新教材同步備課2024春高中物理第8章機(jī)械能守恒定律素養(yǎng)提升課6動(dòng)能定理機(jī)械能守恒定律及功能關(guān)系的應(yīng)用課件新人教版必修第二冊(cè)

第八章機(jī)械能守恒定律素養(yǎng)提升課(六)動(dòng)能定理、機(jī)械能守恒定律及功能關(guān)系的應(yīng)用學(xué)習(xí)任務(wù)1．會(huì)利用動(dòng)能定理分析多過(guò)程問(wèn)題，提升綜合分析問(wèn)題的能力。2．能正確選擇機(jī)械能守恒定律或動(dòng)能定理解決實(shí)際問(wèn)題。3．理解力做功與能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系，能運(yùn)用功能關(guān)系解決問(wèn)題。關(guān)鍵能力·情境探究達(dá)成01探究1

利用動(dòng)能定理處理多過(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?！镜淅?】如圖所示，ABCD為一豎直平面內(nèi)的軌道，其中BC水平，A點(diǎn)比BC高出10m，BC長(zhǎng)1m，AB和CD軌道光滑。一質(zhì)量為1kg的物體，從A點(diǎn)以4m/s的速度開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)BC后滑到高出C點(diǎn)10.3m的D點(diǎn)速度為0。求：(取g＝10m/s2)(1)物體與BC軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)；(2)物體第5次經(jīng)過(guò)B點(diǎn)時(shí)的速度。[思路點(diǎn)撥]

(1)重力做功與物體運(yùn)動(dòng)路徑無(wú)關(guān)，其大小為mgΔh，但應(yīng)注意做功的正、負(fù)。(2)物體第5次經(jīng)過(guò)B點(diǎn)時(shí)在水平面BC上的路徑為4sBC。

[拓展]在上例中，不改變?nèi)魏螚l件，物體最后停止的位置(距B點(diǎn)多少米)。

[答案]距B點(diǎn)0.4m規(guī)律方法

動(dòng)能定理在多過(guò)程問(wèn)題中的應(yīng)用技巧(1)當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中涉及多個(gè)力做功時(shí)，各力對(duì)應(yīng)的位移可能不相同，計(jì)算各力做功時(shí)，應(yīng)注意各力對(duì)應(yīng)的位移。計(jì)算總功時(shí)，應(yīng)計(jì)算整個(gè)過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)的各力做功的代數(shù)和。(2)研究初、末動(dòng)能時(shí)，只需關(guān)注初、末狀態(tài)，不必關(guān)心中間運(yùn)動(dòng)的細(xì)節(jié)。[跟進(jìn)訓(xùn)練]1．如圖所示，一根放置于水平地面的輕質(zhì)彈簧一端固定在豎直的墻壁上，處于原長(zhǎng)時(shí)另一端位于C點(diǎn)，一質(zhì)量為1kg的物體以4m/s的初速度沿水平地面的A點(diǎn)處向右運(yùn)動(dòng)，物體可視為質(zhì)點(diǎn)，壓縮彈簧反彈后剛好停在了AC的中點(diǎn)B，已知物體與水平地面的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2,

A、C之間的距離為2m，則整個(gè)過(guò)程中彈簧的最大彈性勢(shì)能為(

g取10m/s2)(

)A．3J

B．4JC．5J D．6J√

2．小明用如圖所示軌道探究滑塊的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。長(zhǎng)

L1＝1m的斜軌道傾角為α＝37°，斜軌道底端平滑連接長(zhǎng)

L2＝0.1m的水平軌道，水平軌道左端與半徑R＝0.2m的光滑半圓形軌道底端B平滑連接。將質(zhì)量m＝0.05kg的滑塊(可不計(jì)大小)從斜軌道頂端釋放，滑塊與斜軌道及水平軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ＝0.3。已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g取10m/s2。(1)若無(wú)初速度釋放滑塊，求滑塊到達(dá)B點(diǎn)時(shí)對(duì)半圓形軌道壓力FN的大??；

[答案]

2.15N

(2)為保證滑塊能到達(dá)半圓形軌道頂端A，應(yīng)至少以多大速度v1釋放滑塊？

探究2

機(jī)械能守恒定律和動(dòng)能定理的綜合應(yīng)用1．機(jī)械能守恒定律和動(dòng)能定理的比較項(xiàng)目機(jī)械能守恒定律動(dòng)能定理表達(dá)式E1＝E2ΔEk＝－ΔEpΔEA＝－ΔEBW＝ΔEk應(yīng)用范圍只有重力或彈力做功時(shí)無(wú)條件限制研究對(duì)象系統(tǒng)(或單個(gè)物體)單個(gè)物體關(guān)注角度守恒的條件和初、末狀態(tài)機(jī)械能的形式及大小動(dòng)能的變化及合力做功情況2．適用范圍(1)動(dòng)能定理：恒力做功、變力做功、分段做功、全程做功等均可適用。(2)機(jī)械能守恒定律：只有系統(tǒng)內(nèi)的彈力或重力做功?！镜淅?】如圖所示為2022年北京冬奧會(huì)跳臺(tái)滑雪場(chǎng)館“雪如意”的賽道示意圖，由助滑區(qū)、空中飛行區(qū)、著陸緩沖區(qū)等組成。運(yùn)動(dòng)員保持蹲踞姿勢(shì)從A點(diǎn)由靜止出發(fā)沿直線向下加速運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)距離A點(diǎn)s＝20m處的P點(diǎn)時(shí)，運(yùn)動(dòng)員的速度為v1＝50.4km/h。運(yùn)動(dòng)員滑到B點(diǎn)時(shí)快速后蹬，以v2＝90km/h的速度飛出，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的空中飛行，以v3＝126km/h的速度在C點(diǎn)著地。已知B、C兩點(diǎn)間的高度差h＝80m，運(yùn)動(dòng)員的質(zhì)量m＝60kg，重力加速度g取9.8m/s2，計(jì)算結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字。求：(1)A到P過(guò)程中運(yùn)動(dòng)員的平均加速度大小；

[答案]

4.9m/s2

(2)以B點(diǎn)為零勢(shì)能參考點(diǎn)，到C點(diǎn)時(shí)運(yùn)動(dòng)員的機(jī)械能；

[答案]－1.0×104J

(3)從B點(diǎn)起跳后到C點(diǎn)落地前的飛行過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)員克服阻力做的功。

[答案]

2.9×104J

√

4．蹺蹺板是一種常見(jiàn)的游樂(lè)設(shè)施。兩人對(duì)坐兩端，輪流用腳蹬地，使一端上升，另一端下落，如此反復(fù)。如圖所示，質(zhì)量分別為2m、m的甲、乙兩人對(duì)坐在蹺蹺板的兩端，蹺蹺板的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，開(kāi)始時(shí)甲所在端著地，蹺蹺板與水平面之間的夾角為α＝30°，甲蹬地后恰好讓乙所在端著地，該過(guò)程中甲、乙兩人的速度大小始終相等且乙的腳未與地面接觸。假設(shè)在蹺蹺板轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中甲、乙兩人均可看成質(zhì)點(diǎn)，蹺蹺板的質(zhì)量、轉(zhuǎn)軸處的摩擦和甲蹬地過(guò)程中蹺蹺板轉(zhuǎn)動(dòng)的角度均忽略不計(jì)，重力加速度為g，求：(1)甲蹬地結(jié)束時(shí)甲的速度大小v；

(2)甲蹬地結(jié)束至乙所在端著地過(guò)程中，蹺蹺板對(duì)乙做的功W。

探究3

能量守恒定律、功能關(guān)系的理解和應(yīng)用1．能量守恒定律能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，能量的總量保持不變。2．功能關(guān)系概述(1)不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化是通過(guò)做功實(shí)現(xiàn)的，做功的過(guò)程就是能量之間轉(zhuǎn)化的過(guò)程。(2)功是能量轉(zhuǎn)化的量度。做了多少功，就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化。3．功與能的關(guān)系：由于功是能量轉(zhuǎn)化的量度，某種力做功往往與某一種具體形式的能量轉(zhuǎn)化相聯(lián)系，具體功能關(guān)系如下表。功能量轉(zhuǎn)化關(guān)系式重力做功重力勢(shì)能的改變WG＝－Δ