2019版人教物理必修二同步配套课件：第七章 机械能守恒定律 习题课7.2 .ppt

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1、习题课:动能定理的应用,探究一,探究二,探究三,情景导引滑沙运动起源于非洲,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,滑沙已成为我国很受欢迎的旅游项目。如图所示,游客从斜坡顶端由静止开始下滑,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。若运动员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?,应用动能定理求变力做的功,探究一,探究二,探究三,知识归纳动能定理的应用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

2、间接求变力做的功,即W变+W其他=Ek。,探究一,探究二,探究三,典例剖析【例1】质量为m的物体以初速度v0沿水平面向左开始运动,起始点A与一轻弹簧O端相距x,如图所示,已知物体与水平面间的动摩擦因数为,物体与弹簧相碰后,弹簧的最大压缩量为l,则从开始碰撞到弹簧被压缩至最短,物体克服弹簧弹力所做的功为(),探究一,探究二,探究三,答案:A,探究一,探究二,探究三,变式训练1如图所示,质量为m的物体被线牵引着在光滑的水平面上做匀速圆周运动,拉力为F时,转动半径为r。当拉力增至8F时,物体仍做匀速圆周运动,其转动半径为,求拉力对物体做的功。,探究一,探究二,探究三,情景导引如图所示,质量为m的小球

3、从某一高度h处自由下落,运动中受的空气阻力大小Ff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,你能求出整个过程中小球通过的路程吗?要点提示小球与地面碰撞很多次,不可能通过计算出小球每次反弹的高度,进而求出小球通过的总路程,根据动能定理,考虑整个过程,mgh-Ffs=0,即可求得小球通过的路程。,动能定理在多过程中的应用,探究一,探究二,探究三,知识归纳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

4、。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。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。,探究一,探究二,探究三,温馨提示应用动能定理解题,关键是对研究对象进行准确的受力分析及运动过程分析,并画出物体运动过程的草图,借助草图理解物理过程和各量关系。有些力在物体运动全过程中不是始终存在的,在计算外力做功时更应引起注意。,探究一,探究二,探究三,典例剖析【例2】如图是跳水运动员在跳台上腾空而起的姿态。跳台距水面高度为h1=10m,此时他

5、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h=1m。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h=1m,运动员的质量m=50kg,g取10m/s2,求:(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=2.5m处,试估算水对他的平均阻力。,探究一,探究二,探究三,(2)整个过程运动员重心下降高度为h1+h+h2=13.5m,设水对他的平均阻力为Ff,根据动能定理有mg(h1+h+h2)-Ffh2=0,整理并代入数

6、据得Ff=2700N。答案:(1)1.4s(2)2700N,解析:(1)由题意知,这段时间运动员重心下降高度h1=10m,设空中动作可利用的时间为t,则h1=gt2,探究一,探究二,探究三,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。,探究一,探究二,探究三,变式训练2如图所示,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

7、到A,则在C点处物体应具有的速度大小至少是(),解析:从AC由动能定理得mgh-Wf=0,答案:B,探究一,探究二,探究三,情景导引如图所示装置是一种过山车模型,轨道可看作光滑,从左侧斜轨道合适位置释放小球,小球会沿轨道做两次圆周运动滑至轨道末端。若小球质量为m,大圆轨道半径为R,小圆轨道半径是大圆轨道半径的。思考:(1)要使小球刚好能沿轨道运动,释放小球的位置距轨道最低端为多高?(2)到达小圆轨道最高点时,对轨道的压力为多大?,动能定理在曲线运动中的应用,探究一,探究二,探究三,探究一,探究二,探究三,知识归纳动能定理常与平抛运动、圆周运动等曲线运动相结合,解决这类问题要特别注意:(1)与平

8、抛运动相结合时,要注意应用运动的合成与分解的方法,如分解位移或分解速度求平抛运动的有关物理量。(2)与竖直平面内的圆周运动相结合时,应特别注意隐藏的临界条件:有支撑效果的竖直平面内的圆周运动,物体能过最高点的临界条件为vmin=0。没有支撑效果的竖直平面内的圆周运动,物体能过最高点的临界条件为。,探究一,探究二,探究三,典例剖析【例3】如图所示,质量m=0.1kg的金属小球从距水平面h=2.0m的光滑斜面上由静止开始释放,运动到A点时无能量损耗,水平面AB是长2.0m的粗糙平面,与半径为R=0.4m的光滑的半圆形轨道BCD相切于B点,其中圆轨道在竖直平面内,D为轨道的最高点,小球恰能通过最高点

9、D,求:(g取10m/s2)(1)小球运动到A点时的速度大小。(2)小球从A点运动到B点时摩擦阻力所做的功。(3)小球从B点飞出后落点E与A点的距离。,探究一,探究二,探究三,解析:(1)根据题意和题图可得,小球下落到A点时由动能定理得,探究一,探究二,探究三,探究一,探究二,探究三,变式训练3如图所示,质量为m的小球用长为L的轻质细线悬于O点,与O点处于同一水平线上的P点处有一根光滑的细钉,已知OP=,在A点给小球一个水平向左的初速度v0,发现小球恰能到达跟P点在同一竖直线上的最高点B。求:(1)小球到达B点时的速率。(2)若不计空气阻力,则初速度v0为多少?(3)若初速度变为,其他条件均不

10、变,则小球从A到B的过程中克服空气阻力做了多少功?,探究一,探究二,探究三,解析:物体运动到C点时受到重力和轨道对它的压力,由圆周运动代入数据解得WFf=0.8J。答案:0.8J,1,2,3,1.如图所示,斜槽轨道下端与一个半径为0.4m的圆形轨道相连接。一个质量为0.1kg的物体从高为H=2m的A点由静止开始滑下,运动到圆形轨道的最高点C处时,对轨道的压力等于物体的重力。求物体从A运动到C的过程中克服摩擦力所做的功。(g取10m/s2),1,2,3,2.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10m,BC长1m,AB和CD轨道光滑且与BC平滑连接。一质量为1k

11、g的物体,从A点以4m/s的速度开始运动,经过BC后滑到高出C点10.3m的D点速度为零。(g取10m/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点多少米)。,1,2,3,解析:(1)由动能定理得解得=0.5。(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=21.6m。所以物体在轨道上来回运动了10次后,还有1.6m,故距B点的距离为2m-1.6m=0.4m。答案:(1)0.5(2)13.3m/s(3)距B点0.4m,1,2,3,3.如图所示,固定在水平地面上的工件,由AB和BD两部分组成,其中AB部分为光滑的圆弧,圆心为O,AOB=37,圆弧的半径R=0.5m;BD部分水平,长度为0.2m,C为BD的中点。现有一质量m=1kg、可视为质点的物块从A端由静止释放,恰好能运动到D点。(g取10m/s2,sin37=0.6,cos37=0.8)求:(1)物块运动到B点时,对工件的压力大小。(2)为使物块恰好运动到C点静止,可以在物块运动到B点后,对它施加一竖直向下的恒力F,F应为多大?,1,2,3,解析:(1)物块由A运动到B点的过程中,由机械能守恒定律有,可得mgBD=(mg+F)BC由题BD=2BC,得2mg=mg+F解得F=mg=110N=10N。答案:(1)14N(2)10N,