高考物理一輪總復(fù)習(xí) 第五章 機(jī)械能及其守恒定律 第15講 動(dòng)能定理及其應(yīng)用課件

機(jī) 械 能 及 其 守 恒 定 律第 五 章第 15講 動(dòng) 能 定 理 及 其 應(yīng) 用 考 綱 要 求 考 情 分 析 命 題 趨 勢(shì)1.對(duì) 動(dòng) 能 定 理 的 理 解 2 動(dòng) 能 定 理 的 應(yīng) 用 3 動(dòng) 能 定 理 與 圖 象 結(jié)合 的 問(wèn) 題 2016全 國(guó) 卷 ， 212015海 南 卷 ， 42015天 津 卷 ， 102014全 國(guó) 卷 ， 162013全 國(guó) 卷 ， 24 動(dòng) 能 定 理 是 力 學(xué) 的 重 要規(guī) 律 之 一 ， 對(duì) 求 解 涉 及 位 移的 過(guò) 程 問(wèn) 題 非 常 簡(jiǎn) 便 ， 在 高考 中 也 有 很 重 要 的 地 位 欄 目 導(dǎo) 航 板 塊 一板 塊 二板 塊 三 板 塊 四 1 動(dòng) 能 (1)定 義 ： 物 體 由 于 _而 具 有 的 能 (2)公 式 ： Ek _. (3)單 位 ： _， 1 J 1 Nm 1 kgm2/s2. (4)標(biāo) 矢 性 ： 動(dòng) 能 是 _， 只 有 正 值 ， 動(dòng) 能 與 速 度 方 向 _. (5)動(dòng) 能 的 變 化 ： 物 體 _與 _之 差 ， 即 Ek_.考 點(diǎn) 動(dòng) 能 定 理 及 其 應(yīng) 用運(yùn) 動(dòng) 焦 耳 標(biāo) 量 無(wú) 關(guān) 末 動(dòng) 能 初 動(dòng) 能 2 動(dòng) 能 定 理 (1)內(nèi) 容 ： 在 一 個(gè) 過(guò) 程 中 合 力 對(duì) 物 體 所 做 的 功 ， 等 于 物 體 在 這 個(gè) 過(guò) 程 中_. (2)表 達(dá) 式 ： W Ek Ek2 Ek1 _. (3)物 理 意 義 ： _的 功 是 物 體 動(dòng) 能 變 化 的 量 度 (4)適 用 條 件 動(dòng) 能 定 理 既 適 用 于 直 線 運(yùn) 動(dòng) ， 也 適 用 于 _. 既 適 用 于 恒 力 做 功 ， 也 適 用 于 _做 功 力 可 以 是 各 種 性 質(zhì) 的 力 ， 既 可 以 同 時(shí) 作 用 ， 也 可 以 _作 用 動(dòng) 能 的 變 化 合 力 曲 線 運(yùn) 動(dòng) 變 力 分 階 段 1 請(qǐng) 判 斷 下 列 表 述 是 否 正 確 ， 對(duì) 不 正 確 的 表 述 ， 請(qǐng) 說(shuō) 明 原因 (1)動(dòng) 能 是 機(jī) 械 能 的 一 種 表 現(xiàn) 形 式 ， 凡 是 運(yùn) 動(dòng) 的 物 體 都 具 有動(dòng) 能 ( ) (2)一 定 質(zhì) 量 的 物 體 動(dòng) 能 變 化 時(shí) ， 速 度 一 定 變 化 ， 但 速 度 變化 時(shí) ， 動(dòng) 能 不 一 定 變 化 ( ) (3)動(dòng) 能 不 變 的 物 體 ， 一 定 處 于 平 衡 狀 態(tài) ( ) 解 析 ：速度是矢量，動(dòng)能是標(biāo)量，動(dòng)能不變的物體，速度的方向可能發(fā)生變化 (4)做 自 由 落 體 運(yùn) 動(dòng) 的 物 體 ， 動(dòng) 能 與 下 落 距 離 的 二 次 方 成 正 比 ( ) (5)如 果 物 體 所 受 的 合 外 力 為 零 ， 那 么 ， 合 外 力 對(duì) 物 體 做 的 功 一 定 為零 ( ) (6)物 體 在 合 外 力 作 用 下 做 變 速 運(yùn) 動(dòng) ， 動(dòng) 能 一 定 變 化 ( ) 解 析 ：變速運(yùn)動(dòng)可能僅僅是速度的方向發(fā)生變化，此時(shí)動(dòng)能可能不變 (7)物 體 的 動(dòng) 能 不 變 ， 所 受 的 合 外 力 必 定 為 0.( ) 解 析 ：物體動(dòng)能不變，所受的合外力不一定為0，比如勻速圓周運(yùn)動(dòng) 2 (多選)(對(duì)動(dòng)能定理的理解)關(guān) 于 動(dòng) 能 定 理 的 表 達(dá) 式 W Ek2 Ek1， 下 列 說(shuō) 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(guò)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 力 再 求 合 力 的 功 C 公 式 中 的 Ek2 Ek1為 動(dòng) 能 的 增 量 ， 當(dāng) W0時(shí) 動(dòng) 能 增 加 ， 當(dāng)W0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BC B 1 做 功 的 過(guò) 程 就 是 能 量 轉(zhuǎn) 化 的 過(guò) 程 ， 動(dòng) 能 定理 表 達(dá) 式 中 的 “ ” 的 意 義 是 一 種 因 果 關(guān) 系在 數(shù) 值 上 相 等 的 符 號(hào) 2 動(dòng) 能 定 理 敘 述 中 所 說(shuō) 的 “ 外 力 ” ， 既 可 以是 重 力 、 彈 力 、 摩 擦 力 ， 也 可 以 是 電 場(chǎng) 力 、磁 場(chǎng) 力 或 其 他 力 一 對(duì) 動(dòng) 能 定 理 的 理 解 3 動(dòng) 能 定 理 中 涉 及 的 物 理 量 有 F、 l、 m、 v、W、 Ek等 ， 在 處 理 含 有 上 述 物 理 量 的 問(wèn) 題 時(shí) ，優(yōu) 先 考 慮 使 用 動(dòng) 能 定 理 4 若 過(guò) 程 包 含 了 幾 個(gè) 運(yùn) 動(dòng) 性 質(zhì) 不 同 的 分 過(guò) 程 ，既 可 以 分 段 考 慮 ， 也 可 以 整 個(gè) 過(guò) 程 考 慮 5 適 用 范 圍 ： 直 線 運(yùn) 動(dòng) 、 曲 線 運(yùn) 動(dòng) 、 恒 力 做功 、 變 力 做 功 、 各 個(gè) 力 同 時(shí) 做 功 、 分 段 做 功均 可 用 動(dòng) 能 定 理 應(yīng) 用 動(dòng) 能 定 理 解 題 應(yīng) 抓 好 “ 兩 狀 態(tài) 一 過(guò) 程 ” “兩狀態(tài)”即明確研究對(duì)象的始、末狀態(tài)的速度或動(dòng)能情況，“一過(guò)程”即明確研究過(guò)程，確定這一過(guò)程研究對(duì)象的受力情況和位置變化或位移信息高中階段動(dòng)能定理中的位移和速度應(yīng)以地面或相對(duì)地面靜止的物體為參考系 例 1(多選)一 塊 長(zhǎng) 木 板 B放 在 光 滑 的 水 平 面 上 ， 在 B上 放 一物 體 A， 現(xiàn) 以 恒 定 的 外 力 拉 B， 由 于 A、 B間 摩 擦 力 的 作 用 ， A將 在 B上 滑 動(dòng) ， 以 地 面 為 參 考 系 ， A、 B都 向 前 移 動(dòng) 一 段 距離 在 此 過(guò) 程 中 ( ) A 外 力 F做 的 功 等 于 A和 B動(dòng) 能 的 增 量 B B對(duì) A的 摩 擦 力 所 做 的 功 ， 等 于 A的 動(dòng) 能 增 量 C A對(duì) B的 摩 擦 力 所 做 的 功 ， 等 于 B對(duì) A的 摩 擦 力 所 做 的 功 D 外 力 F對(duì) B做 的 功 等 于 B的 動(dòng) 能 的 增 量 與 B克 服 摩 擦 力 所做 的 功 之 和 BD 解 析 ： A物體所受的合外力等于B對(duì)A的摩擦力，對(duì)A物體運(yùn)用動(dòng)能定理，則有B對(duì)A的摩擦力所做的功等于A的動(dòng)能的增量，即B對(duì)；A對(duì)B的摩擦力與B對(duì)A的摩擦力是一對(duì)作用力與反作用力，大小相等、方向相反但是由于A在B上滑動(dòng)，A、B相對(duì)地的位移不等，故二者做功不等，C錯(cuò)；對(duì)B應(yīng)用動(dòng)能定理WFEkBWFf就是外力F對(duì)B做的功，等于B的動(dòng)能增量與B克服摩擦力所做的功之和，D對(duì)；由前述討論知B克服摩擦力所做的功與A的動(dòng)能增量(等于B對(duì)A的摩擦力所做的功)不等，故A錯(cuò) 二 動(dòng) 能 定 理 的 應(yīng) 用 應(yīng) 用 動(dòng) 能 定 理 解 題 步 驟 注 意 事 項(xiàng) (1)動(dòng) 能 定 理 往 往 用 于 單 個(gè) 物 體 的 運(yùn) 動(dòng) 過(guò) 程 ， 由 于 不 涉 及 加速 度 及 時(shí) 間 ， 比 動(dòng) 力 學(xué) 研 究 方 法 要 簡(jiǎn) 便 (2)動(dòng) 能 定 理 表 達(dá) 式 是 一 個(gè) 標(biāo) 量 式 ， 在 某 個(gè) 方 向 上 應(yīng) 用 動(dòng) 能定 理 沒(méi) 有 任 何 依 據(jù) (3)應(yīng) 用 動(dòng) 能 定 理 時(shí) ， 必 須 明 確 各 力 做 功 的 正 、 負(fù) 當(dāng) 一 個(gè)力 做 負(fù) 功 時(shí) ， 可 設(shè) 物 體 克 服 該 力 做 功 為 W， 將 該 力 做 功 表 達(dá)為 W， 也 可 以 直 接 用 字 母 W表 示 該 力 做 功 ， 使 其 字 母 本 身含 有 負(fù) 號(hào) 例 2(2017河北唐山模擬)如 圖 所 示 裝 置 由 AB、 BC、 CD三段 軌 道 組 成 ， 軌 道 交 接 處 均 由 很 小 的 圓 弧 平 滑 連 接 ， 其 中 軌道 AB、 CD段 是 光 滑 的 ， 水 平 軌 道 BC的 長(zhǎng) 度 x 5 m， 軌 道CD足 夠 長(zhǎng) 且 傾 角 37 ， A、 D兩 點(diǎn) 離 軌 道 BC的 高 度 分 別為 h1 4.30 m、 h2 1.35 m 現(xiàn) 讓 質(zhì) 量 為 m的 小 滑 塊 (可 視 為質(zhì) 點(diǎn) )自 A點(diǎn) 由 靜 止 釋 放 已 知 小 滑 塊 與 軌 道 BC間 的 動(dòng) 摩 擦因 數(shù) 0.5， 重 力 加 速 度 g取 10 m/s2， sin 37 0.6， cos 37 0.8.求 ： (1)小 滑 塊 第 一 次 到 達(dá) D點(diǎn) 時(shí) 的 速 度 大 小 ； (2)小 滑 塊 第 一 次 與 第 二 次 通 過(guò) C點(diǎn) 的 時(shí) 間 間 隔 ； (3)小 滑 塊 最 終 停 止 的 位 置 距 B點(diǎn) 的 距 離 思 維 導(dǎo) 引 重力做功與路徑無(wú)關(guān)，摩擦力做功與路徑有關(guān) (3)對(duì)小滑塊運(yùn)動(dòng)全過(guò)程應(yīng)用動(dòng)能定理，設(shè)小滑塊在水平軌道上運(yùn)動(dòng)的總路程為x總有mgh1mgx總將h1、代入得x總8.6 m，故小滑塊最終停止的位置距B點(diǎn)的距離為 2xx總1.4 m. 答 案 ： (1)3 m/s (2)2 s (3)1.4 m 解 決 物 理 圖 象 問(wèn) 題 的 基 本 步 驟 (1)觀 察 題 目 給 出 的 圖 象 ， 弄 清 縱 坐 標(biāo) 、 橫 坐 標(biāo) 所 對(duì) 應(yīng) 的 物理 量 及 圖 線 所 表 示 的 物 理 意 義 (2)根 據(jù) 物 理 規(guī) 律 推 導(dǎo) 出 縱 坐 標(biāo) 與 橫 坐 標(biāo) 所 對(duì) 應(yīng) 的 物 理 量 間的 函 數(shù) 關(guān) 系 式 (3)將 推 導(dǎo) 出 的 物 理 規(guī) 律 與 數(shù) 學(xué) 上 與 之 相 對(duì) 應(yīng) 的 標(biāo) 準(zhǔn) 函 數(shù) 關(guān)系 式 相 對(duì) 比 ， 找 出 圖 線 的 斜 率 、 截 距 、 圖 線 的 交 點(diǎn) ， 圖 線 下的 面 積 所 對(duì) 應(yīng) 的 物 理 意 義 ， 分 析 解 答 問(wèn) 題 或 者 利 用 函 數(shù) 圖線 上 的 特 定 值 代 入 函 數(shù) 關(guān) 系 式 求 物 理 量 三 動(dòng) 能 定 理 與 圖 象 結(jié) 合 問(wèn) 題 圖 象 所 圍 “ 面 積 ” 的 意 義 (1)vt圖：由公式xvt可知，vt圖線與坐標(biāo)軸圍成的面積表示物體的位移 (2)at圖：由公式vat可知，at圖線與坐標(biāo)軸圍成的面積表示物體速度的變化量 (3)Fx圖：由公式WFx可知，F(xiàn)x圖線與坐標(biāo)軸圍成的面積表示力所做的功 (4)Pt圖：由公式WPt可知，Pt圖線與坐標(biāo)軸圍成的面積表示力所做的功 例 3(2017湖北黃石調(diào)研)用 傳 感 器 研 究 質(zhì) 量 為 2 kg的 物 體由 靜 止 開(kāi) 始 做 直 線 運(yùn) 動(dòng) 的 規(guī) 律 時(shí) ， 在 計(jì) 算 機(jī) 上 得 到 0 6 s內(nèi)物 體 的 加 速 度 隨 時(shí) 間 變 化 的 關(guān) 系 如 圖 所 示 下 列 說(shuō) 法 正 確 的是 ( ) A 0 6 s內(nèi) 物 體 先 向 正 方 向 運(yùn) 動(dòng) ， 后 向 負(fù) 方 向 運(yùn) 動(dòng) B 0 6 s內(nèi) 物 體 在 4 s時(shí) 的 速 度 最 大 C 物 體 在 2 4 s內(nèi) 速 度 不 變 D 0 4 s內(nèi) 合 力 對(duì) 物 體 做 的 功 等 于 0 6 s內(nèi) 合 力 做 的 功D 1 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 四 動(dòng) 能 定 理 與 圓 周 運(yùn) 動(dòng) 結(jié) 合 問(wèn) 題 動(dòng) 能 定 理 在 圓 周 運(yùn) 動(dòng) 中 的 應(yīng) 用豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)經(jīng)常考查最高點(diǎn)和最低點(diǎn)，最高點(diǎn)的速度和最低點(diǎn)的速度可以通過(guò)動(dòng)能定理聯(lián)系起來(lái)，所以豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)，經(jīng)常和動(dòng)能定理聯(lián)系應(yīng)用 1 運(yùn) 用 動(dòng) 能 定 理 解 決 問(wèn) 題 時(shí) ， 選 擇 合 適 的 研 究 過(guò) 程 能 使 問(wèn)題 得 以 簡(jiǎn) 化 當(dāng) 物 體 的 運(yùn) 動(dòng) 過(guò) 程 包 含 幾 個(gè) 運(yùn) 動(dòng) 性 質(zhì) 不 同 的 子過(guò) 程 時(shí) ， 可 以 選 擇 一 個(gè) 、 幾 個(gè) 或 全 部 子 過(guò) 程 作 為 研 究 過(guò) 程 2 當(dāng) 選 擇 全 部 子 過(guò) 程 作 為 研 究 過(guò) 程 ， 涉 及 重 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 做 功 特 點(diǎn) ： (1)重 力 的 功 取 決 于 物 體 的 初 、 末 位 置 ， 與 路 徑 無(wú) 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 五 用 動(dòng) 能 定 理 解 決 多 過(guò) 程 問(wèn) 題 答 案 ： (1)8 J (2)2 m (3)5 m/s 1 (2017浙江紹興診斷)一 質(zhì) 點(diǎn) 開(kāi) 始 時(shí) 做 勻速 直 線 運(yùn) 動(dòng) ， 從 某 時(shí) 刻 起 受 到 一 恒 力 作用 此 后 ， 該 質(zhì) 點(diǎn) 的 動(dòng) 能 不 可 能 ( ) A 一 直 增 大 B 先 逐 漸 減 小 至 零 ， 再 逐 漸 增 大 C 先 逐 漸 增 大 至 某 一 最 大 值 ， 再 逐 漸 減 小 D 先 逐 漸 減 小 至 某 一 非 零 的 最 小 值 ， 再 逐漸 增 大 C 解 析 ：當(dāng)恒力的方向與運(yùn)動(dòng)方向相同時(shí)，質(zhì)點(diǎn)做勻加速運(yùn)動(dòng)，這時(shí)動(dòng)能一直增加，A正確，當(dāng)恒力的方向與運(yùn)動(dòng)方向相反時(shí)，質(zhì)點(diǎn)先減速到零，再反向加速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)動(dòng)能先減小到零，再逐漸增加，B正確，當(dāng)力的方向與運(yùn)動(dòng)方向不在一條直線上，而成銳角時(shí)，力對(duì)質(zhì)點(diǎn)做正功，根據(jù)動(dòng)能定理，動(dòng)能一直增加，當(dāng)力的方向與運(yùn)動(dòng)方向成鈍角時(shí)，力對(duì)質(zhì)點(diǎn)做負(fù)功，動(dòng)能減小，當(dāng)力的方向與速度方向垂直時(shí)，速度達(dá)到最小值，接下來(lái)力的方向與速度方向又成銳角，動(dòng)能又會(huì)增加，如斜上拋運(yùn)動(dòng)，因此D正確，由于只有這幾種可能，因此C錯(cuò)誤 2(多選)(2016廣東名校聯(lián)考)將 質(zhì) 量 為 m的小 球 在 距 地 面 高 度 為 h處 拋 出 ， 拋 出 時(shí) 的 速 度大 小 為 v0， 小 球 落 到 地 面 時(shí) 的 速 度 大 小 為 2v0，若 小 球 受 到 的 空 氣 阻 力 不 能 忽 略 ， 則 對(duì) 于 小球 下 落 的 整 個(gè) 過(guò) 程 ， 下 面 說(shuō) 法 中 正 確 的 是 ( ) A 小 球 克 服 空 氣 阻 力 做 的 功 小 于 mgh B 重 力 對(duì) 小 球 做 的 功 等 于 mgh C 合 外 力 對(duì) 小 球 做 的 功 小 于 mv D 重 力 做 的 功 等 于 動(dòng) 能 的 增 加 量AB 解 析 ：拉動(dòng)物體的力為變力，故A錯(cuò)；緩慢運(yùn)動(dòng)可認(rèn)為速度為0，由動(dòng)能定理得WFmgR0，所以WFmgR，故D對(duì)，B、C錯(cuò)D AC 答 題 送 檢 來(lái) 自 閱 卷名 師 報(bào) 告 規(guī) 范 答 題 1 (2017山西太原診斷)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 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(kāi) 始 運(yùn) 動(dòng) ， 上 升 一 段 高 度 后 撒 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 1 kg， 上 升 了 1 m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10 m/s2， 不 計(jì) 空 氣 阻 力 ) 答 案 ： (1)120 W (2)0.02 m (1)求 物 體 P與 傳 送 帶 之 間 的 動(dòng) 摩 擦 因 數(shù) (2)若 在 A處 給 P一 個(gè) 豎 直 向 下 的 初 速 度 v0， 物 體 P從 傳 送 帶 右 端 水 平 飛 出 ，落 在 地 面 上 的 D點(diǎn) ， 求 OD的 大 小 (3)若 傳 送 帶 驅(qū) 動(dòng) 輪 順 時(shí) 針 轉(zhuǎn) 動(dòng) ， 帶 動(dòng) 傳 送 帶 以 速 度 v勻 速 運(yùn) 動(dòng) 再 把 物體 P從 A處 由 靜 止 釋 放 ， 物 體 P落 在 地 面 上 設(shè) 著 地 點(diǎn) 與 O點(diǎn) 的 距 離 為 x，求 出 x可 能 的 范 圍 課 時(shí) 達(dá) 標(biāo)