2019版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 專題五 機(jī)械能 第2講 動(dòng)能、動(dòng)能定理課件.ppt

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第2講 動(dòng)能 動(dòng)能定理 一 動(dòng)能 1 概念 物體由于 而具有的能叫動(dòng)能 2 公式 Ek 3 單位 焦耳 1J 1 4 性質(zhì) 動(dòng)能是標(biāo)量 是狀態(tài)量 與v瞬時(shí)對(duì)應(yīng) 具有相對(duì)性 大小與參考系的選擇 6 動(dòng)能的相對(duì)性 由于速度具有相對(duì)性 則動(dòng)能也具有 一般以 為參考系 運(yùn)動(dòng) kg m2 s 2 有關(guān) 相對(duì)性 地面 二 動(dòng)能定理1 內(nèi)容 合外力對(duì)物體所做的功等于物體 的變化 量 3 注意事項(xiàng) 1 合外力的功 是指物體所受的所有力在某一過程中所做功的代數(shù)和 2 位移和速度必須相對(duì)于同一個(gè)參考系 一般以地面為參考系 動(dòng)能 4 功與動(dòng)能的關(guān)系 1 W 0 物體的動(dòng)能 2 W 0 物體的動(dòng)能 3 W 0 物體的動(dòng)能 增加減少不變 5 適用條件 曲線運(yùn)動(dòng) 變力做功 1 動(dòng)能定理既適用于直線運(yùn)動(dòng) 也適用于 2 既適用于恒力做功 也適用于 3 力可以是各種性質(zhì)的力 既可以同時(shí)作用 也可以 不同時(shí)作用 基礎(chǔ)檢測(cè) 1 一個(gè)質(zhì)量為0 3kg的彈性小球 在光滑水平面上以6m s的速度垂直撞到墻上 碰撞后小球沿相反方向運(yùn)動(dòng) 反彈后的速度大小與碰撞前相同 則碰撞前后小球速度變化量的大小 v 和碰撞過程中小球的動(dòng)能變化量 Ek為 A v 0C Ek 1 8J B v 12m sD Ek 10 8J 解析 取初速度方向?yàn)檎较?則 v 6 6 m s 12m s 由于速度大小沒變 動(dòng)能不變 故動(dòng)能變化量為0 故只有選項(xiàng)B正確 答案 B 2 多選 關(guān)于動(dòng)能定理的表達(dá)式W Ek2 Ek1 下列說法 正確的是 A 公式中的W為不包含重力的其他力做的總功B 公式中的W為包含重力在內(nèi)的所有力做的功 也可通過以下兩種方式計(jì)算 先求每個(gè)力的功再求功的代數(shù)和或先求合外力再求合外力的功C 公式中的Ek2 Ek1為動(dòng)能的增量 當(dāng)W 0時(shí)動(dòng)能增加 當(dāng)W 0時(shí) 動(dòng)能減少D 動(dòng)能定理適用于直線運(yùn)動(dòng) 但不適用于曲線運(yùn)動(dòng) 適用于恒力做功 但不適用于變力做功答案 BC 考點(diǎn)1 對(duì)動(dòng)能定理的理解 重點(diǎn)歸納1 對(duì) 外力 的兩點(diǎn)理解 1 外力 指的是合力 重力 彈力 摩擦力 電場(chǎng)力 磁場(chǎng)力或其他力 它們可以同時(shí)作用 也可以不同時(shí)作用 2 既可以是恒力 也可以是變力 2 體現(xiàn)的二個(gè)關(guān)系 3 高中階段動(dòng)能定理中的位移和速度必須相對(duì)于同一個(gè)參考系 一般以地面或相對(duì)地面靜止的物體為參考系 考題題組 1 2016年四川卷 韓曉鵬是我國(guó)首位在冬奧會(huì)雪上項(xiàng)目奪冠的運(yùn)動(dòng)員 他在一次自由式滑雪空中技巧比賽中沿 助滑區(qū) 保持同一姿態(tài)下滑了一段距離 重力對(duì)他做功1900J 他 克服阻力做功100J 韓曉鵬在此過程中 A 動(dòng)能增加了1900JB 動(dòng)能增加了2000JC 重力勢(shì)能減小了1900JD 重力勢(shì)能減小了2000J答案 C 考點(diǎn)2 動(dòng)能定理的運(yùn)用 重點(diǎn)歸納1 動(dòng)能定理中涉及的物理量有F s m v W Ek等 在涉及含有上述物理量的問題時(shí) 可以考慮使用動(dòng)能定理 動(dòng)能定理只需考慮過程中力做功的情況和初 末狀態(tài)的動(dòng)能 無需考慮運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的細(xì)節(jié) 所以運(yùn)用動(dòng)能定理解題 往往比用牛頓運(yùn)動(dòng)定律要簡(jiǎn)便 求解變力做功 曲線運(yùn)動(dòng)等問題時(shí) 應(yīng)優(yōu)先考慮用動(dòng)能定理 2 動(dòng)能定理是根據(jù)力在過程中做了多少功 導(dǎo)致動(dòng)能變化了多少來列方程的 所以運(yùn)用動(dòng)能定理時(shí)要注意選定運(yùn)動(dòng)過程 3 應(yīng)用動(dòng)能定理解題基本步驟 考題題組 2 多選 2016年新課標(biāo) 卷 如圖5 2 1所示 一固定容器的內(nèi)壁是半徑為R的半球面 在半球面水平直徑的一端有一質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)P 它在容器內(nèi)壁由靜止下滑到最低點(diǎn)的過程中 克服摩擦力做的功為W 重力加速度大小為g 設(shè)質(zhì)點(diǎn)P在最低點(diǎn)時(shí) 向心加速度的大小為a 容器對(duì)它的支持力大小為N 則 圖5 2 1 A a 2 mgR W mR B a 2mgR WmR C N 3mgR 2WR D N 2 mgR W R 答案 AC 3 2016年天津卷 我國(guó)將于2022年舉辦冬奧會(huì) 跳臺(tái)滑雪是其中最具觀賞性的項(xiàng)目之一 如圖5 2 2所示 質(zhì)量m 60kg的運(yùn)動(dòng)員從長(zhǎng)直助滑道AB的A處由靜止開始以加速度a 3 6m s2勻加速滑下 到達(dá)助滑道末端B時(shí)速度vB 24m s A與B的豎直高度差H 48m 為了改變運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)方向 在助滑道與起跳臺(tái)之間用一段彎曲滑道銜接 其中最低點(diǎn)C處附近是一段以O(shè)為圓心的圓弧 助滑道末端B與滑道最低點(diǎn)C的高度差h 5m 運(yùn)動(dòng)員在B C間運(yùn)動(dòng)時(shí)阻力做功W 1530J g取10m s2 1 求運(yùn)動(dòng)員在AB段下滑時(shí)受到阻力Ff的大小 2 若運(yùn)動(dòng)員能夠承受的最大壓力為其所受重力的6倍 則 C點(diǎn)所在圓弧的半徑R至少應(yīng)為多大 圖5 2 2 考點(diǎn)3 動(dòng)能定理與圖象的綜合問題 1 力學(xué)中圖象所圍 面積 的意義 1 v t圖 由公式x vt可知 v t圖線與坐標(biāo)軸圍成的面積表示物體的位移 2 a t圖 由公式 v at可知 a t圖線與坐標(biāo)軸圍成的面積表示物體速度的變化量 3 F x圖 由公式W Fx可知 F x圖線與坐標(biāo)軸圍成的面積表示力所做的功 4 P t圖 由公式W Pt可知 P t圖線與坐標(biāo)軸圍成的面積表示力所做的功 2 解決物理圖象問題的基本步驟 考題題組 4 2017年安徽合肥一模 A B兩物體分別在水平恒力F1和F2的作用下沿水平面運(yùn)動(dòng) 先后撤去F1 F2后 兩物體最終停下 它們的v t圖象如圖5 2 3所示 已知兩物體與水平面間 的滑動(dòng)摩擦力大小相等 則下列說法正確的是 A F1 F2大小之比為1 2B F1 F2對(duì)A B做功之比為1 2C A B質(zhì)量之比為2 1 圖5 2 3 D 全過程中A B克服摩擦力做功之比為2 1 5 2017年江西九江質(zhì)檢 打樁機(jī)是利用沖擊力將樁貫入地層的樁工機(jī)械 某同學(xué)對(duì)打樁機(jī)的工作原理產(chǎn)生了興趣 他構(gòu)建了一個(gè)打樁機(jī)的簡(jiǎn)易模型 如圖5 2 4甲所示 他設(shè)想 用恒定大小的拉力F拉動(dòng)繩端B 使物體從A點(diǎn) 與釘子接觸處 由靜止開始運(yùn)動(dòng) 上升一段高度后撤去F 物體運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)后自由下落并撞擊釘子 將釘子打入一定深度 按此模型分析 若物體質(zhì)量m 1kg 上升了1m高度時(shí)撤去拉力 撤去拉力前物體的動(dòng)能Ek與上升高度h的關(guān)系圖象如圖乙所示 g取10m s2 不計(jì)空氣阻力 1 求物體上升到0 4m高度處F的瞬時(shí)功率 2 若物體撞擊釘子后瞬間彈起 且使其不再落下 釘子獲得20J的動(dòng)能向下運(yùn)動(dòng) 釘子總長(zhǎng)為10cm 撞擊前插入部分可以忽略 不計(jì)釘子重力 已知釘子在插入過程中所受阻力Ff與深度x的關(guān)系圖象如圖丙所示 求釘子能夠插入的最大深度 甲 丙 乙圖5 2 4 模型 運(yùn)用動(dòng)能定理巧解往復(fù)運(yùn)動(dòng)問題 在某些物體的運(yùn)動(dòng)中 其運(yùn)動(dòng)過程具有重復(fù)性 往返性 而在這一過程中 描述物體的物理量多數(shù)是變化的 而重復(fù)的次數(shù)又往往是無法確定的或者是無限性 求解這類問題時(shí)若運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律及運(yùn)動(dòng)學(xué)公式將非常繁瑣 甚至無法解出 由于動(dòng)能定理只關(guān)心物體的初 末狀態(tài)而不計(jì)運(yùn)動(dòng)過程的細(xì)節(jié) 所以用動(dòng)能定理分析這類問題可使解題過程簡(jiǎn)化 例3 2016年四川成都高三檢測(cè) 如圖5 2 5所示 斜面的傾角為 質(zhì)量為m的滑塊距擋板P的距離為x0 滑塊以初速度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重力沿斜面向下的分力 若滑塊每次與擋板相碰均 無機(jī)械能損失 滑塊經(jīng)過的總路程是 圖5 2 5 備考策略 1 應(yīng)用動(dòng)能定理求解往復(fù)運(yùn)動(dòng)問題時(shí) 要確定 物體的初狀態(tài)和最終狀態(tài) 2 重力做功與物體運(yùn)動(dòng)路徑無關(guān) 可用WG mgh直接求 解 3 滑動(dòng)摩擦力做功與物體運(yùn)動(dòng)路徑有關(guān) 其功的大小可用 Wf Ff s求解 其中s為物體相對(duì)滑行的路程 觸類旁通 1 滑板運(yùn)動(dòng)是極限運(yùn)動(dòng)的鼻祖 許多極限運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目均由滑板項(xiàng)目延伸而來 如圖5 2 6所示是滑板運(yùn)動(dòng)的軌道 BC和DE是兩段光滑圓弧形軌道 BC段的圓心為O點(diǎn) 圓心角為60 半徑OC與水平軌道CD垂直 水平軌道CD段粗糙且長(zhǎng)8m 一運(yùn)動(dòng)員從軌道上的A點(diǎn)以3m s的速度水平滑出 在B點(diǎn)剛好沿軌道的切線方向滑入圓弧軌道BC 經(jīng)CD軌道后沖上DE軌道 到達(dá)E點(diǎn)時(shí)速度減為零 然后返回 已知運(yùn)動(dòng)員和滑板的總質(zhì)量為60kg B E兩點(diǎn)與水平面CD的豎直高度分別為h和H 且h 2m H 2 8m g取10m s2 求 1 運(yùn)動(dòng)員從A運(yùn)動(dòng)到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的速度大小vB 2 軌道CD段的動(dòng)摩擦因數(shù) 3 通過計(jì)算說明 第一次返回時(shí) 運(yùn)動(dòng)員能否回到B點(diǎn) 如能 請(qǐng)求出回到B點(diǎn)時(shí)速度的大小 如不能 則最后停在何處 圖5 2 6 設(shè)運(yùn)動(dòng)員從B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到停止 在CD段的總路程為s 由動(dòng) 能定理可得 代入數(shù)據(jù)解得s 30 4m 因?yàn)閟 3sCD 6 4m 所以運(yùn)動(dòng)員最后停在D點(diǎn)左側(cè)6 4m 處 或C點(diǎn)右側(cè)1 6m處 方法 動(dòng)能定理解決多運(yùn)動(dòng)過程問題 1 由于多過程問題的受力情況 運(yùn)動(dòng)情況比較復(fù)雜 從動(dòng)力學(xué)的角度分析多過程問題往往比較復(fù)雜 但是 用動(dòng)能定理分析問題 是從總體上把握其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化 并不需要從細(xì)節(jié)上了解 因此 動(dòng)能定理的優(yōu)越性就明顯地表現(xiàn)出來了 分析力的作用是看力做的功 也只需把所有的力做的功累加起來即可 2 運(yùn)用動(dòng)能定理解決問題時(shí) 有兩種思路 一種是全過程 列式 另一種是分段列式 3 全過程列式時(shí) 涉及重力 彈簧彈力 大小恒定的阻力 或摩擦力做功時(shí) 要注意運(yùn)用它們的功能特點(diǎn) 1 重力做的功取決于物體的初 末位置 與路徑無關(guān) 2 大小恒定的阻力或摩擦力做的功等于力的大小與路程 的乘積 3 彈簧彈力做功與路徑無關(guān) 例2 如圖5 2 7所示 用一塊長(zhǎng)L1 1 0m的木板在墻和桌面間架設(shè)斜面 桌子高H 0 8m 長(zhǎng)L2 1 5m 斜面與水平桌面的傾角 可在0 60 間調(diào)節(jié)后固定 將質(zhì)量m 0 2kg的小物塊從斜面頂端靜止釋放 物塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù) 1 0 05 物塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 2 忽略物塊在斜面與桌面交接處的能量損失 重力加速度取g 10m s2 最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力 1 求 角增大到多少時(shí) 物塊能從斜面開始下滑 用正切 值表示 2 當(dāng) 角增大到37 時(shí) 物塊恰能停在桌面邊緣 求物塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù) 2 已知sin37 0 6 cos37 0 8 3 繼續(xù)增大 角 發(fā)現(xiàn) 53 時(shí)物塊落地點(diǎn)與墻面的距離 最大 求此最大距離xm 圖5 2 7 圖5 2 8 3 設(shè)改變后P的質(zhì)量為m1 D點(diǎn)與G點(diǎn)的水平距離為x1和豎直距離為y1 37 由幾何關(guān)系 如圖D30所示 得圖D30