2022年高考物理一轮 （考纲自主研读+命题探究+高考全程解密） 第2讲动能 动能定理（含解析） 新人教版

2022年高考物理一轮 （考纲自主研读+命题探究+高考全程解密） 第2讲动能 动能定理（含解析） 新人教版动能(考纲要求)【思维驱动】 (多选)关于动能，下列说法中正确的是()A动能是普遍存在的机械能中的一种基本形式，凡是运动的物体都有动能B公式Ekmv2中，速度v是物体相对于地面的速度，且动能总是正值C一定质量的物体，动能变化时，速度一定变化，但速度变化时，动能不一定变化D动能不变的物体，一定处于平衡状态解析答案AC【知识存盘】动能(1)定义：物体由于运动而具有的能叫动能(2)公式：Ekmv2(3)单位：焦耳，1 J1 Nm1 kgm2/s2.(4)矢标性：动能是标量，只有正值(5)状态量：动能是状态量，因为v是瞬时速度动能定理(考纲要求)【思维驱动】(单选)两辆汽车在同一平直路面上行驶，它们的质量之比m1m212，速度之比v1v221.当两车急刹车后，甲车滑行的最大距离为l1，乙车滑行的最大距离为l2，设两车与路面间的动摩擦因数相等，不计空气阻力，则()Al1l212 Bl1l211Cl1l221 Dl1l241解析由动能定理，对两车分别列式F1l10m1v，F2l20m2v，F1m1g，F2m2g.由以上四式联立得l1l241，故选项D是正确的答案D【知识存盘】1内容：在一个过程中合外力对物体所做的功，等于物体在这个过程中动能的变化2表达式：Wmvmv3物理意义：合外力的功是物体动能变化的量度4适用条件(1)动能定理既适用于直线运动，也适用于曲线运动(2)既适用于恒力做功，也适用于变力做功(3)力可以是各种性质的力，既可以同时作用，也可以不同时作用考点一动能定理的简单应用【典例1】 (多选)如图421所示，图421电梯质量为M，在它的水平地板上放置一质量为m的物体电梯在钢索的拉力作用下由静止开始竖直向上加速运动，当上升高度为H时，电梯的速度达到v，则在这个过程中，以下说法中正确的是()A电梯地板对物体的支持力所做的功等于B电梯地板对物体的支持力所做的功大于C钢索的拉力所做的功等于MgHD钢索的拉力所做的功大于MgH解析以物体为研究对象，由动能定理WNmgHmv2，即WNmgHmv2，选项B正确、选项A错误以系统为研究对象，由动能定理得：WT(mM)gH(Mm)v2，即WT(Mm)v2(Mm)gHMgH，选项D正确、选项C错误答案BD【变式跟踪1】 (多选)(xx启东模拟)图422人通过滑轮将质量为m的物体，沿粗糙的斜面由静止开始匀加速地由底端拉上斜面，物体上升的高度为h，到达斜面顶端的速度为v，如图422所示，则在此过程中()A物体所受的合外力做功为mghmv2B物体所受的合外力做功为mv2C人对物体做的功为mgh D人对物体做的功大于mgh解析物体沿斜面做匀加速运动，根据动能定理：W合WFWfmghmv2，其中Wf为物体克服摩擦力做的功人对物体做的功即是人对物体的拉力做的功，所以W人WFWfmghmv2，A、C错误，B、D正确答案BD,借题发挥1动能定理公式中“”的意义(1)数量关系：即合外力所做的功与物体动能的变化具有等量代换关系可以通过计算物体动能的变化，求合力的功，进而求得某一力的功(2)单位相同：国际单位都是焦耳(3)因果关系：合外力的功是引起物体动能变化的原因2对动能定理的理解(1)动能定理叙述中所说的“外力”，既可以是重力、弹力、摩擦力，也可以是电场力、磁场力或其他力(2)利用动能定理可以讨论合力做功或某一个力做功的情况考点二动能定理在多过程中的应用【典例2】 如图423所示，图423竖直面内有一粗糙斜面AB，BCD部分是一个光滑的圆弧面，C为圆弧的最低点，AB正好是圆弧在B点的切线，圆心O与A、D点在同一高度，OAB37，圆弧面的半径R3.6 m，一滑块质量m5 kg，与AB斜面间的动摩擦因数0.45，将滑块由A点静止释放求在以后的运动中：(sin 370.6，cos 370.8，g取10 m/s2)(1)滑块在AB段上运动的总路程；(2)在滑块运动过程中，C点受到的压力的最大值和最小值规范解答(1)由于滑块在AB段受摩擦力作用，则滑块做往复运动的高度将越来越低，最终以B点为最高点在光滑的圆弧面往复运动设滑块在AB段上运动的总路程为x.滑块在AB段上受摩擦力，FfFNmgcos 从A点出发到最终以B点为最高点做往复运动，根据动能定理有：mgRcos Ffx0联立式解得x8 m.(2)滑块第一次过C点时，速度最大，设为v1，分析受力知此时滑块受轨道支持力最大，设为Fmax，从A到C，根据动能定理有mgRFflABmv斜面AB的长度lABRcot 根据受力分析以及向心力公式知Fmaxmg代入数据可得Fmax102 N.当滑块以B为最高点做往复运动的过程中过C点时速度最小，设为v2，此时滑块受轨道支持力也最小，设为Fmin从B到C，根据动能定理有：mgR(1cos )mv根据受力分析及向心力公式有：Fminmg代入数据可得：Fmin70 N.根据牛顿第三定律可知C点受到的压力最大值为102 N，最小值为70 N.答案(1)8 m(2)102 N70 N【变式跟踪2】 如图424所示，粗糙水平地面AB与半径R0.4 m的光滑半圆轨道BCD相连接，且在同一竖直平面内，O是BCD的圆心，BOD在同一竖直线上质量m2 kg的小物块在9 N的水平恒力F的作用下，从A点由静止开始做匀加速直线运动图424已知AB5 m，小物块与水平地面间的动摩擦因数为0.2.当小物块运动到B点时撤去力F.取重力加速度g10 m/s2.求：(1)小物块到达B点时速度的大小；(2)小物块运动到D点时，轨道对小物块作用力的大小；(3)小物块离开D点落到水平地面上的点与B点之间的距离解析(1)从A到B，根据动能定理有(Fmg)xABmv得vB 5 m/s(2)从B到D，根据动能定理有mg2Rmvmv得vD3 m/s在D点，根据牛顿运动定律有FNmg得FNmmg25 N(3)由D点到落点小物块做平抛运动，在竖直方向上有2Rgt2得t s0.4 s水平地面上落点与B点之间的距离为xvDt30.4 m1.2 m.答案(1)5 m/s(2)25 N(3)1.2 m,借题发挥1应用动能定理的技巧(1)动能定理虽然是在恒力作用、直线运动中推导出来的，但也适用于变力作用、曲线运动的情况(2)动能定理是标量式，不涉及方向问题在不涉及加速度和时间的问题时，可优先考虑动能定理(3)对于求解多个过程的问题可全过程考虑，从而避开考虑每个运动过程的具体细节，具有过程简明、运算量小等优点2应用动能定理的解题步骤考点三用动能定理求变力的功【典例3】 如图425甲所示，一质量为m1 kg的物块静止在粗糙水平面上的A点，从t0时刻开始物块受到如图乙所示规律变化的水平力F的作用并向右运动，第3 s末物块运动到B点时速度刚好为0，第5 s末物块刚好回到A点，已知物块与粗糙水平面间的动摩擦因数0.2，(g10 m/s2)求：图425(1)A与B间的距离(2)水平力F在前5 s内对物块做的功解析(1)A、B间的距离与物块在后2 s内的位移大小相等，在后2 s内物块在水平恒力作用下由B点匀加速运动到A点，由牛顿第二定律知Fmgma，代入数值得a2 m/s2，所以A与B间的距离为sat24 m.(2)前3 s内物块所受力F是变力，设整个过程中力F做的功为W，物体回到A点时速度为v，则v22as，由动能定理知W2mgsmv2，所以W2mgsmas24 J.答案(1)4 m(2)24 J【变式跟踪3】 (单选)如图426所示，图426质量为m的物块与转台之间的最大静摩擦力为物块重力的k倍，物块与转轴OO相距R，物块随转台由静止开始转动，转速缓慢增大，当转速增加到一定值时，物块即将在转台上滑动，在物块由静止到滑动前的这一过程中，转台的摩擦力对物块做的功最接近()A0B2kmgRC2kmgRD.kmgR解析在转速增加的过程中，转台对物块的摩擦力是不断变化的，当转速增加到一定值时，物块在转台上即将滑动，说明此时静摩擦力Ff达到最大，其指向圆心的分量F1提供向心力，即F1m由于转台缓慢加速，使物块加速的分力F2很小，因此可近似认为F1Ffkmg在这一过程中对物块由动能定理，有Wfmv2由知，转台对物块所做的功W1kmgR.答案D,借题发挥应用动能定理求变力做功时应注意的问题1所求的变力的功不一定为总功，故所求的变力的功不一定等于Ek.2合外力对物体所做的功对应物体动能的变化，而不是对应物体的动能3若有多个力做功时，必须明确各力做功的正负，待求的变力的功若为负功，可以设克服该力做功为W，则表达式中应用W；也可以设变力的功为W，则字母W本身含有负号命题热点3动能定理的应用命题专家评述考情分析：近三年我省高考试题对牛顿第二定律与动能定理的综合应用的考查是高频考点，3年3考高考题型：即有选择题也有计算题命题趋势：xx年高考将既有对动能定理单独考查，也可能有与曲线运动、电磁学等内容相结合的综合考查，对单独考查的题目多为选择题，动能定理与其他知识的综合，与生产、生活实际和现代科技相结合进行命题多为计算题，难度较大阅卷教师叮咛易失分点(1)动能定理中的功是合力做的功，易误将某个力的功当作合力的功或者将研究对象对外做的功也算入总功之中；(2)不明确各力做正、负功的情况(3)易错误地将动能定理当成矢量式，列分方向的动能定理；(4)利用动能定理解决多过程问题时，常常使合力做功对应的过程和初末动能对应的过程不统一造成错误应对策略运用动能定理规范答题模板解：设为对过程由动能定理得：(具体问题的原始方程)联立以上各式(或联立式)得：(由已知量符号表示)“结果”(代入数据得结果，并注意待求量的数值及单位，需要时加以讨论)高考佐证(xx江苏卷，14)图427某缓冲装置的理想模型如图427所示，劲度系数足够大的轻质弹簧与轻杆相连，轻杆可在固定的槽内移动，与槽间的滑动摩擦力恒为f.轻杆向右移动不超过l时，装置可安全工作一质量为m的小车若以速度v0撞击弹簧，将导致轻杆向右移动.轻杆与槽间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，且不计小车与地面的摩擦(1)若弹簧的劲度系数为k，求轻杆开始移动时，弹簧的压缩量x；(2)求为使装置安全工作，允许该小车撞击的最大速度vm；(3)讨论在装置安全工作时，该小车弹回速度v和撞击速度v的关系规范解答(1)轻杆开始移动时，弹簧的弹力Fkx且Ff解得x(2)设轻杆移动前小车对弹簧所做的功为W，则小车从撞击到停止的过程中由动能定理得：fW0mv同理，小车以vm撞击弹簧时，flW0mv解得vm (3)设轻杆恰好移动时，小车撞击速度为v1，则有mvW由解得v1 ，当v 时，vv当 v 时，v .答案(1)(2) (3)当v 时，vv当 v 时，v 【预测】 运动员驾驶摩图428托车所做的腾跃特技表演是一种刺激性很强的运动项目如图428所示，AB是水平路面，BC是半径为20 m的圆弧，CDE是一段曲面运动员驾驶功率始终为9 kW的摩托车，先在AB段加速，经过4.3 s到B点时达到最大速度20 m/s，再经3 s的时间通过坡面到达E点时关闭发动机水平飞出已知人的质量为60 kg、摩托车的质量为120 kg，坡顶高度h5 m，落地点与E点的水平距离x16 m，重力加速度g10 m/s2.设摩托车在AB段所受的阻力恒定，运动员及摩托车可看做质点求：(1)AB段的位移大小(2)摩托车过B点时对运动员支持力的大小(3)摩托车在冲上坡顶的过程中克服阻力做的功解析(1)由功率公式得PFvm，到B点达到最大速度时有Ff0，由动能定理得Pt1fxAB(mM)v，解得xAB6 m.(2)在B点由牛顿第二定律得FNmgm，得FN1 800 N.(3)竖直方向可得t 1 s，则在E点的速度v016 m/s从B到E过程由动能定理得Pt2Wf(mM)gh(mM)v(mM)v，解得Wf30 960 J.答案(1)6 m(2)1 800 N(3)30 960 J1(单选)全国中学生足球赛在足球广场揭幕比赛时，一学生用100 N的力将质量为0.5 kg的足球以8 m/s的初速度沿水平方向踢出20 m远，则该学生对足球做的功至少为()A200 J B16 J C1 000 J D2 000 J解析忽略阻力，由动能定理得，学生对足球所做的功等于足球动能的增加量，即Wmv2016 J，故B正确答案B2(多选)物体在合外力作用下做直线运动的vt图象如图429所示图429下列表述正确的是()A在01 s内，合外力做正功B在02 s内，合外力做正功C在12 s内，合外力不做功D在03 s内，合外力做正功解析由动能定理可知，合外力做的功等于动能的增量，01 s内，速度增加，合外力做正功，A正确.12 s内动能减小，合外力做负功，03 s内，动能增量为零，合外力不做功，而02 s内，动能增大，合外力做正功，故B、C、D均错答案AB3(单选)(xx安徽卷，16)图4210如图4210所示，在竖直平面内有一半径为R的圆弧轨道，半径OA水平、OB竖直，一个质量为m的小球自A的正上方P点由静止开始自由下落，小球沿轨道到达最高点B时恰好对轨道没有压力已知AP2R，重力加速度为g，则小球从P到B的运动过程中()A重力做功2 mgR B机械能减少mgRC合外力做功mgR D克服摩擦力做功mgR解析小球到达B点时，恰好对轨道没有压力，只受重力作用，根据mg得，小球在B点的速度v .小球从P到B的过程中，重力做功WmgR，故选项A错误；减少的机械能E减mgRmv2mgR，故选项B错误；合外力做功W合mv2mgR，故选项C错误；根据动能定理得，mgRWfmv20，所以WfmgRmv2mgR，故选项D正确答案D4(xx北京卷，22)如图4211所示，质量为m的小物块在粗糙水平桌面上做直线运动，经距离l后以速度v飞离桌面，最终落在水平地面上已知l1.4 m，v3.0 m/s，m0.10 kg，物块与桌面间的动摩擦因数0.25，桌面高h0.45 m，不计空气阻力，重力加速度g取10 m/s2.求：图4211(1)小物块落地点到飞出点的水平距离s；(2)小物块落地时的动能Ek；(3)小物块的初速度大小v0.解析(1)由平抛运动规律，有：竖直方向hgt2，水平方向svt，得水平距离s v0.90 m.(2)由机械能守恒定律，动能Ekmv2mgh0.90 J.(3)由动能定理，有mglmv2mv，得初速度大小v0 4.0 m/s.答案(1)0.90 m(2)0.90 J(3)4.0 m/s5如图4212所示，光滑半圆形轨道的半径为R，水平面粗糙，弹簧自由端D与轨道最低点C之间的距离为4R，一质量为m可视为质点的小物块自圆轨道中点B由静止释放，压缩弹簧后被弹回到D点恰好静止已知小物块与水平面间的动摩擦因数为0.2，重力加速度为g，弹簧始终处在弹性限度内图4212(1)求弹簧的最大压缩量和最大弹性势能(2)现把D点右侧水平面打磨光滑，且已知弹簧压缩时弹性势能与压缩量的二次方成正比现使小物块压缩弹簧，释放后能通过半圆形轨道最高点A，求压缩量至少是多少？解析(1)设弹簧的最大压缩量为x，最大弹性势能为Ep，对小物块，从B到D再压缩弹簧又被弹回到D的过程由动能定理有mgRmg(4R2x)0解得x0.5R小物块从压缩弹簧最短到返回至D，由动能定理有Epmgx0解得Ep0.1mgR.(2)设压缩量至少为x，对应的弹性势能为Ep，则小物块恰能通过半圆形轨道最高点A，则mgm小物块从压缩弹簧到运动至半圆形轨道最高点A，由动能定理有Epmg4R2mgRmv联立解得xR.答案(1)0.5R0.1mgR(2)