新教材2023_2024学年高中物理第1章功和机械能习题课动能定理的应用课件鲁科版必修第二册

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第1章习题课:动能定理的应用1.进一步理解动能定理,领会应用动能定理解题的优越性。(科学思维)2.会利用动能定理分析变力做功、多过程问题。(科学思维)重难探究·能力素养全提升目录索引 学以致用·随堂检测全达标重难探究·能力素养全提升探究一　应用动能定理求变力做的功滑沙是一种独特的体育游乐项目。现在我国许多地方相继建立了滑沙场,滑沙已成为很受欢迎的旅游项目。游客从斜坡顶端由静止开始下滑,下滑过程中尽管受到斜坡和空气的阻力,但阻力较小,到达底端时可以达到较大的速度v,从而体会到刺激与快乐。如果游客与滑沙板的总质量为m,斜坡高h。怎样求下滑过程中阻力做的功?要点提示 根据动能定理,合外力的功等于物体动能的变化量,动能的变化量动能定理的应用1.动能定理不仅适用于求恒力做功,也适用于求变力做功,同时因为不涉及变力作用的过程分析,应用非常方便。2.利用动能定理求变力的功是最常用的方法,当物体受到一个变力和几个恒力作用时,可以用动能定理间接求变力做的功,即W变+W其他=ΔEk。典例1　 (2023福建泉州高一阶段练习)如图所示,AB为 圆弧轨道,BC为水平直轨道,圆弧的半径为R,BC的长度也为R。一质量为m的物体,与两个轨道间的动摩擦因数都为μ,它由轨道顶端A从静止开始下滑,恰好运动到C处停止,那么物体在AB段克服摩擦力所做的功为(　　)D 解析 设物体在AB段克服摩擦力所做的功为Wf,由动能定理可得mgR-μmgR-Wf=0,解得Wf=(1-μ)mgR,故选D。针对训练1(多选)一质量为m的小球,用长为l的轻绳悬挂于O点,小球在水平力F作用下,从平衡位置P点移动到Q点,如图所示,关于力F所做的功下列说法正确的是(　　)A.若水平力F是恒定的力,则力F所做的功为Flsin θB.若水平力F是恒定的力,则力F所做的功为Fl(1-cos θ)C.若是把小球缓慢移动,则力F所做的功为mgl(1-cos θ)D.若是把小球缓慢移动,则力F所做的功为Flsin θAC解析 若拉力为恒力,并且力始终沿水平方向,水平位移为lsin θ,所以拉力做的功为WF=Flsin θ,故A正确,B错误;球在缓慢移动的过程中,水平力F是变力,不能通过功的公式求解功的大小,根据动能定理得WF'-mgl(1-cos θ)=0,解得水平力F所做的功为WF'=mgl(1-cos θ),故C正确,D错误。探究二　动能定理在多过程中的应用如图所示,质量为m的小球从某一高度h处自由下落,运动中受的空气阻力大小f恒定,与地面碰撞前后速度大小不变,经过一段时间后,小球会停下来。(1)你能求出整个过程中重力做的功吗?(2)你能求出整个过程中阻力做的功吗?(3)你能求出整个过程中小球通过的路程吗?要点提示 (1)重力做的功为mgh。(2)根据动能定理,mgh-fs=0,得fs=mgh,阻力做负功,大小为mgh。(3)根据动能定理,考虑整个过程,mgh-fs=0,即可求得小球通过的路程多阶段问题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,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。3.当题目已知量和所求量不涉及中间量时,选择全程应用动能定理更简单、更方便。画龙点睛　应用动能定理解题,关键是对研究对象进行准确的受力分析及做功分析,有些力在物体运动全过程中不是始终存在的,在计算合外力做功时更应引起注意。典例2　 如图所示,跳水运动员在跳台上腾空而起,跳台距水面高度为h1=10 m,此时他恰好到达最高位置,估计此时他的重心离跳台台面的高度为Δh=1 m。当他下降到手触及水面时要伸直双臂做一个翻掌压水花的动作,这时他的重心离水面也是Δh=1 m,运动员的质量m=50 kg。(g取10 m/s2)(1)从最高点到手触及水面的过程中,其运动可以看作是自由落体运动,他在空中完成一系列动作可利用的时间为多长?(2)忽略运动员进入水面过程中受力的变化,入水之后,他的重心能下沉到离水面h2=2.5 m处,试估算水对他的平均阻力大小。解析 (1)由题意知,这段时间运动员重心下降高度h1=10 m,设空中动作可利(2)整个过程运动员重心下降高度为h1+Δh+h2=13.5 m,设水对他的平均阻力为f,根据动能定理有mg(h1+Δh+h2)-fh2=0整理并代入数据得f=2 700 N。答案 (1)1.4 s　(2)2 700 N 规律方法　动能定理在多过程中的应用技巧(1)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。(2)研究初、末动能时,只需关注初、末状态,不必关心中间运动的细节。针对训练2(2023四川绵阳高一期末)如图所示,光滑斜面AB足够长,倾角为37°,粗糙斜面CD高为0.2 m,倾角为53°;AB、CD与水平传送带在B、C两点平滑连接。传送带不动,一小物块在AB面上从距B点高0.2 m处释放,刚好能运动(1)求传送带的长度;(2)若保持传送带沿顺时针方向以2 m/s的速率匀速转动,要使小物块刚好能到达D处,应从距B点多高处释放物块?则vC>v传小物块在传送带上的速度大于传送带速度,所受摩擦力方向向左,设距B点高度为H处释放小物块,由动能定理可得答案 (1)0.8 m　(2)0.45 m 学以致用·随堂检测全达标12341.质量为50 kg的某中学生参加学校运动会立定跳远项目比赛,起跳直至着地过程如图所示,经实际测量得知其上升的最大高度是0.8 m,在最高点的速度为3 m/s,则起跳过程该同学所做的功最接近(g取10 m/s2)(　　)A.225 J B.400 J C.625 J D.850 JC解析 该同学的起跳过程所受阻力可以忽略,从起跳至达到最大高度的过程中,根据动能定理得W-mgh= mv2-0,解得W=625 J,故C正确,A、B、D错误。12342.从地面竖直向上抛出一物体,物体在运动过程中除受到重力外,还受到一大小不变、方向始终与运动方向相反的外力作用。距地面高度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。(重力加速度取10 m/s2)该物体的质量为(　　)A.2 kg B.1.5 kg C.1 kg D.0.5 kgC1234解析 根据动能定理,物体在上升过程中有-mgh-Fh=Ek2-Ek1,其中Ek2=36 J, Ek1=72 J,h=3 m在下落过程中有mgh-Fh=Ek4-Ek3,其中Ek3=24 J,Ek4=48 J,h=3 m联立求得m=1 kg故选C。12343.(2023辽宁锦州高一期末)冰壶比赛场地如图所示,运动员在P点将冰壶用力推出,作用时间极短可忽略不计,冰壶运动至营垒中的Q点刚好停下,P、Q两点之间的距离L=40 m。假设冰壶与冰面之间的动摩擦因数为0.02,冰壶的质量为20 kg,g取10 m/s2,忽略空气阻力,则下列说法正确的是(　　)A.冰壶的初速度为5 m/sB.摩擦力的平均功率为8 WC.整个过程中摩擦力对冰壶所做的功与运动员对冰壶所做的功之比为2∶1D.整个过程中摩擦力对冰壶所做的功与运动员对冰壶所做的功之比为3∶2B1234W,故B正确;根据动能定理可知,整个过程中摩擦力对冰壶所做的功与运动员对冰壶所做的功的代数和等于冰壶整个过程动能的变化量,则有W-Wf=0,所以二者大小之比为W∶Wf=1∶1,故C、D错误。12344.如图所示,ABCD为一位于竖直平面内的轨道,其中BC水平,A点比BC高出10 m,BC长1 m,AB和CD轨道光滑且与BC平滑连接。一质量为1 kg的物体,从A点以4 m/s的速度开始运动,经过BC后滑到高出C点10.3 m的D点速度为零。(g取10 m/s2)求:(1)物体与BC轨道间的动摩擦因数;(2)物体第5次经过B点时的速度;(3)物体最后停止的位置距B点的距离。1234(2)物体第5次经过B点时,物体在BC上滑动了4次,由动能定理得解得s=21.6 m所以物体在轨道上来回运动了10次后,还有1.6 m,故距B点的距离为2 m-1.6 m=0.4 m。答案 (1)0.5　(2)13.3 m/s　(3)0.4 m