专题10 动能定理的应用-2025年高考物理热点知识讲练与题型归纳（全国通用）

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题型一 动能定理的理解
1．表达式：W＝Ek2－Ek1＝ΔEk.
其中Ek2＝eq \f(1,2)mveq \\al(2,2)表示一个过程的末动能，Ek1＝eq \f(1,2)mveq \\al(2,1)表示这个过程的初动能．W表示这个过程中合力做的功．
2．关于动能定理的几点说明
(1)W的含义：包含重力在内的所有外力所做功的代数和．
(2)W与ΔEk的关系：合力做功是引起物体动能变化的原因．如果合力对物体做正功，物体的动能增加；如果合力对物体做负功，物体的动能减少；如果合力对物体不做功，物体的动能不变．
(3)动能定理的实质：功能关系的一种具体体现，物体动能的改变可由合外力做功来度量．
（2024•中山市校级模拟）篮球运动员做定点投篮训练，篮球从同一位置投出，且初速度大小相等。第1次投篮篮球直接进篮筐，第2次篮球在篮板上反弹后进筐，篮球反弹前后垂直篮板方向分速度等大反向，平行于篮板方向分速度不变。轨迹如图所示。忽略空气阻力和篮球撞击篮板的时间，关于两次投篮说法正确的是（ ）
A．两次投篮，篮球从离手到进筐的时间相同
B．篮球第1次上升的最大高度比第2次的大
C．篮球经过a点时，第1次的动能比第2次的大
D．篮球两次进筐时，在竖直方向分速度相同
（2024•连云港一模）如图所示，在某次罚球过程中，运动员先后两次以速度v1、v2投球，方向与竖直方向间的夹角分别为α、β。两次投球的位置在同一竖直线上，篮球均垂直撞到竖直篮板上的同一位置C，不计空气阻力。下列说法正确的是（ ）

A．α可能小于β
B．v1、v2大小可能相等
C．篮球两次运动时间可能相等
D．与板碰撞前瞬间，篮球动能可能相等
（2023•韶关模拟）如图所示，在飞镖比赛中，某同学将飞镖从O点水平抛出，第一次击中飞镖盘上的a点，第二次击中飞镖盘上的b点，忽略空气阻力，则（ ）
A．飞镖第一次水平抛出的速度较小
B．飞镖第二次抛出时的动能较小
C．飞镖两次在空中运动的时间相等
D．飞镖两次击中飞镖盘时的速度方向相同
题型二 动能定理的基本应用
1．应用动能定理解题的优点
(1)动能定理对应的是一个过程，只涉及到物体初、末状态的动能和整个过程合力做的功，无需关心中间运动过程的细节，而且功和能都是标量，无方向性，计算方便．
(2)当题目中不涉及a和t，而涉及F、x、m、v等物理量时，优先考虑使用动能定理．
(3)动能定理既适用于恒力作用过程也适用于变力作用过程，既适用于直线运动也适用于曲线运动，既适用于单个物体也适用于多个物体，特别是变力及多过程问题，动能定理更具有优越性．
2．应用动能定理解题的一般步骤
(1)选取研究对象(通常是单个物体)，明确它的运动过程．
(2)对研究对象进行受力分析，明确各力做功的情况，求出外力做功的代数和．
(3)明确物体在初、末状态的动能Ek1、Ek2.
(4)列出动能定理的方程W＝Ek2－Ek1，结合其他必要的解题方程，求解并验算．
（2024•观山湖区校级三模）如图甲所示，水平地面上质量为m＝0.4kg的物体在水平向右的力F作用下由静止开始运动，力F随物体位移x的变化关系如图乙所示，当位移x1＝0.8m时撤去拉力，当位移x2＝1.0m时物体恰好停止运动。已知物体与地面间的动摩擦因数为0.3，取g＝10m/s2，忽略空气阻力，则F与物体运动的过程中速度的最大值分别为（ ）
A．2.5N，1.5m/sB．2.5N，1.3m/s
C．2.0N，1.4m/sD．2.0N，1.2m/s
（2024•松江区校级三模）如图甲，质量m＝10kg的物体静止在水平地面上，在水平推力F作用下开始运动，水平推力（F）随位移（x）变化的图像如图乙。已知物体与地面间的动摩擦因数μ＝0.5，取重力加速度大小g＝10m/s2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则（ ）
A．在0～10m的过程中，推力F对物体所做的功为1000J
B．在0～10m的过程中，滑动摩擦力对物体所做的功为500J
C．物体的位移x＝5m时，其速度大小为5m/s
D．物体的位移x＝10m时，其速度大小为10m/s
（2024•沙坪坝区校级模拟）如图所示，光滑的四分之一圆弧轨道固定在竖直平面内，最高点P与圆心O在同一水平线上，圆弧轨道半径为R，重力加速度为g，质量为m的滑块（可视为质点），从圆弧轨道最高点P由静止开始无初速下滑到最低点Q的过程中，滑块所受重力的瞬时功率最大值为（ ）
A．2mggR3B．2mg3gR3C．mg2gR2D．mg22gR2
（2024•越秀区校级模拟）某户外大型闯关游戏“渡河”环节中，甲从高为h＝5m的固定光滑水上滑梯滑下，乙坐在气垫船一侧固定位置上操控气垫船，在滑梯底部等候甲。气垫船与滑梯底部相切靠在一起，如图所示。甲滑上气垫船的同时，乙立即启动引擎，在恒定的牵引力F作用下驾驶气垫船沿着直线运动。假设船不会侧翻，甲和乙不会相撞，甲与气垫船之间的动摩擦因数μ＝0.8，水对气垫船的阻力f恒为484N，甲的质量m＝48kg，气垫船与乙的总质量M＝62kg，汽垫船长度L＝5m，忽略其他阻力以及甲滑到滑梯底端的能量损失，同时将甲视为质点，重力加速度取g＝10m/s2，求：
（1）甲刚滑上气垫船时的速度；
（2）为保证甲不会滑离气垫船，牵引力F应满足的条件？
题型三 动能定理与图像的结合
1．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。
2．四类图像所围面积的含义
(1)v­t图：由公式x＝vt可知，v­t图线与坐标轴围成的面积表示物体的位移。
(2)a­t图：由公式Δv＝at可知，a­t图线与坐标轴围成的面积表示物体速度的变化量。
(3)F­s图：由公式W＝Fs可知，F­s图线与坐标轴围成的面积表示力所做的功。
(4)P­t图：由公式W＝Pt可知，P­t图线与坐标轴围成的面积表示力所做的功。
类型1 Ek-x图像问题
（2024•碑林区校级模拟）随着技术的不断进步和成本的不断降低，无人机快递物流将会逐渐普及，无人机配送将在未来重塑物流行业。某次无人机载重测试，无人机在8个相同旋转叶片的带动下竖直上升，其动能Ek随位移x变化的关系如图所示。已知无人机及其载重总质量为m＝10kg，重力加速度大小为10m/s2，不计空气阻力，此过程中无人机（ ）
A．0～5m加速阶段，每个叶片提供的升力大小为8N
B．5m～10m减速阶段，每个叶片提供的升力大小为6N
C．0～10m的上升过程中，无人机及其载重的机械能增加了320J
D．5m～10m的上升过程中，无人机受到的升力的平均功率为144W
（2024•重庆模拟）如图1所示，固定斜面的倾角θ＝37°，一物体（可视为质点）在沿斜面向上的恒定拉力F作用下，从斜面底端由静止开始沿斜面向上滑动，经过距斜面底端x0处的A点时撤去拉力F。该物体的动能Ek与它到斜面底端的距离x的部分关系图像如图2所示。已知该物体的质量m＝1kg，该物体两次经过A点时的动能之比为4：1，该物体与斜面间动摩擦因数处处相同，sin37°＝0.6，重力加速度g取10m/s2，不计空气阻力。则拉力F的大小为（ ）
A．8NB．9.6NC．16ND．19.2N
（多选）（2024•安康模拟）一质量为1kg的物体在水平拉力的作用下，由静止开始在水平地面上沿x轴运动，以出发点为x轴零点，物体的动能Ek与物体坐标x的关系如图所示。物体与水平地面间的动摩擦因数为0.4，重力加速度大小取10m/s2。下列说法正确的是（ ）
A．在x＝1m时，拉力的大小为2N
B．在x＝4m时，拉力的功率为6W
C．从x＝0运动到x＝4m的过程中，物体克服摩擦力做的功为8J
D．从x＝0运动到x＝2m的过程中，拉力的冲量大小为62kg⋅m/s
类型2 F-x图像与动能定理的结合
（2023秋•肇源县校级月考）如图1所示，在光滑水平地面上，有一轻弹簧与物块连接组成的系统，弹簧的劲度系数为k，物块的质量为m，以x表示物块离开平衡位置的位移，若物块受到如图2所示的水平拉力F0与弹簧弹力﹣kx作用，由平衡位置O移动至x＝1.00m处，下列关于此运动过程的说法正确的是（ ）
A．物块的加速度越来越小，速率越来越小
B．弹簧与物块组成的系统的势能减少0.25J
C．物块的动能增加0.25J
D．拉力F0与弹簧弹力的合力对物块所做的功为0
（多选）（2023秋•龙凤区校级期中）如图甲所示，一质量为5kg的物体静止在水平地面上，让物体在随位移均匀减小的水平推力F作用下开始运动，推力F随位移x变化的关系如图乙所示，已知物体与地面间的动摩擦因数μ＝0.5，g取10m/s2，则下列说法正确的是（ ）
A．物体运动4m时速度减为零
B．物体运动4m时动能为120J
C．物体在水平地面上运动的最大位移是8m
D．物体运动的速度最大时，位移x＝3m
类型3 其他图像与动能定理的结合
（多选）（2023•沙坪坝区校级开学）如图甲所示，质量为M＝0.5kg的木板静止在光滑水平面上，质量为m＝1kg的物块以初速度v＝4m/s滑上木板的左端，物块与木板之间的动摩擦因数为μ＝0.2，在物块滑上木板的同时，给木板施加一个水平向右的恒力F，物块在木板上相对于木板滑动的路程为s。给木板施加不同大小的恒力F，得到1s-F的关系如图乙所示，其中AB与横轴平行。将物块视为质点，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g＝10m/s2，则下列说法正确的是（ ）
A．若恒力F＝0，物块滑出木板时的速度为103m/s
B．当外力F＝1N时，物块恰好不能从木板右端滑出
C．图中C点对应的恒力的值为4N
D．图中D点对应的s值为43m
（多选）（2023春•漳州期末）图甲为“海洋和谐号”游轮，它是目前世界上最大的游轮，假设其总质量M＝2.4×108kg，发动机额定输出功率P＝6×107W，某次航行过程中，游轮从静止开始在海面上做直线运动，其加速度—时间图像如图乙所示，在t＝20s时，发动机输出功率达到额定输出功率，此后保持不变，假设航行过程中游轮所受阻力恒定不变，则（ ）
A．20s时游轮的速度大小为2m/s
B．游轮航行过程中所受的阻力大小为3×107N
C．游轮航行的最大速度为10m/s
D．当游轮的加速度为0.025m/s2时，其速度为5m/s
（2024春•岳麓区校级月考）从地面上以一定初速度竖直向上抛出一质量为m的小球，其动能随时间的变化如图。已知小球受到的空气阻力与速率成正比。小球落地时的动能为E0，且落地前小球已经做匀速运动。重力加速度为g，则小球在整个运动过程中（ ）
A．最大的加速度为5g
B．从最高点下降落回到地面所用时间小于t1
C．球上升阶段阻力的冲量大于下落阶段阻力的冲量
D．小球上升的最大高度为8E0mg+t12mE0m
题型四 动能定理在多过程问题中的应用
对于包含多个运动阶段的复杂运动过程，可以选择分段或全程应用动能定理．
1．分段应用动能定理时，将复杂的过程分割成一个个子过程，对每个子过程的做功情况和初、末动能进行分析，然后针对每个子过程应用动能定理列式，然后联立求解．
2．全程应用动能定理时，分析整个过程中出现过的各力的做功情况，分析每个力的做功，确定整个过程中合外力做的总功，然后确定整个过程的初、末动能，针对整个过程利用动能定理列式求解．
当题目不涉及中间量时，选择全程应用动能定理更简单，更方便．
注意 当物体运动过程中涉及多个力做功时，各力对应的位移可能不相同，计算各力做功时，应注意各力对应的位移．计算总功时，应计算整个过程中出现过的各力做功的代数和．
类型1 动能定理解决多过程问题
（2024•皇姑区校级模拟）游乐场轨道由两个14圆弧组成，圆心O1、O2在同一条竖直线上，圆弧AB的半径为R，弧AD之间，BC之间光滑，BD之间粗糙，∠AO1D＝30°，质量为m（含滑板）的运动员（可视为质点）从A点由静止下滑，进入粗糙部分后做匀速圆周运动，恰好能到达C点，重力加速度为g。
求：
（1）圆弧BC的半径为多少；
（2）BD段动摩擦因数μ与θ的关系（θ为圆心O1到运动员位置连线与水平方向夹角）。
（2024•济宁三模）某旋转喷灌机进行农田喷灌的示意图如图所示，喷口出水速度的方向可调节。该喷灌机的最大功率为P＝2000W，喷灌机所做功的75%转化为水的动能，喷口的横截面积S＝30cm2，水的密度ρ＝1×103kg/m3，重力加速度g＝10m/s2，π＝3.14，喷口距离地面的高度h＝0.55m，忽略空气阻力，不考虑供水水压对水速的影响。求：
（1）喷灌机的最大喷水速度v；
（2）喷口出水速度方向与水平面夹角θ＝30°时，该喷灌机的最大喷灌面积Sm。（保留三位有效数字）
（2024•金东区校级模拟）如图所示，AOB是游乐场中的滑道模型，位于竖直平面内，由两个半径为R的14圆周连接而成，它们的圆心O1、O2与两圆弧的连接点O在同一竖直线上。O2B沿水池的水面方向，B点右侧为无穷大水平面，水平面上有一系列沿O2B方向的漂浮的木板，木板的质量为M，长度为2l。一质量为m的小孩（可视为质点）可由弧AO的任意点静止开始下滑。不考虑水与木板接触面的阻力，设木板质量足够大且始终处于水平面上。
（1）若小孩恰能在O点脱离滑道，求小孩静止下滑处距O点的高度？
（2）凡能在O点脱离滑道的小孩，其落水点到O2的距离范围？
（3）若小孩从O点静止下滑，求脱离轨道时的位置与O2的连线与竖直方向夹角的余弦值？
（4）某小孩从O点脱离滑道后，恰好落在某木板的中央，经过一段时间振荡和调节后，该木板和小孩处于静止状态，小孩接下来开始在木板上表演水上漂。如果小孩能一次跳离木板，求小孩做功的最小值？
类型2 动能定理在往返运动问题中应用
（多选）（2021春•乾安县校级月考）如图甲所示，物体以一定的初速度从倾角为α＝37°的斜面底端沿斜面向上运动，上升的最大高度为3.0m。选择地面为参考平面，上升过程中物体的机械能E机随高度h的变化如图乙所示。g取10m/s2，sin37°＝0.60，cs37°＝0.80。则（ ）
A．物体的质量m＝2.0kg
B．物体与斜面之间的动摩擦因数μ＝0.80
C．物体上升过程中的加速度大小a＝10m/s2
D．物体回到斜面底端时的动能Ek＝10J
（多选）（2024•郊区校级三模）如图所示，竖直轻弹簧下端固定在水平地面上，将轻弹簧正上方质量m＝1kg的小球由静止释放，小球下落过程中受到恒定的空气阻力作用。以小球开始下落的位置为原点，竖直向下为y轴正方向，取地面处为重力势能零点，在小球第一次下落到最低点的过程中，弹簧的弹性势能Ep1、小球的重力势能Ep2、小球的动能Ek、小球的机械能E随小球位移变化的关系图像分别如图甲、乙、丙、丁所示，弹簧始终在弹性限度范围内，取重力加速度g＝10m/s2，下列说法正确的是（ ）
A．小球和弹簧系统机械能守恒
B．空气阻力对小球做功1.2J
C．图丙中x0处的弹簧弹力为8N
D．图丙中b＝4，图丁中d＝4
考点
考情
命题方向
考点 动能定理
2024年高考福建卷
2022年1月浙江选考
2022年福建高考
动能定理是物理学中重要规
律，也是高考考查频率较高的知识：考查的方式主要表现在：结合实际情景；结合图像等。综合题目为主。