新教材适用2024版高考物理一轮总复习第5章机械能第2讲动能定理及其应用课件

这是一份新教材适用2024版高考物理一轮总复习第5章机械能第2讲动能定理及其应用课件，共59页。PPT课件主要包含了知识梳理·双基自测，核心考点·重点突破，名师讲坛·素养提升，年高考·1年模拟，状态量，动能的变化，合外力，ABC，名师点拨等内容，欢迎下载使用。
第2讲　动能定理及其应用
1．定义：物体由于______而具有的能叫动能。2．公式：Ek＝_______。3．单位：______,1 J＝1 N·m。4．矢标性：动能是______，只有正值。5．状态量：动能是_________，因为v是瞬时速度。
1．内容：力在一个过程中对物体做的功，等于物体在这个过程中_______________。2．表达式：W＝_______________或W＝Ek2－Ek1。3．物理意义：_________的功是物体动能变化的量度。
思考：(1)动能定理适用于直线运动，还适用于曲线运动吗？动能定理适用于恒力做功，还适用于变力做功吗？(2)能对物体分方向列动能定理方程吗？
[答案]　(1)适用，适用　(2)不能
一、堵点疏通1．—定质量的物体动能变化时，速度一定变化，但速度变化时，动能不一定变化。( 　　)2．动能不变的物体一定处于平衡状态。( 　　)3．如果物体所受的合外力为零，那么合外力对物体做功一定为零。( 　　)4．物体在合外力作用下做变速运动时，动能一定变化。( 　　)5．物体的动能不变，所受的合外力必定为零。( 　　)6．做自由落体运动的物体，动能与时间的二次方成正比。( 　　)
二、对点激活1．(多选)关于动能的理解，下列说法正确的是( )B．动能的大小由物体的质量和速率决定，与物体的运动方向无关C．物体以相同的速率向东和向西运动，动能的大小相等、方向相反D．当物体以不变的速率做曲线运动时其动能不断变化
[解析]动能是标量，由物体的质量和速率决定，与物体的运动方向无关，动能具有相对性，无特别说明，一般指相对于地面的动能。故选A、B。
2．(多选)(2022·天津和平高三期末)天津之眼是世界上唯一建在水上的摩天轮，它的直径达110 m，轮外装挂48个360度透明座舱，每个座舱可乘坐8个人，可同时供384个人观光。摩天轮匀速旋转一周所需时间为30分钟，在此过程中，下列说法中正确的是( )A．每个乘客受到的合力在不断变化B．运行过程中乘客对座位的压力始终不变C．运行过程中乘客重力的功率始终不变D．合力对乘客做功一定为零
[解析]每个乘客随摩天轮一起做匀速圆周运动，每个乘客所受合力提供做圆周运动的向心力，则合力方向时刻指向圆心，则每个乘客受到的合力在不断变化，故A正确；在最高点，根据牛顿第二定律mg－FN＝则运行过程中乘客对座位的压力改变，故B错误；每个乘客随摩天轮一起做匀速圆周运动，速度的大小不变，但方向时刻在变，则重力与速度的夹角变化，故重力的瞬时功率变化，故C错误；每个乘客随摩天轮一起做匀速圆周运动，则每个乘客的动能保持不变，根据动能定理可知，合力做功为零，故D正确。
3．(2023·贵州毕节高三阶段练习)李娜是中国著名网球运动员，她是亚洲首位网球大满贯得主，同时也是首位入选名人堂的亚洲网球运动员。如图，在某次比赛中，李娜反手回球，假设网球离开球拍的速度为158 m/s，与水平方向的夹角为45°，网球恰好落在对方的底线上。不计空气阻力，则网球落地的速度大小最接近( 　　)A．220 m/s B.200 m/s C．180 m/s D.160 m/s
1．准确理解动能定理的表达式W＝Ek2－Ek1(1)W是合力的功，不要与某个力的功混淆。(2)Ek2－Ek1是末动能与初动能的差。(3)动能定理的表达式是标量式，与速度方向无关。(4)应用动能定理时，要明确针对哪个物体，哪个过程。
2．应用动能定理的流程
3．应用动能定理的注意事项(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，一般以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对研究对象进行准确的受力分析及运动过程分析，并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；当所求解的问题不涉及中间的速度时，也可以全过程应用动能定理求解，这样更简便。(4)列动能定理方程时，必须明确各力做功的正、负，确实难以判断的先假定为正功，最后根据结果加以检验。
(2023·福建厦门模拟预测)我国航天员翟志刚、王亚平、叶光富于2022年4月16日9时56分搭乘神舟十三号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。返回舱在离地面约6 000 m的高空打开主伞(降落伞)，在主伞的作用下返回舱速度从80 m/s降至10 m/s，此后可视为匀速下降，当返回舱在距离地面1 m时启动反推发动机，速度减至0后恰落到地面上。设主伞所受的空气阻力为f＝kv，其中k为定值，v为速率，其余阻力不计。已知返回舱(含宇航员)总质量为3 000 kg，主伞的质量忽略不计，忽略返回舱质量的变化，重力加速度g取10 m/s2，设全过程为竖直方向的运动。求：
(1)在主伞打开后的瞬间，返回舱的加速度大小；(2)若在反推发动机工作时主伞与返回舱之间的绳索处于松弛状态，则反推发动机在该过程中对返回舱做的功。
[解析](1)由牛顿第二定律可知mg－f1＝ma，由题意f1＝kv1，f2＝kv2＝mg，联立可得a＝－70 m/s2。所以加速度大小为70 m/s2。
[答案]　(1)70 m/s2　(2)－1.8×105 J
〔变式训练1〕　(2022·北京朝阳二模)如图所示，某一斜面的顶端到正下方水平面O点的高度为h，斜面与水平面平滑连接。一小木块从斜面的顶端由静止开始滑下，滑到水平面上的A点停止。已知斜面倾角为θ，小木块质量为m，小木块与斜面、水平面间的动摩擦因数均为μ，A、O两点的距离为x。在小木块从斜面顶端滑到A点的过程中，下列说法正确的是( 　　)A．如果h和μ一定，θ越大，x越大B．如果h和μ一定，θ越大，x越小C．摩擦力对木块做功为－μmgxcs θD．重力对木块做功为μmgx
解决物理图像问题的基本步骤1．观察题目给出的图像，弄清纵坐标、横坐标所对应的物理量及图线所表示的物理意义。2．根据物理规律推导出纵坐标与横坐标所对应的物理量间的函数关系式。3．将推导出的物理规律与数学上与之相对应的标准函数关系式相对比，找出图线的斜率、截距、图线的交点，图线下的面积所对应的物理意义，分析解答问题。或者利用函数图线上的特定值代入函数关系式求物理量。
(多选)(2023·安徽高三模拟)在某一粗糙的水平面上，一质量为2 kg的物体在水平恒定拉力的作用下做匀速直线运动，当运动一段时间后，拉力逐渐减小，且当拉力减小到零时，物体刚好停止运动，图中给出了拉力随位移变化的关系图像。已知重力加速度g＝10 m/s2。根据以上信息能精确得出或估算得出的物理量有( )A．物体与水平面间的动摩擦因数B．合外力对物体所做的功C．物体做匀速运动时的速度D．物体运动的时间
图像所围“面积”的意义
(1)v－t图：由公式x＝vt可知，v－t图线与坐标轴围成的面积表示物体的位移。(2)a－t图：由公式Δv＝at可知，a－t图线与坐标轴围成的面积表示物体速度的变化量。(3)F－x图：由公式W＝Fx可知，F－x图线与坐标轴围成的面积表示力所做的功。(4)P－t图：由公式W＝Pt可知，P－t图线与坐标轴围成的面积表示力所做的功。
〔变式训练2〕　(2023·四川广安二中模拟预测)质量m＝180 kg的小型电动汽车在平直的公路上由静止启动，如图甲所示为汽车运动的速度与时间的关系，图乙为汽车牵引力的功率与时间的关系。设汽车在运动过程中所受阻力不变，在18 s末汽车的速度恰好达到最大。重力加速度g取10 m/s2，则下列说法正确的是( 　　)A．汽车受到的阻力为200 NB．汽车的最大牵引力为700 NC．汽车在做变加速运动过程中的位移大小为95.5 mD．8～18 s内汽车牵引力做的功为3.6×103 J
〔变式训练3〕　(2023·湖南衡阳市高三模拟)一辆汽车从静止开始做匀加速直线运动，它的动能Ek随着位移x的变化而改变，下列Ek－x图像正确的是( 　　)
1．运用动能定理解决多过程问题时，有两种思路：一种是分段列式按部就班，注意衔接；另一种是全过程列式，计算简便，但要分析全面，不能遗漏某个功。2．所列动能定理方程涉及重力、弹簧弹力、大小恒定的阻力或摩擦力做功时，要注意运用它们的特点：(1)重力、弹簧弹力做功取决于物体的初、末位置，与路径无关。(2)大小恒定的阻力或摩擦力所做的功等于力的大小与路程的乘积。
(2023·云南昆明一中模拟预测)如图甲所示，两个不同材料制成的滑块A、B静置于水平桌面上，滑块A的右端与滑块B的左端接触。某时刻开始，给滑块A一个水平向右的力F，使滑块A、B开始滑动，当滑块A、B滑动1.0 m时撤去力F。整个运动过程中，滑块A、B的动能Ek随位移x的变化规律如图乙所示。不计空气阻力，求：(1)滑块A对B做的功；(2)力F的大小。
[解析](1)对B，在撤去F后有：xB＝1.0 m，撤去F时B的动能EkB＝6 J，由动能定理有－fBxB＝0－EkB，在撤去F前，对B由动能定律得WAB－fBx＝EkB，联立并代入数据解得WAB＝12 J。
(2)撤去力F后，滑块A继续滑行的距离为xA＝0．5 m，撤去F时A的动能EkA＝9 J，由动能定理有－fAxA＝0－EkA，力F作用的过程中，分析滑块A、B整体，由动能定理(F－fA－fB)x＝EkA＋EkB，代入数据解得F＝39 N。
[答案]　(1)12 J　(2)39 N
〔变式训练4〕　(多选)(2021·全国甲卷)一质量为m的物体自倾角为α的固定斜面底端沿斜面向上滑动。该物体开始滑动时的动能为Ek，向上滑动一段距离后速度减小为零，此后物体向下滑动，到达斜面底端时
运用动能定理解决往复运动问题在有些问题中物体的运动过程具有重复性、往返性，而在这一过程中，描述运动的物理量多数是变化的，而重复的次数又往往是无限的或者难以确定，求解这类问题时若运用牛顿运动定律及运动学公式将非常繁琐，甚至无法解出。由于动能定理只涉及物体的初、末状态而不计运动过程的细节，所以用动能定理分析这类问题可使解题过程简化。
(一)往复次数可确定的情形 (多选)(2023·福建模拟预测)如图所示，截面是高为h的等腰直角三角形光滑斜面固定在粗糙水平面上，底端用小圆弧与水平地面平滑连接，在距斜面底端为d的位置有一竖直墙壁、小物块自斜面顶端由静止释放，小物块与水平地面之间的动摩擦因数为μ，若小物块与墙壁发生碰撞后以原速率反弹，且最多只与墙壁发生一次碰撞。则物块最终静止时距斜面底端的距离可能为( )
(二)往复次数无法确定的情形 如图所示，斜面的倾角为θ，质量为m的滑块距挡板P的距离为x0，滑块以初速度v0沿斜面上滑，滑块与斜面间的动摩擦因数为μ，滑块所受摩擦力小于重力沿斜面向下的分力。若滑块每次与挡板相碰均无机械能损失，则滑块经过的总路程是( 　　)
(三)往复运动永不停止的情形 (2023·全国高三专题练习)如图所示，竖直面内有一粗糙斜面AB，BCD部分是一个光滑的圆弧面，C为圆弧的最低点，AB正好是圆弧在B点的切线，圆心O与A、D点在同一高度，θ＝37°，圆弧面的半径R＝3.6 m，一滑块质量m＝5 kg，与AB斜面间的动摩擦因数μ＝0.45，将滑块从A点由静止释放(sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8，g取10 m/s2)。求在此后的运动过程中：
(1)滑块在AB段上运动的总路程；(2)在滑块运动过程中，C点受到的压力的最大值和最小值。
[答案]　(1)8 m　(2)102 N　(3)70 N
1.(2022·全国甲卷)北京2022年冬奥会首钢滑雪大跳台局部示意图如图所示。运动员从a处由静止自由滑下，到b处起跳，c点为a、b之间的最低点，a、c两处的高度差为h。要求运动员经过c点时对滑雪板的压力不大于自身所受重力的k倍，运动过程中将运动员视为质点并忽略所有阻力，则c点处这一段圆弧雪道的半径不应小于( 　　)
2．(2022·全国乙卷)固定于竖直平面内的光滑大圆环上套有一个小环。小环从大圆环顶端P点由静止开始自由下滑，在下滑过程中，小环的速率正比于( 　　)A．它滑过的弧长B．它下降的高度C．它到P点的距离D．它与P点的连线扫过的面积
3．(2021·河北卷)一半径为R的圆柱体水平固定，横截面如图所示，长度为πR、不可伸长的轻细绳，一端固定在圆柱体最高点P处，另一端系一个小球，小球位于P点右侧同一水平高度的Q点时，绳刚好拉直，将小球从Q点由静止释放，当与圆柱体未接触部分的细绳竖直时，小球的速度大小为(重力加速度为g，不计空气阻力)( 　　)
4．(2023·浙江模拟预测)在一次海上消防救援过程中，消防船启动了多个喷水口进行灭火。喷水口所处高度和口径都相同，出水轨迹如图甲所示。其中两支喷水枪喷出水A、B轨迹在同一竖直面内且最高点高度相同，如图乙所示。不计空气阻力，则下列说法正确的是( 　　)A．水A在空中运动时间较长B．水B单位时间内的出水量较大C．水落到海面时A的速度比B的速度小D．相同时间内水枪对A做功比水枪对B做功多
[解析]因为两支喷出水A、B轨迹在同一竖直面内且最高点高度相同，根据竖直上抛运动的对称性，可知水A、B在空中运动时间相等，故A项错误；水从喷水口喷出后做斜抛运动，初速度可分解为水平方向的分速度vx和竖直向上的分速度vy，由于水喷出后在最高点高度相同，根
5．(2023·四川宜宾市模拟预测)短道速滑接力赛是冰上运动竞争最为激烈的项目之一。比赛规定，前(甲)、后(乙)队员必须通过身体接触完成交接，交接时两队员间距离先缩短到很近，如图(a)，然后乙队员用手大力推送甲队员到手臂尽量伸直状态，两人分离，如图(b)。相互作用前后的系统(由两队员组成)的总动能分别为Ek1、Ek2，总动能变化量ΔEk＝|Ek1－Ek2|，乙队员对甲队员的平均作用力为F1，甲队员对乙队员的平均作用力为F2，乙队员的手臂长为l，冰道摩擦力不计，那么( 　　)