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

第八章機械能守恒定律素養(yǎng)提升課(六)動能定理、機械能守恒定律及功能關系的應用學習任務1．會利用動能定理分析多過程問題，提升綜合分析問題的能力。2．能正確選擇機械能守恒定律或動能定理解決實際問題。3．理解力做功與能量轉(zhuǎn)化的關系，能運用功能關系解決問題。關鍵能力·情境探究達成01探究1

利用動能定理處理多過程問題1．平拋運動、圓周運動屬于曲線運動，若只涉及位移和速度而不涉及時間，應優(yōu)先考慮用動能定理列式求解。2．用動能定理解題，關鍵是對研究對象進行準確的受力分析及運動過程分析，并畫出物體運動過程的草圖，讓草圖幫助我們理解物理過程和各量關系。3．若物體的運動過程包含多個運動階段，可分段應用動能定理，也可全程運用動能定理。若不涉及中間量，全程應用動能定理更簡單、更方便。若涉及多個力做功，應注意力與位移的對應性?！镜淅?】如圖所示，ABCD為一豎直平面內(nèi)的軌道，其中BC水平，A點比BC高出10m，BC長1m，AB和CD軌道光滑。一質(zhì)量為1kg的物體，從A點以4m/s的速度開始運動，經(jīng)過BC后滑到高出C點10.3m的D點速度為0。求：(取g＝10m/s2)(1)物體與BC軌道間的動摩擦因數(shù)；(2)物體第5次經(jīng)過B點時的速度。[思路點撥]

(1)重力做功與物體運動路徑無關，其大小為mgΔh，但應注意做功的正、負。(2)物體第5次經(jīng)過B點時在水平面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點多少米)。

[答案]距B點0.4m規(guī)律方法

動能定理在多過程問題中的應用技巧(1)當物體運動過程中涉及多個力做功時，各力對應的位移可能不相同，計算各力做功時，應注意各力對應的位移。計算總功時，應計算整個過程中出現(xiàn)過的各力做功的代數(shù)和。(2)研究初、末動能時，只需關注初、末狀態(tài)，不必關心中間運動的細節(jié)。[跟進訓練]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，處于原長時另一端位于C點，一質(zhì)量為1kg的物體以4m/s的初速度沿水平地面的A點處向右運動，物體可視為質(zhì)點，壓縮彈簧反彈后剛好停在了AC的中點B，已知物體與水平地面的動摩擦因數(shù)為0.2,

A、C之間的距離為2m，則整個過程中彈簧的最大彈性勢能為(

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動規(guī)律。長

L1＝1m的斜軌道傾角為α＝37°，斜軌道底端平滑連接長

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(可不計大小)從斜軌道頂端釋放，滑塊與斜軌道及水平軌道間的動摩擦因數(shù)均為μ＝0.3。已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g取10m/s2。(1)若無初速度釋放滑塊，求滑塊到達B點時對半圓形軌道壓力FN的大小；

[答案]

2.15N

(2)為保證滑塊能到達半圓形軌道頂端A，應至少以多大速度v1釋放滑塊？

探究2

機械能守恒定律和動能定理的綜合應用1．機械能守恒定律和動能定理的比較項目機械能守恒定律動能定理表達式E1＝E2ΔEk＝－ΔEpΔEA＝－ΔEBW＝ΔEk應用范圍只有重力或彈力做功時無條件限制研究對象系統(tǒng)(或單個物體)單個物體關注角度守恒的條件和初、末狀態(tài)機械能的形式及大小動能的變化及合力做功情況2．適用范圍(1)動能定理：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年北京冬奧會跳臺滑雪場館“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。運動員保持蹲踞姿勢從A點由靜止出發(fā)沿直線向下加速運動，經(jīng)過距離A點s＝20m處的P點時，運動員的速度為v1＝50.4km/h。運動員滑到B點時快速后蹬，以v2＝90km/h的速度飛出，經(jīng)過一段時間的空中飛行，以v3＝126km/h的速度在C點著地。已知B、C兩點間的高度差h＝80m，運動員的質(zhì)量m＝60kg，重力加速度g取9.8m/s2，計算結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字。求：(1)A到P過程中運動員的平均加速度大??；

[答案]

4.9m/s2

(2)以B點為零勢能參考點，到C點時運動員的機械能；

[答案]－1.0×104J

(3)從B點起跳后到C點落地前的飛行過程中，運動員克服阻力做的功。

[答案]

2.9×104J

√

4．蹺蹺板是一種常見的游樂設施。兩人對坐兩端，輪流用腳蹬地，使一端上升，另一端下落，如此反復。如圖所示，質(zhì)量分別為2m、m的甲、乙兩人對坐在蹺蹺板的兩端，蹺蹺板的長度為L，開始時甲所在端著地，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。假設在蹺蹺板轉(zhuǎn)動過程中甲、乙兩人均可看成質(zhì)點，蹺蹺板的質(zhì)量、轉(zhuǎn)軸處的摩擦和甲蹬地過程中蹺蹺板轉(zhuǎn)動的角度均忽略不計，重力加速度為g，求：(1)甲蹬地結(jié)束時甲的速度大小v；

(2)甲蹬地結(jié)束至乙所在端著地過程中，蹺蹺板對乙做的功W。

探究3

能量守恒定律、功能關系的理解和應用1．能量守恒定律能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。2．功能關系概述(1)不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化是通過做功實現(xiàn)的，做功的過程就是能量之間轉(zhuǎn)化的過程。(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，具體功能關系如下表。功能量轉(zhuǎn)化關系式重力做功重力勢能的改變WG＝－Δ