)能也是一個(gè)與參考系的選取有關(guān)的物理量也就是說(shuō),同一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體,對(duì)于不同的參考系其動(dòng)能一般是不相等的所以說(shuō),動(dòng)能是相對(duì)于參照系的相對(duì)量在通常情況下,都是以地面為參照系來(lái)計(jì)算運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)能的考點(diǎn)二動(dòng)能定理及其應(yīng)用 基礎(chǔ)梳理概念:動(dòng)能定理表達(dá)了合外力做功和動(dòng)能的變化之間的關(guān)系:合外力在一個(gè)過(guò)程中對(duì)物體所做的功,等于物體在這個(gè)過(guò)程中動(dòng)能的變化(增加)1對(duì)單個(gè)物體,動(dòng)能定理可表述為:合外力做的功等于物體動(dòng)能的變化(這里

3、的合外力指物體受到的所有外力的合力,包括重力)表達(dá)式為wek2ek1或wek.2對(duì)于多過(guò)程、多外力的物體系統(tǒng),動(dòng)能定理也可以表述為:所有外力對(duì)物體做的總功等于物體動(dòng)能的變化實(shí)際應(yīng)用時(shí),后一種表述更好操作因?yàn)樗槐厍蠛狭Γ貏e是在全過(guò)程的各個(gè)階段受力有變化的情況下,只要把各個(gè)力在各個(gè)階段所做的功都按照代數(shù)和加起來(lái),就可以得到總功 疑難詳析對(duì)動(dòng)能定理的理解1動(dòng)能定理是把過(guò)程量(做功)和狀態(tài)量(動(dòng)能)聯(lián)系在一起的物理規(guī)律所以,無(wú)論求合外力做的功還是求物體動(dòng)能的變化,就都有了兩個(gè)可供選擇的途徑2對(duì)于外力對(duì)物體做的總功的理解:有的力促進(jìn)物體運(yùn)動(dòng),而有的力則阻礙物體運(yùn)動(dòng)因此它們做的功就有正、負(fù)之分, 功指

4、的是各外力做功的代數(shù)和;對(duì)于單一物體的單一物理過(guò)程,又因?yàn)閣合w1w2f1lf2lf合l,所以總功也可理解為合外力做的功即:如果物體受到多個(gè)共點(diǎn)力作用,則:w合f合l;如果發(fā)生在多個(gè)物理過(guò)程中,不同過(guò)程作用力個(gè)數(shù)不相同,則:w合w1w2wn.3對(duì)該定理標(biāo)量性的認(rèn)識(shí):因動(dòng)能定理中各項(xiàng)均為標(biāo)量,因此單純速度方向改變不影響動(dòng)能大小如用細(xì)繩拉著一物體在光滑桌面上以繩頭為圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,合外力方向指向圓心,與位移方向始終保持垂直,所以合外力做功為零,動(dòng)能變化亦為零,并不因速度方向改變而改變但是,一定要注意,功和動(dòng)能都是標(biāo)量,動(dòng)能定理表達(dá)式是一個(gè)標(biāo)量式,不能在某一個(gè)方向上應(yīng)用動(dòng)量定理4對(duì)狀態(tài)與過(guò)

5、程關(guān)系的理解:功是伴隨一個(gè)物理過(guò)程而產(chǎn)生的,是過(guò)程量;而動(dòng)能是狀態(tài)量動(dòng)能定理表示了過(guò)程量等于狀態(tài)量的改變量的關(guān)系 深化拓展1動(dòng)能定理中所說(shuō)的外力,既可以是重力、彈力、摩擦力、也可以是任何其他的力,動(dòng)能定理中的w是指所有作用在物體上的外力的合力對(duì)物體做的功2動(dòng)能定理的表達(dá)式是在物體受恒力作用且做直線運(yùn)動(dòng)的情況下得出的,但對(duì)于外力是變力,物體做曲線運(yùn)動(dòng)的情況同樣適用也就是說(shuō),動(dòng)能定理適用于任何力作用下,以任何形式運(yùn)動(dòng)的物體對(duì)象,具有普遍性題型一求變力的功圖1例1如圖1所示,一個(gè)質(zhì)量為m的小球拴在鋼繩的一端,另一端施加大小為f1的拉力作用,使小球在水平面上做半徑為r1的勻速圓周運(yùn)動(dòng),今將力的大小改變

6、為f2,使小球仍在水平面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng),但半徑變?yōu)閞2.求小球運(yùn)動(dòng)的半徑由r1變?yōu)閞2的過(guò)程中拉力對(duì)小球做的功答案(f2r2f1r1)/2題后反思:如果是恒力做功問(wèn)題往往直接用功的定義式可以求解,但遇到變力做功問(wèn)題須借助動(dòng)能定理等功能關(guān)系進(jìn)行求解;分析清楚物理過(guò)程和各個(gè)力的做功情況后,運(yùn)用動(dòng)能定理可簡(jiǎn)化解題步驟圖2如圖2所示,ab為圓弧軌道,bc為水平直軌道,圓弧的半徑為r,bc的長(zhǎng)度也是r,一質(zhì)量為m的物體,與兩個(gè)軌道間的動(dòng)摩擦因素都為,當(dāng)它由軌道頂端a從靜止開(kāi)始下落,恰好運(yùn)動(dòng)到c處停止,那么物體在ab段克服摩擦力所做的功為 ()解析:設(shè)物體在ab段克服摩擦力所做的功為wab,物體從a到c

7、全過(guò)程,據(jù)動(dòng)能定理,有:mgrwabmgr0所以wabmgrmgr(1)mgr答案:d題型二應(yīng)用動(dòng)能定理求解多過(guò)程問(wèn)題例2如圖3所示,質(zhì)量為m的鋼球從高出地面h處由靜止自由下落,落到地面進(jìn)入沙坑 停止,則(1)鋼珠在沙坑中受到的平均阻力是重力的多少倍?(2)若讓鋼球進(jìn)入沙坑 ,則鋼珠在h處的動(dòng)能應(yīng)為多少?設(shè)鋼珠在沙坑中所受平均阻力大小不隨深度改變圖圖3 圖4應(yīng)用21如圖4所示,質(zhì)量m1 kg的木塊靜止在高h(yuǎn)1.2 m的平臺(tái)上,木塊與平臺(tái)間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.2.用水平推力f20 n,使木塊產(chǎn)生位移l13 m時(shí)撤去,木塊又滑行l(wèi)21 m時(shí)飛出平臺(tái),求木塊落地時(shí)速度的大?。拷馕觯喝∧緣K為研究對(duì)象其運(yùn)動(dòng)

8、分三個(gè)階段,先勻加速前進(jìn)l1,后勻減速前進(jìn)l2,再做平拋運(yùn)動(dòng)用牛頓定律來(lái)解,計(jì)算麻煩而物體在各階段運(yùn)動(dòng)中受力情況明確,宜用動(dòng)能定理來(lái)解設(shè)木塊落地時(shí)的速度為v,各力做功情況分別為wffl1,wfmg(l1l2),wmgmgh,由動(dòng)能定理:w合外ek,得:fl1mg(l1l2)mgh mv20代入數(shù)據(jù)解得v8 m/s.答案:8 m/s題型三用動(dòng)能定理求物體往返運(yùn)動(dòng)的總路程圖5例3如圖5所示,斜面傾角為,質(zhì)量為m的滑塊在距擋板p的距離為s0的a點(diǎn)以初速度v0沿斜面上滑,滑塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為,滑塊所受摩擦力小于滑塊沿斜面的下滑力,若滑塊每次與擋板相碰,碰后以原速率返回,無(wú)動(dòng)能損失,求滑塊停止運(yùn)動(dòng)

9、前在斜面上經(jīng)過(guò)的路程解析研究對(duì)象:滑塊物理過(guò)程分析:物體受重力mg、支持力n、摩擦力f,示意圖如圖6所示由滑塊所受摩擦力小于滑塊沿斜面的下滑力(重力沿斜面的分力)可知:圖6下滑時(shí),合力f合1mgsinf,加速度a1,方向沿斜面向下,勻加速下滑;上滑時(shí),合力f合2mgsinf,加速度a2,方向沿斜面向下,勻減速上滑滑塊由a點(diǎn)勻減速上滑至最高點(diǎn)b,然后勻加速下滑至p點(diǎn),碰后以原速率返回,因a1a2,所以滑塊勻減速上滑高度將小于b點(diǎn),然后又勻加速下滑,如此反復(fù),上滑高度不斷減小,最終停止在p點(diǎn)設(shè)滑塊停止運(yùn)動(dòng)前在斜面上經(jīng)過(guò)的路程為s. 題后反思:物體在某個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中包含有幾個(gè)運(yùn)動(dòng)性質(zhì)不同的小過(guò)程(如加

10、速、減速的過(guò)程),此時(shí)可以分段考慮,也可以對(duì)全過(guò)程考慮,但如能對(duì)整個(gè)過(guò)程利用動(dòng)能定理列式,則使問(wèn)題簡(jiǎn)化 從離地面h高處落下一個(gè)小球,小球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的空氣阻力是它重力的k(k1)倍,而小球與地面相碰后,能以相同大小的速率反彈,求:(1)小球第一次與地面碰撞后,能夠反彈起的最大高度是多少?(2)小球從釋放開(kāi)始,直至停止彈跳為止,所通過(guò)的總路程是多少?解析:(1)設(shè)小球第一次與地面碰撞后,能夠反彈起的最大高度是h,則由動(dòng)能定理得:mg(hh)kmg(hh)0解得h h.(2)設(shè)球從釋放開(kāi)始,直至停止彈跳為止,所通過(guò)的總路程是s,對(duì)全過(guò)程由動(dòng)能定理得:mghkmgs0解得s .答案:(1)h(2

11、)1(2009廣東高考)物體在合外力作用下做直線運(yùn)動(dòng)的vt圖象如圖7所示下列表述正確的是 ()a在01 s內(nèi),合外力做正功b在02 s內(nèi),合外力總是做負(fù)功c在12 s內(nèi),合外力不做功d在03 s內(nèi),合外力總是做正功答案:a圖圖72人騎自行車下坡,坡長(zhǎng)l500 m,坡高h(yuǎn)8 m,人和車總質(zhì)量為100 kg,下坡時(shí)初速度為4 m/s,人不踏車的情況下,到達(dá)坡底時(shí)車速為10 m/s,g取10 m/s2,則下坡過(guò)程中阻力所做的功為 ()a4000 j b3800 jc5000 jd4200 j答案:b圖83如圖8所示,光滑軌道m(xù)o和on底端對(duì)接且 2 ,m、n兩點(diǎn)高度相同小球自m點(diǎn)由靜止自由滾下,忽略

12、小球經(jīng)過(guò)o點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能損失,以v、s、a、ek分別表示小球的速度、位移、加速度和動(dòng)能四個(gè)物理量的大小下列圖象中能正確反映小球自m點(diǎn)到n點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的是 ()答案:a4假設(shè)地球、月球都靜止不動(dòng),用火箭從地球沿地月連線向月球發(fā)射一探測(cè)器,假定探測(cè)器在地球表面附近脫離火箭用w表示探測(cè)器從脫離火箭處飛到月球的過(guò)程中克服地球引力做的功,用ek表示探測(cè)器脫離火箭時(shí)的動(dòng)能,若不計(jì)空氣阻力,則 ()aek必須大于或等于w,探測(cè)器才能到達(dá)月球bek小于w,探測(cè)器也可能到達(dá)月球cekw,探測(cè)器一定能到達(dá)月球dekw,探測(cè)器一定不能到達(dá)月球解析:探測(cè)器克服地球引力做功為w,同樣在探測(cè)器飛向月球的過(guò)程中月球?qū)μ綔y(cè)器也有

13、萬(wàn)有引力作用,即月球引力對(duì)探測(cè)器做正功,但w月w,若ekw,探測(cè)器速度減為零時(shí),還沒(méi)到達(dá)地、月引力相等的位置,地球的引力還大于月球的引力,所以探測(cè)器一定不能到達(dá)月球由ww月0ek,得ww月ek,即ekw時(shí),探測(cè)器也可能到達(dá)月球,即b、d正確,a、c錯(cuò)誤答案:bd5(2008上海高考)總質(zhì)量為80 kg的跳傘運(yùn)動(dòng)員從離地500 m的直升機(jī)上跳下,經(jīng)過(guò)2 s拉開(kāi)繩索開(kāi)啟降落傘,如圖9所示是跳傘過(guò)程中的vt圖,試根據(jù)圖像求:(g取10 m/s2)圖9(1)t1 s時(shí)運(yùn)動(dòng)員的加速度和所受阻力的大小(2)估算14 s內(nèi)運(yùn)動(dòng)員下落的高度及克服阻力做的功(3)估算運(yùn)動(dòng)員從飛機(jī)上跳下到著地的總時(shí)間 解析:(1)從圖中可以看出,在t2 s之前運(yùn)動(dòng)員做勻加速運(yùn)動(dòng),其加速度大小為a m/s28 m/s2設(shè)此過(guò)程中運(yùn)動(dòng)員受到的阻力大小為f,根據(jù)牛頓第二定律,有mgfma得fm(

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