課時12 動能定理的應用

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1、專題四：功和能 課時12 動能定理的應用 F要點提示E 1。對動能定理的進一步理解 (1)動能定理適用于單個物體或者可以看做單一物體的物體系，對于物體系統(tǒng)尤其是具有相對運動的物體系統(tǒng)不能盲目的應用動能定理。因為此時內(nèi)力的功也可引起物體動能向其他形式能（比如內(nèi)能)的轉(zhuǎn)化。 （2）動能定理的表達式是在物體受恒力作用且做直線運動的情況下得出的．但它也適用于變力及物體作曲線運動的情況.即動能定理對恒力、變力做功都適用；直線運動與曲線運動也均適用。 （3）對動能定理中的位移與速度(v和s）必須相對同一參照物． 2．應用動能定理解題的步驟 (1）確定研究對象和研究過程。 （2）對研究對象

2、進行受力分析。（研究對象以外的物體施于研究對象的力都要分析,含重力）。 （3)寫出該過程中合外力做的功，或分別寫出各個力做的功(注意功的正負）。如果研究過程中物體受力情況有變化,要分別寫出該力在各個階段做的功。 （4）寫出物體的初、末動能。 （5）按照動能定理列式求解。 @問題突破? 問題1 　動能定理在力學中的應用 【例1】如圖所示，豎直平面內(nèi)的軌道AＢＣD由水平軌道AB與光滑的四分之一圓弧軌道CD組成,AB恰與圓?。肈在Ｃ點相切,軌道固定在水平面上。一個質(zhì)量為ｍ的小物塊（可視為質(zhì)點）從軌道的Ａ端以初動能E沖上水平軌道AB,沿著軌道運動,由DＣ弧滑下后停在水平軌道AB的中點。已知

3、水平軌道AＢ長為L。求: （1）小物塊與水平軌道的動摩擦因數(shù) （２)為了保證小物塊不從軌道的D端離開軌道，圓弧軌道的半徑R至少是多大？ (3）若圓弧軌道的半徑R取第(2）問計算出的最小值，增大小物塊的初動能,使得小物塊沖上軌道后可以達到最大高度是1.5R處,試求物塊的初動能并分析物塊能否停在水平軌道上。如果能，將停在何處?如果不能,將以多大速度離開水平軌道？ 問題2 應用動能定理求總路程 【例2】如圖所示，斜面的傾角為θ，質(zhì)量為ｍ的滑塊距擋板P的距離為ｓ0,滑塊以初速度v０沿斜面上滑,滑塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為μ?；瑝K所受摩擦力小于使滑塊沿斜面下滑的重力分力。若滑塊每次與擋板相碰均

4、無機械能損失，求滑塊經(jīng)過的總路程. 問題3 應用動能定理求變力功 【例３】如圖所示，用汽車通過定滑輪拖動水面上的貨船。汽車從靜止開始把船從A拖到B，若滑輪的大小和摩擦不計，船的質(zhì)量為M，阻力為船重的K倍,船在B處時,汽車的速度為ｖ，其他數(shù)據(jù)如圖所示,問這一過程中汽車對船做的功為多少？（繩子的質(zhì)量不計） 問題4 　動能定理在電場中的應用 【例4】如圖所示，直角三角形AＢＣ的斜邊傾角為３０°,底邊BC長２L，處在水平位置，斜邊AC是光滑絕緣的，在底邊中點Ｏ處放置一正電荷Q，一個質(zhì)量為m、電荷量為q的帶負電的質(zhì)點從斜面頂端A沿斜邊滑下，滑到斜邊的垂足D時速度為v （1)在質(zhì)點運動過

5、程中不發(fā)生變化的是( ) A．動能 B．電勢能與重力勢能之和 Ｃ．動能與重力勢能之和 D。動能、電勢能、重力勢能之和 （2）質(zhì)點的運動是( ?。? A。勻加速運動 B.勻減速運動 C.先勻加速后勻減速的運動 D。加速度隨時間變化的運動 （3)該質(zhì)點滑到非常接近斜邊底端C點時速率ｖc為多少?此時沿斜面向下的加速度aC為多少? 課堂檢測 1． 汽車在水平路面上從靜止開始做勻加速直線運動,t1末關(guān)閉發(fā)動機,做勻減速直線運動,ｔ2末靜止，其v－t圖象如圖所示，圖中α<β,若汽車牽引力做功為Ｗ，平均功率為P；汽車加速和減速過程中克服摩擦力做功分別為W1和W2,平均功率分別為

6、Ｐ1和P2,則（ ） Ａ。W=W1＋W2 　　 　　　　 Ｂ．W１>W2 C。P＝Ｐ1 　 　 　 　 　 D.P1=P2 2。一帶電油滴在勻強電場E中的運動軌跡如圖中虛線所示，電場方向豎直向下.若不計空氣阻力，則此帶電油滴從a運動到b的過程中，能量變化情況為（ ) A.動能減小 Ｂ.電勢能增加 C.動能和電勢能之和減小 D.重力勢能和電勢能之和增加 ３。（２011年昆明模擬)如圖甲所示，在傾角為30°的足夠長光滑斜面AB前，有一粗糙水平面OA，OA長為４ m．有一質(zhì)量為m的滑塊,從O處由靜止開始受一水平向右的力F作用。F按圖乙所示的規(guī)

7、律變化．滑塊與OA間的動摩擦因數(shù)μ＝0．25,ｇ取10 m／s2,試求： (1）滑塊到Ａ處的速度大小； （２）不計滑塊在A處的速率變化，滑塊沖上斜面AB的長度是多少？ 課時12　動能定理的應用 班級 　 　　 姓名 　 　　　 　 　 　 　 　 　 　 　 評價　　 １.（20１１年山東東營測試）人通過滑輪將質(zhì)量為m的物體,沿粗糙的斜面由靜止開始勻加速地由底端拉上斜面，物體上升的高度為h，到達斜面頂端的速度為v，如圖所示．則在此過程中（ ） A．物體所受的合外力做功為ｍgh+ｍｖ2 B．物體所受的合外力做功

8、為mv2 C.人對物體做的功為mｇｈ D。人對物體做的功大于ｍｇｈ ２．（20１1年無錫質(zhì)量調(diào)研)如圖所示,質(zhì)量為M、長度為l的小車靜止在光滑的水平面上。質(zhì)量為ｍ的小物塊（可視為質(zhì)點)放在小車的最左端．現(xiàn)用一水平恒力F作用在小物塊上，使物塊從靜止開始做勻加速直線運動．物塊和小車之間的摩擦力為Ff。物塊滑到小車最右端時，小車運動的距離為ｓ。在這個過程中,下列說法正確的是(　　) Ａ.物塊到達小車最右端時具有的動能為F（l＋s） B.物塊到達小車最右端時，小車具有的動能為Ffｓ Ｃ．物塊克服摩擦力所做的功為Ff（ｌ＋s） D。物塊和小車增加的機械能為Ｆfs 3．2010年在加拿大城

9、市溫哥華舉辦的冬奧會上，瑞典女隊又一次獲得冰壺比賽世界冠軍．運動員以一定的初速度將冰壺沿水平面拋出,由于摩擦阻力的作用,其動能隨位移變化圖線如圖所示，已知冰壺質(zhì)量為19 kg，g取1０ m/s2，則以下說法正確的是(　　) A.μ＝0.０５ 　 　 B。μ=０。01 C.滑行時間t=５ s　　　 D.滑行時間t＝10　s ４。 （20１１年如皋模擬）如圖所示,斜面AＢ和水平面BC是從同一板材上截下的兩段,在B處用小圓弧連接.將小鐵塊(可視為質(zhì)點）從A處由靜止釋放后，它沿斜面向下滑行,進入平面，最終靜止于P處．若從該板材上再截下一段,擱置在Ａ、Ｐ之間，構(gòu)成一個新的斜面，再將

10、鐵塊放回Ａ處，并輕推一下使之沿新斜面向下滑動．關(guān)于此情況下鐵塊運動情況的描述,正確的是( ） A．鐵塊一定能夠到達Ｐ點 B．鐵塊的初速度必須足夠大才能到達P點 Ｃ．鐵塊能否到達P點與鐵塊質(zhì)量有關(guān) D。以上說法均不對 5．如圖所示，一個小環(huán)沿豎直放置的光滑圓環(huán)軌道做圓周運動.小環(huán)從最高點A（初速度為零）滑到最低點B的過程中,小環(huán)線速度大小的平方v２隨下落高度h的變化圖象可能是圖中的(　　) ６。（2０１1年湖北黃岡檢測）在新疆旅游時,最刺激的莫過于滑沙運動.某人坐在滑沙板上從沙坡斜面的頂端由靜止沿直線下滑到斜面底端時，速度為２v0,設(shè)人下滑時所受阻力恒定不變,沙坡長度為L，斜面

11、傾角為α，人的質(zhì)量為ｍ，滑沙板質(zhì)量不計,重力加速度為g.則（　 ） Ａ．若人在斜面頂端被其他人推了一把,沿斜面以v0的初速度下滑,則人到達斜面底端時的速度大小為3v0 B．若人在斜面頂端被其他人推了一把,沿斜面以v0的初速度下滑，則人到達斜面底端時的速度大小為v0 Ｃ．人沿沙坡下滑時所受阻力Ff=mｇsiｎα－２mv／L D.人在下滑過程中重力功率的最大值為2mgv0 ７． （20１1年南京質(zhì)檢）如圖所示為“S”形玩具軌道，該軌道是用內(nèi)壁光滑的薄壁細圓管彎成的,固定在豎直平面內(nèi)，軌道彎曲部分是由兩個半徑相等的半圓連接而成的，圓半徑比細管內(nèi)徑大得多，軌道底端與水平地面相切，彈射裝置將一

12、個小球(可視為質(zhì)點）從ａ點水平射向b點并進入軌道，經(jīng)過軌道后從p點水平拋出，已知小球與地面ab段間的動摩擦因數(shù)μ=0.２,不計其他機械能損失，ab段長L=1。25　m，圓的半徑Ｒ=０。1 m，小球質(zhì)量ｍ=0。０１ kg，軌道質(zhì)量為M=０。15 kｇ,g＝1０ m/s2,求： (1）若v0＝5 ｍ/s,小球從p點拋出后的水平射程; (2）若v0＝5　m/s,小球經(jīng)過軌道的最高點時，管道對小球作用力的大小和方向； (３）設(shè)小球進入軌道之前,軌道對地面的壓力大小等于軌道自身的重力，當v0至少為多大時，軌道對地面的壓力為零． 參考答案 1．解析:（１）小物塊最終停在ＡB的中點，在這個過程中，

13、由動能定理得 得 　 （2)若小物塊剛好到達D處，速度為零，同理，有 解得ＣＤ圓弧半徑至少為 (３）設(shè)物塊以初動能E′沖上軌道,可以達到的最大高度是１。5R,由動能定理得 解得 物塊滑回Ｃ點時的動能為，由于，故物塊將停在軌道上。 設(shè)到Ａ點的距離為ｘ,有 解得 即物塊最終停在水平滑道AB上，距A點處。 　 規(guī)律總結(jié)：應用動能定理要比動力學方法方便、簡潔。只有應用動力學方法可以求解的勻變速直線運動問題，一般應用動能定理都可以求解.盡管動能定理是應用動力學方法推導出來的，但它解決問題的范圍更廣泛。 2。解析:滑塊最終要停在斜面底部,設(shè)滑塊

14、經(jīng)過的總路程為s，對滑塊運動的全程應用功能關(guān)系,全程所產(chǎn)生的熱 　即. 3．解析：汽車對船所做的功，等于繩子對船做的功，而繩子的張力是變力,故直接求解比較困難.但在整個過程中，　小船動能的改變是由汽車和阻力共同作用的結(jié)果,所以可以用動能定理求解。 根據(jù)動能定理有： 其中阻力做的功： 　 又小船在Ｂ的速度為: 解得： 4。解析: （1) 質(zhì)點運動過程中有重力、電場力做,故電勢能、重力勢能、動能相互轉(zhuǎn)化,但它們的總量保持不變。選項D正確。 (2)質(zhì)點受變力作用,其加速發(fā)生變化，故選項D正確。 （3）因BD==ＯＣ＝OＤ，則Ｂ、C、Ｄ三點在以O(shè)為圓心的同一圓周上,是O點

15、處點電荷Q產(chǎn)生的電場中的等勢點，所以,q由D到Ｃ的過程中電場力做功為零，由動能定律得：ｍgh＝mv—mv２① 其中ｈ=sin60°=sｉn30°ｓｉn60°＝２L××＝,得：vc=② 質(zhì)點在C點受三個力的作用：電場力F＝，方向由C指向Ｏ點；重力ｍg，方向豎直向下;支持力FN，方向垂直于斜向向上，根據(jù)牛頓第二定律:mgsｉnθ－Fcoｓθ=mac③ 解得ac=ｇ—④ 答案：（1)Ｄ (2)D (3）vｃ＝；ａc＝ｇ－ 當堂展示 １.解析：選ＡBD．整個過程動能變化量為零,所以合力的功為零,A項正確．摩擦力大小相等，第一段位移大，所以B項正確．第一段是加速的，牽引力大于摩擦力，所以P>

16、Ｐ1，Ｃ項錯.加速階段和減速階段平均速度相等，所以摩擦力的平均功率相等，D項正確. 2．解析：由油滴運動軌跡可知其合外力方向必為豎直向上,故該油滴必帶負電,由a運動到b的過程中，動能增加，電勢能減小。由于要克服重力做功,故動能和電勢能之和減小，且運動過程中有動能、電勢能、重力勢能之和不變，故由于動能增加必有重力勢和電勢能之和減小，故選項Ｃ正確。 答案：C 3。解析:(1)由題圖乙知,在前２ m內(nèi)，F(xiàn)1＝2mｇ,做正功； 在第3 ｍ內(nèi)，F(xiàn)2＝－0．５mｇ，做負功； 在第4 m內(nèi)，Ｆ3＝0. 滑動摩擦力 Ff＝－μmｇ＝—0。２5mg,始終做負功． 對OA過程由動能定理列式得 F

17、1x1+F２x2+Ff·x＝mv—0。 即２ｍg×2—0。5mg×1－０。25mg×４＝mv, 解得vA＝5?。?s。 (2)沖上斜面的過程,由動能定理得 －mg·L·sin30°=０－ｍv， 所以沖上斜面AB的長度L=5?。? 答案：（1）５ m/s　(２）5?。? 同步練習 1．解析：選BＤ。物體沿斜面做勻加速運動，根據(jù)動能定理：W合＝WF-WFf－ｍgh=mv2，其中WFf為物體克服摩擦力做的功。人對物體做的功即是人對物體的拉力做的功，所以W人=WＦ＝WＦf+ｍgh+mv２,A、Ｃ錯誤，B、D正確． 2．解析：選BC.合外力做功引起物體動能的變化，物塊到達小車最右端時具有

18、的動能對應這個過程中物塊所受合外力做的功，做的功為(Ｆ－Ff）(ｌ＋s），所以A錯誤；物塊和小車增加的機械能為動力和阻力對系統(tǒng)做功之和，即F（l+ｓ）-Ffl,所以Ｄ錯誤． ３.解析：選BD．對冰壺由動能定理得：-μmgx=０-mｖ， 得：μ＝=＝0。0１，B正確。 冰壺運動時：a＝μg＝0.1 m/s2 由運動學公式x=at2得：t=１０ s,Ｄ正確。 4．解析:選A。設(shè)ＡB＝x1，BP=x2，AP=ｘ3，動摩擦因數(shù)為μ,由動能定理得:mgx１ｓinα－μmgcosαx1—μmgx2＝0,可得： mｇｘ1ｓｉnα＝μmg（x1cｏｓα+ｘ2)，設(shè)沿AP滑到Ｐ的速度為ｖP，由動能定

19、理得:mgｘ1sｉnα－μmgcoｓβ·x3＝ｍv，因x1ｃosα＋x２=x３cｏsβ,故得:ｖP＝0,即鐵塊恰好沿AP滑到P點,故A正確. ５。解析：選B?？紤]環(huán)下降過程中受到的各個力的做功情況，重力做正功,圓環(huán)對小環(huán)的支持力始終與小環(huán)運動方向垂直，不做功,由動能定理ΔEk=mｖ2=mgｈ，v２與h的關(guān)系為線性關(guān)系，又因h＝0時，v也為零．所以圖象過原點,只有Ｂ符合條件,選B． 6。解析:選BC．對人進行受力分析如圖所示,根據(jù)勻變速直線運動的規(guī)律有:（2ｖ0)２-0=2ａL,v-v＝2aＬ，可解得：v1=ｖ0,所以Ａ錯誤，B正確；根據(jù)動能定理有：ｍgＬsinα-ＦfL＝m（2ｖ０）2,可

20、解得Ｆｆ=mgsinα－2mv/L,Ｃ正確;重力功率的最大值為Pｍ=2ｍｇv0siｎα,D錯誤. 7．解析:(１）設(shè)小球運動到p點時的速度大小為v，對小球由a點運動到p點的過程，應用動能定理得： —μｍgL－4Rmg=mｖ２－mv 　 　 　 　?、? 小球從p點拋出后做平拋運動，設(shè)運動時間為ｔ，水平射程為x，則 4R=ｇｔ2　 　　 　 　 　 　 　 　 　 ② ｘ=vt 　 　 　 　　　 　 　 　 ③ 聯(lián)立①②③代入數(shù)據(jù)解得x＝0.４ m。 （2）設(shè)在軌道最高點時管道對小球的作用力大小為F，取豎直向下為正方向,有:Ｆ+ｍg＝m④ 聯(lián)立①④代入數(shù)據(jù)解得F＝1。1 N，方向豎直向下． (3)分析可知,要使小球以最小速度ｖ0運動，且軌道對地面的壓力為零，則小球的位置應該在“Ｓ”形軌道的中間位置， 則有:Ｆ′+mｇ＝ｍ，F(xiàn)′=Mｇ －μｍgＬ－２mgR=mｖ-mv 解得:v0＝5 m/s。 答案：（1）0。４ ｍ （２）1。１ N,方向豎直向下 （3)５ m/s 文中如有不足，請您見諒！ 8 / 8