新人教版高中物理必修第二冊(cè)精品課件 拓展課 動(dòng)能定理的綜合應(yīng)用優(yōu)質(zhì)課件

拓展課動(dòng)能定理的綜合應(yīng)用拓展點(diǎn)一動(dòng)能定理與牛頓運(yùn)動(dòng)定律的比較1.理解比較比較牛頓第二定律動(dòng)能定理作用合外力與加速度的關(guān)系合外力做的功與動(dòng)能變化量的關(guān)系公式F＝maW＝Ek2－Ek1研究力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系力的瞬間作用效果力對(duì)空間的積累效果運(yùn)動(dòng)過(guò)程中細(xì)節(jié)的考慮考慮不考慮作用力恒力恒力或變力2.應(yīng)用比較比較牛頓運(yùn)動(dòng)定律動(dòng)能定理相同點(diǎn)確定研究對(duì)象，對(duì)物體進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析適用條件只能研究恒力作用下物體的運(yùn)動(dòng)的情況對(duì)于物體在恒力或變力的作用下，物體做直線運(yùn)動(dòng)或曲線運(yùn)動(dòng)均適用應(yīng)用方法要考慮運(yùn)動(dòng)過(guò)程的每一個(gè)細(xì)節(jié)，結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式只考慮各力的做功情況及初、末狀態(tài)的動(dòng)能運(yùn)算方法矢量運(yùn)算代數(shù)運(yùn)算[試題案例][例1]

如圖所示，一質(zhì)量為2kg的鉛球從離地面2m高處自由下落，陷入沙坑2cm深處，求沙子對(duì)鉛球的平均阻力大小。(g取10m/s2)解析法一應(yīng)用牛頓第二定律與運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求解。設(shè)鉛球做自由落體運(yùn)動(dòng)到沙面時(shí)的速度為v，則有v2＝2gH。在沙坑中的運(yùn)動(dòng)階段，設(shè)鉛球做勻減速運(yùn)動(dòng)的加速度大小為a，則有v2＝2ah。法二應(yīng)用動(dòng)能定理分段求解。法三應(yīng)用動(dòng)能定理全程求解。鉛球下落全過(guò)程都受重力，只有進(jìn)入沙中鉛球才受阻力Ff，重力做功WG＝mg(H＋h)，阻力做功Wf＝－Ffh。由動(dòng)能定理得mg(H＋h)－Ffh＝0－0，代入數(shù)據(jù)得Ff＝2020N。答案2020N[針對(duì)訓(xùn)練1]

如圖是冰上體育比賽“冰壺運(yùn)動(dòng)”的場(chǎng)地示意圖(冰面水平)。在某次訓(xùn)練中，甲隊(duì)員將質(zhì)量m＝20kg的一個(gè)冰壺從左側(cè)的A處向右推出，冰壺沿中心線運(yùn)動(dòng)到與A點(diǎn)相距為x＝30m的營(yíng)壘中心O處恰好停下。此后，乙隊(duì)員將完全相同的第二個(gè)冰壺同樣在A處向右推出，冰壺從A處運(yùn)動(dòng)到O處經(jīng)過(guò)的時(shí)間為t＝10s。已知兩個(gè)冰壺與冰面間的動(dòng)摩擦因數(shù)都為μ＝0.02，冰壺都可視為質(zhì)點(diǎn)，取g＝10m/s2。求：(1)第一個(gè)冰壺被推出時(shí)的動(dòng)能；(2)第二個(gè)冰壺即將碰到第一個(gè)冰壺時(shí)的速度大小。解析(1)法一牛頓第二定律根據(jù)牛頓第二定律Ff＝μmg＝ma根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得v2＝2ax＝2μgx聯(lián)立并代入題給數(shù)據(jù)得Ek＝μmgx＝0.02×20×10×30J＝120J。法二動(dòng)能定理對(duì)于甲隊(duì)員推出的冰壺，由動(dòng)能定理可得－μmgx＝0－Ek1，代入數(shù)據(jù)得Ek1＝120J，故第一個(gè)冰壺被推出時(shí)的動(dòng)能為120J。答案(1)120J

(2)2m/s拓展點(diǎn)二動(dòng)能定理與圖像的結(jié)合分析動(dòng)能定理和圖像結(jié)合的問(wèn)題時(shí)一定要弄清圖像的物理意義，要特別注意圖像的形狀、交點(diǎn)、截距、斜率、面積等信息，并結(jié)合運(yùn)動(dòng)圖像構(gòu)建相應(yīng)的物理模型，選擇合理的規(guī)律求解有關(guān)問(wèn)題。[試題案例][例2]

如圖甲所示，在水平地面上放置一個(gè)質(zhì)量為m＝4kg的物體，讓其在隨位移均勻減小的水平推力作用下運(yùn)動(dòng)，

如圖乙所示，已

知物體與地面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ＝0.5，g取10m/s2，求：F與位移關(guān)系圖線圍成的面積表示功。推力F隨位移x變化的圖像[試題案例][例2]

如圖甲所示，在水平地面上放置一個(gè)質(zhì)量為m＝4kg的物體，讓其在隨位移均勻減小的水平推力作用下運(yùn)動(dòng)，

如圖乙所示，已

知物體與地面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ＝0.5，g取10m/s2，求：F與位移關(guān)系圖線圍成的面積表示功。推力F隨位移x變化的圖像解析(1)由牛頓第二定律得F－μmg＝ma，當(dāng)推力F0＝100N時(shí)，物體所受的合力最大，加速度最大，代入數(shù)據(jù)得a＝20m/s2。(2)根據(jù)圖像得推力對(duì)物體做的功等于圖線與x軸圍成的面積，則推力對(duì)物體做功根據(jù)動(dòng)能定理可得W－μmgxm＝0，解得xm＝12.5m。答案(1)20m/s2

(2)12.5m方法總結(jié)“三步法”分析動(dòng)能定理結(jié)合圖像問(wèn)題[針對(duì)訓(xùn)練2]

(多選)在平直公路上，汽車(chē)由靜止開(kāi)始做勻加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)速度達(dá)到vm后立即關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)直到停止，v－t圖像如圖所示。設(shè)汽車(chē)的牽引力為F，摩擦力為Ff，全過(guò)程中牽引力做功W1，克服摩擦力做功W2，則(

)A.F∶Ff＝1∶3 B.F∶Ff＝4∶1C.W1∶W2＝1∶1 D.W1∶W2＝1∶3解析全過(guò)程初、末狀態(tài)的動(dòng)能都為零，對(duì)全過(guò)程應(yīng)用動(dòng)能定理得W1－W2＝0①即W1＝W2，選項(xiàng)C正確；設(shè)物體在0～1s內(nèi)和1～4s內(nèi)運(yùn)動(dòng)的位移大小分別為s1、s2，則W1＝Fs1②W2＝Ff(s1＋s2)③在v－t圖像中，圖像與時(shí)間軸包圍的面積表示位移，由圖像可知，s2＝3s1④由②③④式解得F∶Ff＝4∶1，選項(xiàng)B正確。答案BC拓展點(diǎn)三利用動(dòng)能定理處理曲線運(yùn)動(dòng)的多過(guò)程問(wèn)題1.平拋運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)屬于曲線運(yùn)動(dòng)，若只涉及位移和速度而不涉及時(shí)間，應(yīng)優(yōu)先考慮用動(dòng)能定理列式求解。2.用動(dòng)能定理解題，關(guān)鍵是對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行準(zhǔn)確的受力分析及運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析，并畫(huà)出物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程的草圖，讓草圖幫助我們理解物理過(guò)程和各量關(guān)系。3.若物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程包含多個(gè)運(yùn)動(dòng)階段，可分段應(yīng)用動(dòng)能定理，也可全程運(yùn)用動(dòng)能定理。若不涉及中間量，全程應(yīng)用動(dòng)能定理更簡(jiǎn)單、更方便。若涉及多個(gè)力做功，應(yīng)注意力與位移的對(duì)應(yīng)性。拓展點(diǎn)三利用動(dòng)能定理處理曲線運(yùn)動(dòng)的多過(guò)程問(wèn)題1.平拋運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)屬于曲線運(yùn)動(dòng)，若只涉及位移和速度而不涉及時(shí)間，應(yīng)優(yōu)先考慮用動(dòng)能定理列式求解。2.用動(dòng)能定理解題，關(guān)鍵是對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行準(zhǔn)確的受力分析及運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析，并畫(huà)出物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程的草圖，讓草圖幫助我們理解物理過(guò)程和各量關(guān)系。3.若物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程包含多個(gè)運(yùn)動(dòng)階段，可分段應(yīng)用動(dòng)能定理，也可全程運(yùn)用動(dòng)能定理。若不涉及中間量，全程應(yīng)用動(dòng)能定理更簡(jiǎn)單、更方便。若涉及多個(gè)力做功，應(yīng)注意力與位移的對(duì)應(yīng)性。[試題案例](1)當(dāng)小物塊沿圓弧軌道AB運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)，軌道對(duì)小物塊的作用力大??；(2)若小物塊在B點(diǎn)的速度為5m/s，且在剛進(jìn)入BC段時(shí)撤去力F，請(qǐng)通過(guò)計(jì)算判斷小物塊能否通過(guò)D點(diǎn)；(3)小物塊能進(jìn)入EF軌道，且不越過(guò)F點(diǎn)，小物塊在D點(diǎn)的速度范圍?！緦忣}指導(dǎo)】題干關(guān)鍵點(diǎn)提取信息豎直向上的F＝10N的力在AB段物塊有恒力和重力做功進(jìn)入BC段后撤去F在BC段物塊只有摩擦力做功物塊能否通過(guò)D點(diǎn)物塊恰好過(guò)D點(diǎn)的條件是重力提供向心力進(jìn)入EF軌道，不越過(guò)F點(diǎn)進(jìn)入EF的最小速度對(duì)應(yīng)過(guò)D點(diǎn)的最小速度，進(jìn)入EF的最大速度對(duì)應(yīng)到F點(diǎn)時(shí)速度為零[針對(duì)訓(xùn)練3]

在溫州市科技館中，有個(gè)用來(lái)模擬天體運(yùn)動(dòng)的裝置，其內(nèi)部是一個(gè)類(lèi)似錐形的漏斗容器，如圖甲所示?，F(xiàn)在該裝置的上方固定一個(gè)半徑為R的四分之一光滑管道AB，光滑管道下端剛好貼著錐形漏斗容器的邊緣，如圖乙所示。將一個(gè)質(zhì)量為m的小球從管道的A點(diǎn)靜止釋放，小球從管道B點(diǎn)射出后剛好貼著錐形容器壁運(yùn)動(dòng)，由于摩擦阻力的作用，運(yùn)動(dòng)的高度越來(lái)越低，最后從容器底部的孔C掉下(軌跡大致如圖乙虛線所示)，已知小球離開(kāi)C孔的速度為v，A到C的高度為H，重力加速度為g。求：(1)小球到達(dá)B端的速度大小；(2)小球在管口B端受到的支持力大?。?3)小球在錐形漏斗表面運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中克服摩擦阻力所做的功。[針對(duì)訓(xùn)練3]

在溫州市科技館中，有個(gè)用來(lái)模擬天體運(yùn)動(dòng)的裝置，其內(nèi)部是一個(gè)類(lèi)似錐形的漏斗容器，如圖甲所示。現(xiàn)在該裝置的上方固定一個(gè)半徑為R的四分之一光滑管道AB，光滑管道下端剛好貼著錐形漏斗容器的邊緣，如圖乙所示。將一個(gè)質(zhì)量為m的小球從管道的A點(diǎn)靜止釋放，小球從管道B點(diǎn)射出后剛好貼著錐形容器壁運(yùn)動(dòng)，由于摩擦阻力的作用，運(yùn)動(dòng)的高度越來(lái)越低，最后從容器底部的孔C掉下(軌跡大致如圖乙虛線所示)，已知小球離開(kāi)C孔的速度為v，A到C的高度為H，重力加速度為g。求：[試題案例][例2]

如圖甲所示，在水平地面上放置一個(gè)質(zhì)量為m＝4kg的物體，讓其在隨位移均勻減小的水平推力作用下運(yùn)動(dòng)，

如圖乙所示，已

知物體與地面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ＝0.5，g取10m/s2，求：F與位移關(guān)系圖線圍成的面積表示功。推力F隨位移x變化的圖像法三應(yīng)用動(dòng)能定理全程求解。鉛球下落全過(guò)程都受重力，只有進(jìn)入沙中鉛球才受阻力Ff，重力做功WG＝mg(H＋h)，阻力做功Wf＝－Ffh。由動(dòng)能定理得mg(H＋h)－Ffh＝0－0，代入數(shù)據(jù)得Ff＝2020N。答案2020N2.應(yīng)用比較比較牛頓運(yùn)動(dòng)定律動(dòng)能定理相同點(diǎn)確定研究對(duì)象，對(duì)物體進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析適用條件只能研究恒力作用下物體的運(yùn)動(dòng)的情況對(duì)于物體在恒力或變力的作用下，物體做直線運(yùn)動(dòng)或曲線運(yùn)動(dòng)均適用應(yīng)用方法要考慮運(yùn)動(dòng)過(guò)程的每一個(gè)細(xì)節(jié)，結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式只考慮各力的做功情況及初、末狀態(tài)的動(dòng)能運(yùn)算方法矢量運(yùn)算代數(shù)運(yùn)算解