资源简介 (共11张PPT)第3节 动能和动能定理知识 清单破知识点 1知识点 1动能1.定义物体因运动而具有的能量。2.表达式Ek= mv2。3.单位与功的单位相同,在国际单位制中为焦耳,符号为J。1 J=1 kg·(m/s)2=1 N·m。4.特点(1)动能具有瞬时性,是状态量。(2)动能具有相对性,选取不同的参考系,同一物体的动能一般不同。通常是指物体相对于地面的动能。(3)动能是标量,没有方向,Ek≥0。1.内容 合外力对物体所做的功等于物体动能的变化量。2.表达式 W=Ek2-Ek1= m - m 。说明:式中W为合外力做的功,它等于各力做功的代数和。知识点 1知识点 2动能定理3.适用范围 不仅适用于恒力做功,也适用于变力做功。知识辨析 判断正误,正确的画“√”,错误的画“ ”。1.在两个运动物体中,速度大的动能也大。 ( )由Ek= mv2知动能大小与质量和速度都有关。2.某物体的速度加倍,它的动能也加倍。 ( )由Ek= mv2知,某物体的速度加倍,它的动能将变为原来的4倍。3.物体的速度发生变化,其动能一定发生变化。 ( )速度为矢量,当速度方向改变,但大小不变时,动能不变。4.做匀速运动的物体的动能保持不变。 ( ) √讲解分析1.对动能变化量的理解(1)表达式:ΔEk=Ek2-Ek1。(2)物理意义:ΔEk>0,表示动能增加;ΔEk<0,表示动能减少。(3)变化原因:力对物体做功是引起物体动能变化的原因,合外力做正功,动能增加,合力做负功,动能减少。2.对动能定理的理解(1)表达式:W=ΔEk=Ek2-Ek1,式中的W为合外力对物体做的功。(2)研究对象及过程:动能定理的研究对象可以是单个物体,也可以是相对静止的系统。动能定理的研究过程既可以是运动过程中的某一阶段,也可以是运动全过程。疑难对动能定理的理解和应用疑难 情境破(3)普遍性:既适用于恒力做功,也适用于变力做功;既适用于物体做直线运动的情况,也适用于物体做曲线运动的情况。(4)实质:揭示了力对物体做的总功与物体动能变化的关系。①等值关系:某物体的动能变化量总等于合力对它做的功。 ②因果关系:合力对物体做功是引起物体动能变化的原因,合力做功的过程实际上是其他形式的能与动能相互转化的过程,转化了多少由合力做了多少功来量度。3.应用动能定理解题的注意事项(1)动能定理中的位移和速度必须是相对于同一个参考系的,一般选地面或相对地面静止的物体为参考系。(2)应用动能定理的关键在于准确分析研究对象的受力情况及运动情况,可以画出运动过程的草图,借助草图理解物理过程之间的关系。(3)当物体的运动包含多个不同过程时,可分段应用动能定理求解,也可以对全过程应用动能定理。(4)列动能定理式子时,必须明确各力做功的正、负,确实难以判断的先假定为正功,最后根据结果分析。4.动能定理与牛顿运动定律的比较牛顿运动定律 动能定理适用 条件 只能研究在恒力作用下物体做直线运动 对于物体在恒力或变力作用下,物体做直线或曲线运动均适用应用 方法 要考虑运动过程的每一个细节,结合运动学公式解题 只考虑各力的做功情况及初、末状态的动能运算方法 矢量运算 代数运算相同点 确定研究对象,对物体进行受力分析和运动过程分析 两种思路对比可以看出,应用动能定理解题不涉及加速度、时间,不涉及矢量运算,运算简单不易出错。典例 如图所示是公路上的“避险车道”,车道表面是粗糙的碎石【1】,其作用是供下坡的汽车在刹车失灵的情况下避险。质量m=2.0×103 kg的汽车沿下坡公路行驶,当驾驶员发现刹车失灵的同时发动机失去动力【2】,此时速度表示数v1=36 km/h,汽车继续沿下坡公路匀加速直行l=350 m、下降高度h=50 m时到达“避险车道”,此时速度表示数v2=72 km/h。(重力加速度g取10 m/s2)(1)求从发现刹车失灵至到达“避险车道”这一过程汽车动能的变化量;(2)求汽车在下坡过程中所受的阻力;(3)若“避险车道”与水平面间的夹角为17°,汽车在“避险车道”受到的阻力是在下坡公路上的3倍,求汽车在“避险车道”上运动的最大位移。(sin 17°≈0.3)信息提取 【1】【2】汽车的牵引力为零,只有重力、阻力对汽车做功。思路点拨 (1)由动能的表达式【3】求出从发现汽车刹车失灵至到达“避险车道”这一过程中汽车的初、末动能,得到动能的变化量。(2)刹车失灵后汽车下坡过程中只有重力和阻力做功,由动能定理【4】可求得阻力大小。(3)汽车在“避险车道”上运动的过程中,重力、阻力对汽车做功,初、末动能已知,由动能定理求最大位移。解析 (1)发现汽车刹车失灵时汽车的速度v1=36 km/h=10 m/s,动能Ek1= m =1×105 J汽车到达“避险车道”时的速度v2=72 km/h=20 m/s,动能Ek2= m =4×105 J(由【3】得到)则动能的变化量ΔEk=Ek2-Ek1=3.0×105 J(2)刹车失灵后汽车下坡过程中,有mgh-Ffl=ΔEk(由【4】得到)得Ff= =2.0×103 N(3)设汽车在“避险车道”上运动的最大位移是x,初动能为Ek2=4.0×105 J,末动能为0,由动能定理得-(mg sin 17°+3Ff)x=0-Ek2得x= ≈33.3 m答案 (1)3.0×105 J (2)2.0×103 N (3)33.3 m第1章 功和机械能第3节 动能和动能定理基础过关练题组一 对动能的理解和计算1.(多选题)关于动能,下列说法正确的是 ( )A.物体由于运动而具有的能量叫动能B.动能大小与物体的速度方向有关C.动能只有大小,没有方向,是标量D.动能的单位是焦耳2.(多选题)改变消防车的质量和速度,都能使消防车的动能发生改变。在下列几种情况下,消防车的动能是原来的2倍的是 ( )A.质量不变,速度增大到原来的2倍B.速度不变,质量增大到原来的2倍C.质量减半,速度增大到原来的4倍D.速度减半,质量增大到原来的8倍3.从地面竖直向上抛出一个小球,小球运动一段时间后落回地面。忽略空气阻力,该过程中小球的动能Ek与时间t的关系图像是 ( )题组二 对动能定理的理解4.关于动能定理的表达式W=Ek2-Ek1,下列说法正确的是 ( )A.公式中的W为不包含重力的其他力做的总功B.动能定理既适用于直线运动,也适用于曲线运动;适用于恒力做功,但不适用于变力做功C.运动物体所受合外力不为零,则该物体一定做变速运动,其动能要变化D.公式中的Ek2-Ek1为动能的增量,当W>0时动能增加,当W<0时动能减少题组三 动能定理的应用5.如图所示,物体沿曲面从A点无初速度滑下,滑至曲面的最低点B时,下滑的高度为5 m,速度为6 m/s,若物体的质量为1 kg,重力加速度g取10 m/s2。则下滑过程中物体克服阻力所做的功为 ( )A.50 J B.32 J C.18 J D.06.运动员把质量为500 g的足球由静止踢出后,某人观察它在空中的飞行情况,估计上升的最大高度是10 m,在最高点的速度为20 m/s。估算出运动员踢球时对足球做的功为(忽略空气阻力,重力加速度g取10 m/s2) ( )A.50 J B.100 JC.150 J D.无法确定7.两辆汽车在同一水平路面上行驶,它们的质量之比为1∶2,速度之比为2∶1。设两车与地面间的动摩擦因数相等,则当两车紧急刹车后,滑行的最大距离之比为 ( )A.1∶2 B.1∶1C.2∶1 D.4∶18.如图所示,在轻弹簧的下端悬挂一个质量为m的小球A,若将小球A从弹簧原长位置由静止释放,小球A能够下降的最大高度为h。若将小球A换为质量为2m的小球B,仍从弹簧原长位置由静止释放,已知重力加速度为g,不计空气阻力,则小球B下降高度h时的速度为 ( )A. B. C. D.09.某物体同时受到在同一直线上的两个力F1、F2的作用,物体由静止开始做直线运动,力F1、F2与其位移的关系图像如图所示,在这4 m内,物体具有最大动能时的位移是 ( )A.1 m B.2 m C.3 m D.4 m10.如图所示,一质量为m的小球以大小为v0的初速度从地面竖直上抛,刚落回地面时的速度大小为,已知小球在运动过程中所受空气阻力大小恒定,重力加速度为g,下列说法正确的是 ( )A.小球在运动过程中所受空气阻力大小为B.小球在运动过程中所受空气阻力大小为mgC.小球能到达的最高点距地面D.小球能到达的最高点距地面11.从离地面H高处落下一只小球,小球在运动过程中所受的空气阻力恒为它重力的k(k<1)倍,而小球与地面相碰后,能以相同大小的速率反弹,求:(1)小球第一次与地面碰撞后,能够反弹起的最大高度是多少 (2)小球从开始释放,到停止弹跳,所通过的总路程是多少 12.如图所示为一滑梯的示意图,滑梯的斜面长度L=5 m,高度h=3 m,为保证小朋友们的安全,在水平面铺设了安全地垫。水平面与斜面平滑连接,小朋友在连接处的速度大小不变。某一小朋友从滑梯顶端由静止开始滑下,经斜面底端后水平滑行一段距离,停在水平地垫上。已知小朋友的质量为m=20 kg,小朋友在斜面上受到的平均阻力f1=88 N,在水平面上受到的平均阻力f2=100 N。不计空气阻力,取重力加速度g=10 m/s2。求:(1)小朋友在沿斜面滑下的过程中克服摩擦力做的功;(2)小朋友滑到斜面底端时速度v的大小;(3)为使小朋友不滑出水平地垫,地垫的长度x的最小值。能力提升练题组一 动能定理的理解和应用1.以速度v飞行的两颗子弹分别穿透两块由同种材料制成的钢板,子弹在钢板中受到的阻力相同且恒定。若子弹穿透两块钢板后的速度分别为0.6v和0.8v,则两块钢板的厚度之比为 ( )A.16∶9 B.7∶9 C.6∶8 D.9∶162.无人机表演,给观众带来了视觉盛宴。一架无人机在一段时间内沿竖直方向运动,通过传感器获得其速度与时间关系如图所示,图中速度以竖直向上为正方向。已知无人机的质量为2 kg。下列说法正确的是 ( )A.0~1 s时间内无人机上升,1~2 s悬停在空中做飞行表演B.6 s末无人机上升到最高点C.0~6 s时间内无人机所受合外力做功为-1 JD.5 s时无人机处于失重状态3.(多选题)从地面竖直向上抛出一物体,物体在运动过程中除受重力外,还受到一大小不变、方向始终与运动方向相反的阻力作用。距地面高h在3 m以内时,物体上升、下落过程中动能Ek随h的变化如图所示。重力加速度g取10 m/s2,则该物体的质量m和所受的阻力f是 ( )A.m=2 kg B.m=1 kg C.f=1 N D.f=2 N4.(多选题)如图所示,长为L的长木板水平放置,在木板的A端放置一个质量为m的小物块,现缓慢地抬高A端,使木板以左端为轴转动,当木板转到与水平面的夹角为α时小物块开始滑动,此时停止转动木板,小物块滑到底端的速度为v,则在整个过程中(重力加速度为g) ( )A.木板对小物块做功一定大于mv2B.静摩擦力对小物块做功为mgL sin αC.支持力对小物块做功为mgL sin αD.滑动摩擦力对小物块做功为mv2-mgL sin α5.用一台额定功率为P0=60 kW的起重机,将一质量为m=500 kg的工件由地面竖直向上吊起,不计摩擦等阻力,重力加速度g取10 m/s2。求:(1)工件在被吊起的过程中所能达到的最大速度vm;(2)若起重机在始终保持额定功率的情况下从静止开始吊起工件,经过t=1.14 s工件的速度vt=10 m/s,则此时工件离地面的高度h为多少 题组二 运用动能定理分析曲线运动6.如图所示,U型槽可以简化成是由AB、CD两个相同的四分之一光滑圆弧与水平雪道BC组成的,水平雪道与圆弧雪道相切。质量为m的运动员(可视为质点)从O点自由下落,由左侧A点进入U型槽中,从右侧D点自由飞出后上升至Q点。其中OA=h,QD=0.75h,圆弧半径R=2h。不计空气阻力,重力加速度为g,下列说法正确的是 ( )A.运动员运动到A点的速度为B.运动员首次运动到B点的速度为C.运动员最终可能静止在AB段D.运动员第二次离开U型槽后,最高能够到达相对于A点0.8h的位置7.某游乐场的滑梯可以简化为如图所示竖直面内的ABCD轨道,AB为长L=6 m、倾角α=37°的斜轨道,BC为水平轨道,CD为半径R=15 m、圆心角β=37°的圆弧轨道,轨道AB段粗糙,其余各段均光滑。一重物(可视为质点)从A点以初速度v0=2 m/s下滑,沿轨道运动到D点时的速度恰好为零(不计经过B点时的能量损失)。已知该重物的质量m=30 kg,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,重力加速度g取10 m/s2,不计空气阻力,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,求:(1)该重物与AB段间的动摩擦因数;(2)该重物在轨道AB上运动的总路程s。8.如图所示,光滑圆弧的半径为0.8 m,有一质量为1 kg的物体自A点从静止开始下滑到B点,然后沿水平面前进4 m,到达C点停止。重力加速度g取10 m/s2,求:(1)物体到达B点时的速率;(2)在物体沿水平面运动的过程中摩擦力做的功;(3)物体与水平面间的动摩擦因数。答案与分层梯度式解析第1章 功和机械能第3节 动能和动能定理基础过关练1.ACD 物体由于运动而具有的能量叫动能,所以A正确;动能是标量,动能大小与物体的速度方向无关,所以B错误;动能只有大小,没有方向,是标量,所以C正确;动能的单位为焦耳,故D正确。2.BD 根据Ek=mv2可知,要使动能变为原来的2倍,可采取速度不变,质量增大到原来的2倍,或速度减半,质量增大到原来的8倍,故B、D正确。3.A 小球做竖直上抛运动,设初速度为v0,则v=v0-gt,小球的动能Ek=mv2,把速度v代入得Ek=mg2t2-mgv0t+m,Ek与t为二次函数关系,A正确,B、C、D错误。4.D 动能定理的表达式W=Ek2-Ek1,W指的是合外力所做的功,故A错误;动能定理适用于任何运动,故B错误;运动物体所受合外力不为零,则该物体一定做变速运动,若合外力方向始终与运动方向垂直,合外力不做功,动能不变,故C错误;公式中的Ek2-Ek1为动能的增量,当W>0时,即Ek2-Ek1>0,动能增加,当W<0时,即Ek2-Ek1<0,动能减少,故D正确。5.B 对物体从A到B过程运用动能定理得mgh-Wf=m-0,代入数据解得Wf=32 J,故选B。6.C 设运动员踢球时对足球做的功为W,从运动员踢球到足球运动到最高点的过程,根据动能定理有W-mgh=mv2,解得W=150 J,故选C。7.D 汽车刹车后由动能定理得-μmgs=0-mv2,故滑行的最大距离s与v2成正比,与质量无关,所以汽车滑行的最大距离之比s1∶s2=∶=4∶1,故D正确。8.B 小球A从弹簧原长位置由静止释放,能够下降的最大高度为h,根据动能定理有mgh+W弹=0,换为质量为2m的小球B,根据动能定理有2mgh+W弹=×2mv2,联立解得小球B下降高度h时的速度v=,故选B。9.B 由题中图像可看出,前2 m内合力对物体做正功,物体的动能增加,后2 m内合力对物体做负功,物体的动能减小,所以物体具有最大动能时的位移是2 m,B正确。10.D 设小球所受的空气阻力大小为f,上升的最大高度为h。根据动能定理得上升过程有-(mg+f)h=0-m,下落过程有(mg-f)h=m-0,联立解得f=mg,h=,故D正确。11.答案 (1)H (2)解析 (1)设小球第一次与地面碰撞后,能够反弹起的最大高度是h,则由动能定理得mg(H-h)-kmg(H+h)=0解得h=H。(2)设小球从释放开始直至停止弹跳,所通过的总路程是s,对全过程由动能定理得mgH-kmgs=0解得s=。12.答案 (1)440 J (2)4 m/s (3)1.6 m解析 (1)小朋友在沿斜面滑下的过程中克服摩擦力做的功为Wf1=f1L=88×5 J=440 J。(2)小朋友在斜面上运动的过程,由动能定理得mgh-Wf1=mv2代入数据解得v=4 m/s。(3)当小朋友恰滑到地垫边缘静止时,求得的地垫长度最小。小朋友在水平地垫上运动的过程,由动能定理得:-f2x=0-mv2代入数据解得x=1.6 m。能力提升练1.A 子弹受到的合外力相同,均等于阻力f,子弹穿透两块钢板过程中,动能的改变量分别为ΔEk1=m·(0.6v)2-mv2=-0.32mv2,ΔEk2=m(0.8v)2-mv2=-0.18mv2,根据动能定理有W=ΔEk,可知fd=ΔEk,则=,选项A正确。2.C 以竖直向上为正方向,0~3 s时间内速度均为正值,无人机均在上升,其中1~2 s时间内匀速上升,A错误;3 s末无人机开始下降,则3 s末无人机上升到最高点,B错误;6 s末速度为零,据动能定理可得,0~6 s时间内无人机所受合外力做功为W合=m-m=-1 J,C正确;5 s时无人机处于减速下降过程,加速度向上,故无人机处于超重状态,D错误。故选C。3.BD 物体上升过程,根据动能定理有-(f+mg)x=36 J-72 J=-36 J,同理,物体下降过程,有(mg-f)x=48 J-24 J=24 J,联立解得m=1 kg,f=2 N,故选B、D。4.CD 木板转动过程中,小物块受到的静摩擦力与运动方向垂直,静摩擦力做功为零,支持力做功为mgL sin α,小物块下滑过程中,支持力不做功,滑动摩擦力做负功,由动能定理得mgL sin α+Wf=mv2,则滑动摩擦力对小物块做功为Wf=mv2-mgL sin α,故B错误,C、D正确;整个过程中,对小物块应用动能定理得W木板=mv2,故A错误。5.答案 (1)12 m/s (2)8.68 m解析 (1)当工件达到最大速度时,起重机功率达到额定功率且工件的加速度为零即F1=mg,P=P0=60 kW故vm== m/s=12 m/s。(2)在该过程中重力做负功,牵引力做正功,根据动能定理得P0t-mgh=m-0代入数据解得h=8.68 m。6.B 根据动能定理可得mgh=m,解得运动员运动到A点的速度为vA=,故A错误;设运动员首次运动到B点的速度为vB,根据动能定理可得mg(h+R)=m,解得vB==,故B正确;由于AB段为光滑圆弧,可知运动员最终不可能静止在AB段,故C错误;运动员从O到Q过程,根据动能定理可mg(h-0.75h)-Wf=0-0,解得该过程克服摩擦力做功为Wf=0.25mgh,设运动员第二次离开U型槽后,能够到达的最高位置相对于A点的高度为h',根据动能定理可得mg(0.75h-h')-Wf=0-0,解得h'=0.5h,故D错误。故选B。7.答案 (1)0.25 (2)21 m解析 (1)重物从A运动到D的过程中,由动能定理得mgL sin α-μmgL cos α-mgR(1- cos β)=0-m代入数据解得μ=0.25。(2)在AB斜轨道上,有μmg cos αmgL sin α-μmgs cos α=0-m解得s=21 m。8.答案 (1)4 m/s (2)-8 J (3)0.2解析 (1)设物体到达B点时的速度为v,由动能定理得mgR=mv2解得v=4 m/s。(2)设物体在水平面上运动过程中摩擦力做功为W,由动能定理得W=-mv2=-8 J。(3)设物体与水平面间的动摩擦因数为μ,由动能定理得-μmgs=W解得μ==0.2。 展开更多...... 收起↑ 资源列表 第3节 动能和动能定理.docx 第3节 动能和动能定理.pptx