2022年探究外力做功与物体动能变化的关系.docx

《2022年探究外力做功与物体动能变化的关系.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年探究外力做功与物体动能变化的关系.docx（16页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、精选学习资料 - - - - - - - - - 第 3 讲 探究外力做功与物体动能变化的关系目标定位 1.能用牛顿其次定律与运动学公式推导动能定理的表达式 .2.懂得动能定理的内容及其物理意义 .3.会利用动能定理处理相关问题1理论推导：2动能定理的内容：合力对物体所做的功等于物体动能的变化3表达式： WEk2Ek1.4动能定理的适用范畴：即适用于恒力做功也适用于变力做功；既适用于直线运动也适用于曲线运动想一想 在同一高度以相同的速率将手中的小球以上抛、下抛、平抛三种不同方式抛出,落地时速度、动能是否相同？答案重力做功相同,动能转变量相同,落地时动能相等,速度大小相等,但速度方向不同.一、对

2、动能定理的懂得动能定理的表达式：W总 Ek1 2mv221 2mv 211力对物体做功是引起物体动能变化的缘由,合力做功的过程实质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度量2合力对物体做正功,即W 0, Ek0,说明物体的动能增大；合力对物体做负功,即W0, Ek0,说明物体的动能减小名师归纳总结 例 1以下关于运动物体所受的合力、合力做功和动能变化的关系,正确的选项是第 1 页,共 11 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - A假如物体所受的合力为零,那么合力对物体做的功肯定为零B假如合力对物体做的功为零,就合力肯定为零C物

3、体在合力作用下做匀变速直线运动,就动能在一段过程中变化量肯定不为零D假如物体的动能不发生变化,就物体所受合力肯定是零答案 A解析 功是力与物体在力的方向上发生的位移的乘积,假如物体所受的合力为零,那么合力对物体做的功肯定为零,A 正确；假如合力对物体做的功为零,可能是合力不为零,而是物体在合力的方向上的位移为零,B 错误；竖直上抛运动是一种匀变速直线运动,在上升和下降阶段经过同一位置时动能相等,动能在这段过程中变化量为零,C 错误；动能不变化,只能说明速度大小不变,但速度方向有可能变化,因此合力不肯定为零,D 错误二、动能定理的应用1应用动能定理的优越性 1物体由初状态到末状态的过程中,物体的

4、运动性质、运动轨迹、做功的力是变力仍是恒力 等诸多因素都可以不予考虑,使分析简化2应用牛顿运动定律和运动学规律时,涉及的有关物理量比较多,对运动过程中的细节也要 认真讨论,而应用动能定理只考虑合外力做的功和初、末两个状态的动能,不需要考虑过程 中的细节,并且可以把不同的运动过程合并为一个全过程来处理2应用动能定懂得题的步骤 1选取讨论对象,明确并分析运动过程2对讨论对象进行受力分析3写出该过程中合外力做的功,或分别写出各个力做的功留意功的正负假如讨论过程中物体受力情形有变化,要分别写出该力在各个阶段做的功4写出物体的初、末动能5依据动能定理列式求解名师归纳总结 特殊提示动能定理的运算式为标量式

5、,v 为相对地面的速度2第 2 页,共 11 页例 2一架喷气式飞机, 质量 m 103 kg,起飞过程中从静止开头运动当位移到达s 10m 时,速度到达起飞速度v60 m/s,在此过程中飞机受到的平均阻力是飞机重力的倍求飞机受到的平均牵引力g 取 10 m/ s2答案 104 N解析飞机的初动能Ek10,末动能 Ek21 2mv2；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 依据动能定理,有：Fkmgs1 2mv2 0其中 k,mv2F2skmg把数据代入后解得：F 10 4 N所以飞机所受的平均牵引力是 10 4 N.例 3 在距地面高 12 m 处,以 1

6、2 m/s 的水平速度抛出质量为 0.5 kg 的小球,其落地时速度大小为 18 m/ s,求小球在运动过程中克服阻力做功多少？g 取 10 m/s2答案 15 J解析 对小球自抛出至落地过程由动能定理得：mghWf12mv 2 212mv 21就小球克服阻力做功为：Wfmgh2mv 221 2mv21 10 12 J2 1821 2 122 J15 J.例 4 如图 1 所示,物体从高 h 的斜面顶端 A 由静止滑下, 到斜面底端后又沿水平面运动到C 点而停止要使这个物体从 C 点沿原路返回到 A,就在 C 点处物体应具有的速度大小至少是 图 1名师归纳总结 A.2ghB2 ghC.ghD.

7、3gh第 3 页,共 11 页答案BmghWf 0,从 CA 有 mghWf 01 2mv2 0,故 C 点速度解析从 AC 由动能定理得v02gh.- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 对动能定理的懂得1.有一质量为 m 的木块,从半径为 r 的圆弧曲面上的 a 点滑向 b 点,如图 2 所示假如由于摩擦使木块的运动速率保持不变,就以下表达正确的选项是 图 2A木块所受的合外力为零B因木块所受的力都不对其做功,所以合力做的功为零C重力和摩擦力的合力做的功为零D重力和摩擦力的合力为零答案CA 错；速率不变,解析物体做曲线运动,速度方向变化,加速度不为零,故

8、合力不为零,动能不变,由动能定理知,合力做的功为零,而支持力始终不做功,重力做正功,所以重力做的功与摩擦力做的功的代数和为零,但重力和摩擦力的合力不为零,C 对, B、D 错动能定理的应用2如图 3 所示,斜面长为 s,倾角为 ,一物体质量为 m,从斜面底端的 A 点开头以初速度v 0沿斜面对上滑行,斜面与物体间的动摩擦因数为 ,物体滑到斜面顶端 B 点时飞出斜面,最终落在与 A 点处于同一水平面上的 C 处,就物体落地时的速度大小为多少？图 3名师归纳总结 答案v2 0 2 gscos 当子弹进入木块的深度为x 时,木块相对第 4 页,共 11 页解析对物体运动的全过程,由动能定理可得：mg

9、s cos 1 2mv 2C1 2mv20所以 vCv2 02 gscos .3子弹以某速度击中静止在光滑水平面上的木块,- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 水平面移动的距离为x 2,求木块获得的动能Ek1 和子弹缺失的动能 Ek2 之比答案1 3,物体在水平恒力F解析对子弹： fxx 2 Ek 末 Ek 初 Ek2；对木块： fx 2 Ek1.所以 Ek1 Ek2fx 2f3 2x1 3.4. 质量为 m 的物体静止在水平桌面上,它与桌面之间的动摩擦因数为作用下开头运动,发生位移答案F mgs mgs 时撤去力 F,问物体仍能运动多远？解析讨论对象：质

10、量为m 的物体讨论过程：从静止开头,先加速,后减速至零受力分析、运动过程草图如下图,其中物体受重力f,设加速位移为s,减速位移为smg、水平外力 F、弹力 N、滑动摩擦力水平外力 F 在 s 段做正功, 滑动摩擦力f 在ss段做负功, mg、N 不做功；初动能 Ek00,末动能 Ek0依据动能定理：Fsmg ss00得 sF mgs mg时间： 60 分钟 名师归纳总结 题组一对动能定理的懂得第 5 页,共 11 页1关于动能定理,以下说法中正确的选项是- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - A在某过程中,外力做的总功等于各个力单独做功的肯定值之和B只要有力

11、对物体做功,物体的动能就肯定转变C动能定理只适用于直线运动,不适用于曲线运动D动能定理既适用于恒力做功的情形,又适用于变力做功的情形答案DA 错依据动能定理,打算动能是否改解析外力做的总功等于各个力单独做功的代数和,变的是总功,而不是某一个力做的功,B 错动能定理既适用于直线运动,也适用于曲线运动；既适用于恒力做功的情形,又适用于变力做功的情形,C 错, D 对2一物体做变速运动时,以下说法正确的有 A合外力肯定对物体做功,使物体动能转变B物体所受合外力肯定不为零C合外力肯定对物体做功,但物体动能可能不变D物体加速度肯定不为零答案 BD解析 物体的速度发生了变化,就合外力肯定不为零,加速度也肯

12、定不为零,B、D 正确；物体的速度变化,可能是大小不变, 方向变化, 故动能不肯定变化,合外力不肯定做功,A、C 错误3甲、乙两个质量相同的物体,用大小相等的力F 分别拉它们在水平面上从静止开头运动相同的距离 s.如图 1 所示,甲在光滑面上,乙在粗糙面上,就以下关于力 F 对甲、乙两物体做的功和甲、乙两物体获得的动能的说法中正确的选项是 图 1A力 F 对甲物体做功多B力 F 对甲、乙两个物体做的功一样多C甲物体获得的动能比乙大D甲、乙两个物体获得的动能相同名师归纳总结 答案BC第 6 页,共 11 页解析由功的公式WFscos 可知,两种情形下力F 对甲、乙两个物体做的功一样多,A错误,

13、B 正确；依据动能定理,对甲有 FsEk1,对乙有FsfsEk2,可知 Ek1Ek2,即甲物体获得的动能比乙大,C 正确, D 错误- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 题组二 动能定理的应用4一质量为 m 的滑块,以速度 v 在光滑水平面上向左滑行,从某一时刻起,在滑块上作用一向右的水平力, 经过一段时间后, 滑块的速度变为2v方向与原先相反 ,在这段时间内,水平力所做的功为 A. 32mv 2 B32mv 2C.5 2mv2 D5 2mv2答案 A解析 由动能定理得：W1 2m2v212mv232mv2.5某人把质量为 kg 的一块小石头,从距地面为

14、5 m 的高处以 60角斜向上抛出,抛出时的初速度大小为 10 m/s,就当石头着地时,其速度大小约为 g 取 10 m/ s2,不计空气阻力 A14 m/s B12 m/ s C28 m/s D 20 m/ s答案 A解析 由动能定理,重力对物体所做的功等于物体动能的变化,就 mgh1 2mv 2212mv 21,v2v 2 12gh10 2 m/s,A 对6甲、乙两辆汽车的质量之比m1m221,它们刹车时的初动能相同,假设它们与水平地面之间的动摩擦因数相同,就它们滑行的距离之比s1s2 等于 A11 B12C14 D41答案B解析对两辆汽车由动能定理得： m1gs10Ek, m2gs20E

15、k, s1s2m2m112, B 正确7.物体在合外力作用下做直线运动的vt 图象如图 2 所示,以下表述正确的选项是图 2 A在 01 s 内,合外力做正功 B在 02 s 内,合外力总是做负功名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 11 页精选学习资料 - - - - - - - - - C在 12 s 内,合外力不做功D在 03 s 内,合外力总是做正功答案 A解析 由 v t 图知 0 1 s 内,v 增加,动能增加,由动能定理可知合外力做正功,A 对.12 s 内 v 减小,动能减小,合外力做负功,可见 B、C、D 错8某人用手将 1 kg 的物体由静止向上提起 1

16、m,这时物体的速度为 2 m/sg 取 10 m/ s2,就以下说法错误的选项是 A手对物体做功 12 J B合力做功 2 JC合力做功 12 J D物体克服重力做功 10 J答案 C解析 WG mgh 10 J, D 正确由动能定理 W 合 Ek1 2mv202 J,B 对, C 错又因 W 合W 手WG,故 W 手 W 合WG12 J,A 对9.如图 3 所示,一质量为 m 的质点在半径为 R 的半球形容器中 容器固定 由静止开头自边缘上的 A 点滑下,到达最低点 B 时,它对容器的正压力为 N.重力加速度为 g,就质点自 A 滑到B 的过程中,摩擦力对其所做的功为 图 3名师归纳总结 A

17、.1 2RN3mg B.1 2R3mgN第 8 页,共 11 页1 C. 2RNmg D.1 2RN2mg答案A解析质点到达最低点B 时,它对容器的正压力为N,依据牛顿其次定律有2 Nmgmv R,依据动能定理, 质点自 A 滑到 B 的过程中有Wf mgR1 2mv 2,故摩擦力对其所做的功Wf1 2RN3 2mgR,故 A 项正确10物体沿直线运动的vt 图象如图 4 所示,已知在第 1 秒内合力对物体做功为W,就- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 图 4A从第 1 秒末到第 3 秒末合力做功为 4WB从第 3 秒末到第 5 秒末合力做功为2WC从第

18、 5 秒末到第 7 秒末合力做功为 WD从第 3 秒末到第 4 秒末合力做功为W答案 CD解析 由题图可知物体速度变化情形,依据动能定理得1第 1 s 内： W2mv 2,第 1 s 末到第 3 s 末：W11 2mv 21 2mv2 0,A 错；第 3 s 末到第 5 s 末：W2 01 2mv2 W,B 错；第 5 s 末到第 7 s 末：W31 2mv20 W,C 正确；第 3 s 末到第 4 s 末：名师归纳总结 W41 2mv21 2mv 2 W,D 正确第 9 页,共 11 页2题组三综合应用11.如图 5 所示,将质量m2 kg 的一块石头从离地面H2 m 高处由静止开头释放,落

19、入泥潭并陷入泥中h5 cm 深处,不计空气阻力,求泥对石头的平均阻力大小g 取 10 m/s2- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 图 5答案 820 N解析 从石头静止释放到停止运动作为讨论过程,由动能定理可得：mgHhfh0 0解得： f820 N12将质量为m 的物体,以初速度v 0 竖直向上抛出已知抛出过程中阻力大小恒为重力的倍求：1物体上升的最大高度；2物体落回抛出点时的速度大小答案 1 5v 20 12g 2 3 v 0 6解析 1 上升过程,由动能定理得：1mghfh02mv2 0将 f mg代入 可得： h5v20 12g2全过程,由动能定

20、理得：2fh1 2mv 21 2mv 2 06将 代入得： v3 v 013如图 6 所示,质量为 m 的物体从高为 h、倾角为 的光滑斜面顶端由静止开头沿斜面下滑,最终停在水平面上,已知物体与水平面间的动摩擦因数为 ,求：图 6名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 11 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1物体滑至斜面底端时的速度；名师归纳总结 2物体在水平面上滑行的距离不计斜面与平面交接处的动能缺失2,第 11 页,共 11 页答案12gh2 h 由动能定理： mgh1 2mv解析1 物体下滑过程中只有重力做功,且重力做功与路径无关,可求得物体滑至斜面底端时速度大小为v2gh；2设物体在水平面上滑行的距离为s,由动能定理：mgs01 2mv2,2 解得： sv 2 gh .- - - - - - -