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(通用版)2018-2019版高考物理總復(fù)習(xí) 主題三 機(jī)械能及其守恒定律 提升課 動(dòng)能定理的應(yīng)用學(xué)案 新人教版

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1、 提升課 動(dòng)能定理的應(yīng)用  應(yīng)用動(dòng)能定理求變力做功 [要點(diǎn)歸納] 1.動(dòng)能定理不僅適用于求恒力做功,也適用于求變力做功,同時(shí)因?yàn)椴簧婕白兞ψ饔玫倪^(guò)程分析,應(yīng)用非常方便。 2.利用動(dòng)能定理求變力的功是最常用的方法,當(dāng)物體受到一個(gè)變力和幾個(gè)恒力作用時(shí),可以用動(dòng)能定理間接求變力做的功,即W變+W其他=ΔEk。 3.當(dāng)機(jī)車以恒定功率啟動(dòng),牽引力為變力時(shí),那么牽引力做的功可表示為W=Pt。 [精典示例] [例1] 一質(zhì)量為m的小球,用長(zhǎng)為l的輕繩懸掛于O點(diǎn)。第一次小球在水平拉力F1作用下,從平衡位置P點(diǎn)緩慢地移到Q點(diǎn),此時(shí)繩與豎直方向夾角為θ(如圖1所示),在這個(gè)過(guò)程中水平拉力做

2、功為W1。第二次小球在水平恒力F2作用下,從P點(diǎn)移到Q點(diǎn),水平恒力做功為W2。重力加速度為g,且θ<90°,則(  ) 圖1 A.W1=F1lsin θ,W2=F2lsin θ B.W1=W2=mgl(1-cos θ) C.W1=mgl(1-cos θ),W2=F2lsin θ D.W1=F1lsin θ,W2=mgl(1-cos θ) 思路導(dǎo)航 第一次緩慢拉動(dòng),物體處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài),拉力為變力,變力的功使用動(dòng)能定理求解;第二次為恒力,可使用功的公式求得。 解析 第一次水平拉力為變力,由動(dòng)能定理有W1-mgl(1-cos θ)=0,得W1=mgl(1-cos θ)。第二

3、次水平拉力為恒力,由功的公式可得W2=F2lsin θ。C正確。 答案 C 方法總結(jié) (1)所求變力的功可以是合力的功,也可以是其中一個(gè)力的功,但動(dòng)能定理中,合力的功才等于動(dòng)能的變化量。 (2)待求變力的功一般用符號(hào)W表示,但要分清結(jié)果是變力的功,還是克服此變力的功。 [針對(duì)訓(xùn)練1] 質(zhì)量為m的物體以初速度v0沿水平面向左開(kāi)始運(yùn)動(dòng),起始點(diǎn)A與一輕彈簧O端相距s,如圖2所示,已知物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,物體與彈簧相碰后,彈簧的最大壓縮量為x,則從開(kāi)始碰撞到彈簧被壓縮至最短,物體克服彈簧彈力所做的功為(  ) 圖2 A.mv-μmg(s+x) B.mv-μmgx C

4、.μmgs D.μmg(s+x) 解析 由動(dòng)能定理得-W-μmg(s+x)=0-mv,故物體克服彈簧彈力做功W=mv-μmg(s+x),A正確。 答案 A  動(dòng)能定理與圖象的結(jié)合 [要點(diǎn)歸納] 利用物體的運(yùn)動(dòng)圖象可以了解物體的運(yùn)動(dòng)情況,要特別注意圖象的形狀、交點(diǎn)、截距、斜率、面積等信息。動(dòng)能定理經(jīng)常和圖象問(wèn)題綜合起來(lái),分析時(shí)一定要弄清圖象的物理意義,并結(jié)合相應(yīng)的物理情境選擇合理的規(guī)律求解。 [精典示例] [例2] 質(zhì)量m=1 kg的物體,在水平拉力F的作用下,沿粗糙水平面運(yùn)動(dòng),在位移是4 m時(shí),拉力F停止作用,運(yùn)動(dòng)到位移是8 m時(shí)物體停止,運(yùn)動(dòng)過(guò)程中Ek-x的圖象如圖3所示,

5、g取10 m/s2,求: 圖3 (1)物體和平面間的動(dòng)摩擦因數(shù); (2)拉力F的大小。 解析 (1)在運(yùn)動(dòng)的第二階段,物體在位移x2=4 m內(nèi),動(dòng)能由Ek=10 J變?yōu)榱恪S蓜?dòng)能定理得:-μmgx2=0-Ek, 故動(dòng)摩擦因數(shù):μ===0.25。 (2)在運(yùn)動(dòng)的第一階段,物體位移x1=4 m,初動(dòng)能Ek0=2 J,根據(jù)動(dòng)能定理得:Fx1-μmgx1=Ek-Ek0,所以F=4.5 N。 答案 (1)0.25 (2)4.5 N 方法總結(jié) 分析動(dòng)能定理與圖象結(jié)合問(wèn)題“三步走” [針對(duì)訓(xùn)練2] (多選)物體沿直線運(yùn)動(dòng)的v-t關(guān)系圖象如圖4所示,已知在第1 s內(nèi)合力對(duì)物體所做的

6、功為W,則(  ) 圖4 A.從第1 s末到第3 s末合力做功為4W B.從第3 s末到第5 s末合力做功為-2W C.從第5 s末到第7 s末合力做功為W D.從第3 s末到第4 s末合力做功為-0.75W 解析 設(shè)物體在第1 s末速度為v,由動(dòng)能定理可得在第1 s內(nèi)合力做的功W= mv2-0。從第1 s末到第3 s末物體的速度不變,所以合力做的功為W1=0。從第3 s末到第5 s末合力做的功為W2=0-mv2=-W。從第5 s末到第7 s末合力做的功為W3=m(-v)2-0=W。第4 s末的速度v4=,所以從第3 s末到第 4 s末合力做的功W4=m-mv2=-W。故選

7、項(xiàng)C、D正確。 答案 CD  動(dòng)能定理在多過(guò)程問(wèn)題中的應(yīng)用 [要點(diǎn)歸納] 對(duì)于包含多個(gè)運(yùn)動(dòng)階段的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)過(guò)程,可以選擇分段或全程應(yīng)用動(dòng)能定理。 1.分段應(yīng)用動(dòng)能定理時(shí),將復(fù)雜的過(guò)程分割成一個(gè)個(gè)子過(guò)程,對(duì)每個(gè)子過(guò)程的做功情況和初、末動(dòng)能進(jìn)行分析,然后針對(duì)每個(gè)子過(guò)程應(yīng)用動(dòng)能定理列式,然后聯(lián)立求解。 2.全程應(yīng)用動(dòng)能定理時(shí),分析整個(gè)過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)的各力的做功情況,分析每個(gè)力的做功,確定整個(gè)過(guò)程中合力做的總功,然后確定整個(gè)過(guò)程的初、末動(dòng)能,針對(duì)整個(gè)過(guò)程利用動(dòng)能定理列式求解。當(dāng)題目不涉及中間量時(shí),選擇全程應(yīng)用動(dòng)能定理更簡(jiǎn)單,更方便。 [精典示例] [例3] 如圖5所示,質(zhì)量為m的小球,

8、從離地面H高處從靜止開(kāi)始釋放,落到地面后繼續(xù)陷入泥中h深度而停止,設(shè)小球受到空氣阻力為f,重力加速度為g,則下列說(shuō)法正確的是(  ) 圖5 A.小球落地時(shí)動(dòng)能等于mgH B.小球陷入泥中的過(guò)程中克服泥的阻力所做的功小于剛落到地面時(shí)的動(dòng)能 C.整個(gè)過(guò)程中小球克服阻力做的功等于mg(H+h) D.小球在泥土中受到的平均阻力為mg(1+) 解析 小球從靜止開(kāi)始釋放到落到地面的過(guò)程,由動(dòng)能定理得mgH-fH=mv,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;設(shè)泥的平均阻力為f0,小球陷入泥中的過(guò)程,由動(dòng)能定理得mgh-f0h=0-mv,解得f0h=mgh+mv,f0=mg(1+)-,選項(xiàng)B、D錯(cuò)誤;全過(guò)程應(yīng)用動(dòng)能定理

9、可知,整個(gè)過(guò)程中小球克服阻力做的功等于mg(H+h),選項(xiàng)C正確。 答案 C 方法總結(jié) 利用動(dòng)能定理研究單物體多過(guò)程問(wèn)題的思路 (1)應(yīng)用動(dòng)能定理解決多過(guò)程問(wèn)題時(shí),要根據(jù)題目所求解的問(wèn)題選取合適的過(guò)程,可以分過(guò)程,也可以整過(guò)程一起研究。值得注意的是雖然列式時(shí)忽略了中間復(fù)雜過(guò)程,但不能忽略對(duì)每個(gè)過(guò)程的分析。 (2)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,物體受到的某個(gè)力可能是變化的或分階段存在的,應(yīng)用動(dòng)能定理列式時(shí)要注意這種力做功的表達(dá)方式。 [針對(duì)訓(xùn)練3] 如圖6所示,右端連有一個(gè)光滑弧形槽的水平桌面AB長(zhǎng)L=1.5 m,一個(gè)質(zhì)量為m=0.5 kg的木塊在F=1.5 N的水平拉力作用下,從桌面上的A端由靜止

10、開(kāi)始向右運(yùn)動(dòng),木塊到達(dá)B端時(shí)撤去拉力F,木塊與水平桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2,取g=10 m/s2。求: 圖6 (1)木塊沿弧形槽上升的最大高度(木塊未離開(kāi)弧形槽); (2)木塊沿弧形槽滑回B端后,在水平桌面上滑動(dòng)的最大距離。 解析 (1)設(shè)木塊沿弧形槽上升的最大高度為h,木塊在最高點(diǎn)時(shí)的速度為零。從木塊開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到弧形槽最高點(diǎn),由動(dòng)能定理得:FL-Ff L-mgh=0 其中Ff=μFN=μmg=0.2×0.5×10 N=1.0 N 所以h== m=0.15 m (2)設(shè)木塊離開(kāi)B點(diǎn)后沿桌面滑動(dòng)的最大距離為x。由動(dòng)能定理得:mgh-Ff x=0 所以x== m=0.75 m

11、 答案 (1)0.15 m (2)0.75 m 1.(多選)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 解析 若恒力的方向與初速度的方向相同或二者夾角為銳角或直角,該質(zhì)點(diǎn)一直做加速運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)A正確;若恒力的方向與初速度的方向相反,該質(zhì)點(diǎn)先做勻減速運(yùn)動(dòng),再反向做勻加速運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)B正確;若恒力方向與初速度方向之間的夾角為鈍角,可類比斜上拋運(yùn)動(dòng),易知選項(xiàng)D正確。 答案 ABD 2.北京獲得2022年冬奧

12、會(huì)舉辦權(quán),冰壺是冬奧會(huì)的比賽項(xiàng)目。將一個(gè)冰壺以一定初速度推出后將運(yùn)動(dòng)一段距離停下來(lái)。換一個(gè)材料相同、質(zhì)量更大的冰壺,以相同的初速度推出后,冰壺運(yùn)動(dòng)的距離將(  ) A.不變 B.變小 C.變大 D.無(wú)法判斷 解析 冰壺在冰面上以一定初速度被推出后,在滑動(dòng)摩擦力作用下做勻減速運(yùn)動(dòng),根據(jù)動(dòng)能定理有-μmgs=0-mv2,得s=,兩種冰壺的初速度相等,材料相同,故運(yùn)動(dòng)的距離相等。故選項(xiàng)A正確。 答案 A 3.(2017·淮安高一檢測(cè))(多選)如圖7甲所示,質(zhì)量m=2 kg 的物體以100 J的初動(dòng)能在粗糙的水平地面上滑行,其動(dòng)能Ek隨位移x變化的關(guān)系圖象如圖乙所示,則下列判斷正確的是(

13、  ) 圖7 A.物體運(yùn)動(dòng)的總位移大小為10 m B.物體運(yùn)動(dòng)的加速度大小為10 m/s2 C.物體運(yùn)動(dòng)的初速度大小為10 m/s D.物體所受的摩擦力大小為10 N 解析 由圖象可知,物體運(yùn)動(dòng)的總位移為10 m,根據(jù)動(dòng)能定理得,-Ff x=0-Ek0,解得Ff== N=10 N,故A、D正確;根據(jù)牛頓第二定律得,物體運(yùn)動(dòng)的加速度大小a== m/s2=5 m/s2,故B錯(cuò)誤;根據(jù)Ek0=mv得v0== m/s=10 m/s,故C正確。 答案 ACD 4.半徑R=1 m的圓弧軌道下端與一水平軌道連接,水平軌道離地面高度h= 1 m,如圖8所示,有一質(zhì)量m=1.0 kg

14、的小滑塊自圓軌道最高點(diǎn)A由靜止開(kāi)始滑下,經(jīng)過(guò)水平軌道末端B時(shí)速度為4 m/s,滑塊最終落在地面上,g取10 m/s2,試求: 圖8 (1)不計(jì)空氣阻力,滑塊落在地面上時(shí)速度大?。? (2)滑塊在軌道上滑行時(shí)克服摩擦力做的功。 解析 (1)從B點(diǎn)到地面這一過(guò)程,只有重力做功,根據(jù)動(dòng)能定理有mgh=mv2-mv, 代入數(shù)據(jù)解得v=6 m/s。 (2)設(shè)滑塊在軌道上滑行時(shí)克服摩擦力做的功為Wf,對(duì)A到B這一過(guò)程運(yùn)用動(dòng)能定理有mgR-Wf=mv-0, 解得Wf=2 J。 答案 (1)6 m/s (2)2 J 基礎(chǔ)過(guò)關(guān) 1.一質(zhì)點(diǎn)做速度逐漸增大的勻加速直線運(yùn)動(dòng),在時(shí)間間

15、隔t內(nèi)位移為s,動(dòng)能變?yōu)樵瓉?lái)的9倍。該質(zhì)點(diǎn)的加速度為(  ) A. B. C. D. 解析 動(dòng)能變?yōu)樵瓉?lái)的9倍,則物體的速度變?yōu)樵瓉?lái)的3倍,即v=3v0,由s=(v0+v)t和a=得a=,故A項(xiàng)正確。 答案 A 2.如圖1所示,假設(shè)在某次比賽中他從10 m高處的跳臺(tái)跳下,設(shè)水的平均阻力約為其體重的3倍,在粗略估算中,把運(yùn)動(dòng)員當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)處理,為了保證運(yùn)動(dòng)員的人身安全,池水深度至少為(不計(jì)空氣阻力)(  ) 圖1 A.5 m B.3 m C.7 m D.1 m 解析 設(shè)水深h,對(duì)全程運(yùn)用動(dòng)能定理 mg(H+h)-h(huán)=0,=3mg, 即mg(H+h)=3m

16、gh。所以h=5 m。 答案 A 3.如圖2所示,木板長(zhǎng)為l,木板的A端放一質(zhì)量為m的小物體,物體與板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ。開(kāi)始時(shí)木板水平,在繞O點(diǎn)緩慢轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)小角度θ的過(guò)程中,若物體始終保持與木板相對(duì)靜止。對(duì)于這個(gè)過(guò)程中各力做功的情況,下列說(shuō)法中正確的是(  ) 圖2 A.摩擦力對(duì)物體所做的功為mglsin θ(1-cos θ) B.彈力對(duì)物體所做的功為mglsin θcos θ C.木板對(duì)物體所做的功為mglsin θ D.合力對(duì)物體所做的功為mglcos θ 解析 重力是恒力,可直接用功的計(jì)算公式,則WG=-mgh;摩擦力雖是變力,但因摩擦力方向上物體沒(méi)有發(fā)生位移,所以

17、Wf=0;因木板緩慢運(yùn)動(dòng),所以合力F合=0,則W合=0;因支持力FN為變力,不能直接用公式求它做的功,由動(dòng)能定理W合=ΔEk知,WG+WFN=0,所以WFN=-WG=mgh=mglsin θ。 答案 C 4.如圖3所示,光滑斜面的頂端固定一彈簧,一小球向右滑行,并沖上固定在地面上的斜面。設(shè)小球在斜面最低點(diǎn)A的速度為v,壓縮彈簧至C點(diǎn)時(shí)彈簧最短,C點(diǎn)距地面高度為h,則從A到C的過(guò)程中彈簧彈力做功是(  ) 圖3 A.mgh-mv2 B.mv2-mgh C.-mgh D.- 解析 由A到C的過(guò)程運(yùn)用動(dòng)能定理可得: -mgh+W=0-mv2,所以W=mgh-mv2,故A

18、正確。 答案 A 5.如圖4所示,固定斜面傾角為θ,整個(gè)斜面分為AB、BC兩段,AB=2BC。小物塊P(可視為質(zhì)點(diǎn))與AB、BC兩段斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)分別為μ1、μ2。已知P由靜止開(kāi)始從A點(diǎn)釋放,恰好能滑動(dòng)到C點(diǎn)而停下,那么θ、μ1、μ2間應(yīng)滿足的關(guān)系是(  ) 圖4 A.tan θ= B.tan θ= C.tan θ=2μ1-μ2 D.tan θ=2μ2+μ1 解析 由動(dòng)能定理得mg·AC·sin θ-μ1mgcos θ·AB-μ2mgcos θ·BC=0,則有tan θ=,故選項(xiàng)B正確。 答案 B 6.用起重機(jī)提升貨物,貨物上升過(guò)程中的v-t圖象如圖5所示,

19、在t=3 s 到t=5 s內(nèi),重力對(duì)貨物做的功為W1、繩索拉力對(duì)貨物做的功為W2、貨物所受合力做的功為W3,則(  ) 圖5 A.W1>0      B.W2<0 C.W2>0      D.W3>0 解析 分析題圖可知,貨物一直向上運(yùn)動(dòng),根據(jù)功的定義式可得:重力做負(fù)功,拉力做正功,即W1<0,W2>0,A、B錯(cuò)誤,C正確;根據(jù)動(dòng)能定理:合力做的功W3=0-mv2,v=2 m/s,即W3<0,D錯(cuò)誤。 答案 C 能力提升 7.(多選)在平直公路上,汽車由靜止開(kāi)始做勻加速直線運(yùn)動(dòng),當(dāng)速度達(dá)到vmax后,立即關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)直至靜止,v-t圖象如圖6所示,設(shè)汽車的牽引力

20、為F,受到的摩擦力為Ff,全程中牽引力做功為W1,克服摩擦力做功為W2,則(  ) 圖6 A.F∶Ff=1∶3 B.W1∶W2=1∶1 C.F∶Ff=4∶1 D.W1∶W2=1∶3 解析 對(duì)汽車運(yùn)動(dòng)的全過(guò)程,由動(dòng)能定理得:W1-W2=ΔEk=0,所以W1=W2,選項(xiàng)B正確,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;設(shè)牽引力、摩擦力作用下的位移分別為x1、x2,由圖象知x1∶x2=1∶4。由動(dòng)能定理得Fx1-Ff x2=0,所以F∶Ff=4∶1,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,選項(xiàng)C正確。 答案 BC 8.一列火車由機(jī)車牽引沿水平軌道行駛,經(jīng)過(guò)時(shí)間t,其速度由0增大到v。已知列車總質(zhì)量為M,機(jī)車功率P保持不變,列車所

21、受阻力f為恒力。求這段時(shí)間內(nèi)列車通過(guò)的路程。 解析 以列車為研究對(duì)象,列車水平方向受牽引力和阻力。設(shè)列車通過(guò)路程為s,據(jù)動(dòng)能定理 WF-Wf=Mv2-0,WF=Pt,Wf=fs 故Pt-fs=Mv2 解得:s=。 答案  9.如圖7所示,質(zhì)量為m的物體從高為h、傾角為θ的光滑斜面頂端由靜止開(kāi)始沿斜面下滑,最后停在水平面上,已知物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,求: 圖7 (1)物體滑至斜面底端時(shí)的速度; (2)物體在水平面上滑行的距離。(不計(jì)斜面與平面交接處的動(dòng)能損失) 解析 (1)物體下滑過(guò)程中只有重力做功,且重力做功與路徑無(wú)關(guān),由動(dòng)能定理:mgh=mv2,可求得物體滑

22、至斜面底端時(shí)速度大小為v=。 (2)設(shè)物體在水平面上滑行的距離為l, 由動(dòng)能定理得:-μmgl=0-mv2 解得:l==。 答案 (1) (2) 10.如圖8甲所示,長(zhǎng)為4 m的水平軌道AB與半徑為R=0.6 m 的豎直半圓弧軌道BC在B處平滑連接,有一質(zhì)量為1 kg的滑塊(大小不計(jì))從A處由靜止開(kāi)始受水平力F作用而運(yùn)動(dòng),F(xiàn)隨位移變化的關(guān)系如圖乙所示(水平向右為正),滑塊與AB間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.25,與BC間的動(dòng)摩擦因數(shù)未知,g取10 m/s2。 圖8 (1)求滑塊到達(dá)B處時(shí)的速度大?。? (2)求滑塊在水平軌道AB上運(yùn)動(dòng)前2 m過(guò)程所用的時(shí)間。 解析 (1)對(duì)滑塊從

23、A到B的過(guò)程,由動(dòng)能定理得 F1x1-F3x3-μmgx=mv 得vB=2m/s。 (2)在前2 m內(nèi),由牛頓第二定律得 F1-μmg=ma,且x1=at 解得t1= s。 答案 (1)2m/s (2) s 11.如圖9所示,ABCD為一位于豎直平面內(nèi)的軌道,其中BC水平,A點(diǎn)比BC高出10 m,BC長(zhǎng)1 m,AB和CD軌道光滑且與BC平滑連接。一質(zhì)量為1 kg的物體,從A點(diǎn)以4 m/s的速度開(kāi)始運(yùn)動(dòng),經(jīng)過(guò)BC后滑到高出C點(diǎn)10.3 m的D點(diǎn)速度為零。g取10 m/s2,求: 圖9 (1)物體與BC軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù); (2)物體第5次經(jīng)過(guò)B點(diǎn)時(shí)的速度; (3)物體最后停止的位置(距B點(diǎn)多少米)。 解析 (1)由動(dòng)能定理得 mg(H-h(huán))-μmgxBC=0-mv,解得μ=0.5。 (2)物體第5次經(jīng)過(guò)B點(diǎn)時(shí),物體在BC上滑動(dòng)了4次,由動(dòng)能定理得mgH-μmg·4xBC=mv-mv 解得v2=4 m/s。 (3)分析整個(gè)過(guò)程,由動(dòng)能定理得 mgH-μmgs=0-mv 解得s=21.6 m。 所以物體在軌道上來(lái)回運(yùn)動(dòng)了10次后,還有1.6 m,故距B點(diǎn)的距離為2 m-1.6 m=0.4 m。 答案 (1)0.5 (2)4 m/s (3)距B點(diǎn)0.4 m 12

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