2018-2019学年高中物理 第四章 机械能和能源 4 课时1 动能 动能定理学案 教科版必修2.doc

课时1动能动能定理学习目标1.知道动能的符号、单位和表达式，会根据动能的表达式计算物体的动能.2.能运用牛顿第二定律与运动学公式导出动能定理，理解动能定理的物理意义.3.能应用动能定理解决简单的问题一、动能1定义：物体由于运动而具有的能2表达式：Ekmv2.3单位：与功的单位相同，国际单位为焦耳，符号为J.4动能是标量，只有大小没有方向二、动能定理1内容：合外力所做的功等于物体动能的变化2表达式：WEkmv22mv12.3适用范围：既适用于恒力做功，也适用于变力做功；既适用于直线运动，也适用于曲线运动1判断下列说法的正误(1)速度大的物体动能也大()(2)某物体的速度加倍，它的动能也加倍()(3)两质量相同的物体，动能相同，速度一定相同()(4)做匀速圆周运动的物体，速度改变，动能不变()(5)合外力做功不等于零，物体的动能一定变化()(6)物体的速度发生变化，合外力做功一定不等于零()(7)物体的动能增加，合外力做正功()2一个质量为0.1 kg的球在光滑水平面上以5 m/s 的速度匀速运动，与竖直墙壁碰撞以后以原速率被弹回，若以初速度方向为正方向，则小球碰墙前后速度的变化为_，动能的变化为_答案10 m/s0一、动能合外力做功和物体动能的变化如图1所示，光滑水平面上质量为m的物体在水平恒力F的作用下向前运动了一段距离x，速度由v1增加到v2.图1(1)求出力F对物体做功的表达式(2)类比重力做功与重力势能变化的关系，力F做功是否也引起了某种形式的能量的变化？答案(1)WFxFFmv22mv12(2)WGmgh1mgh2的含义是重力对物体所做的功等于物体重力势能的变化类比可知力F所做的功也可能等于某个能量的变化我们把mv2表示的能量叫做动能1对动能的理解(1)动能是标量，没有负值，与物体的速度方向无关(2)动能是状态量，具有瞬时性，与物体的运动状态(或某一时刻的速度)相对应(3)动能具有相对性，选取不同的参考系，物体的速度不同，动能也不同，一般以地面为参考系2动能变化量Ek物体动能的变化量是末动能与初动能之差，即Ekmv22mv12，若Ek0，则表示物体的动能增加，若EkEk，A项正确，B项错误；W阻与Ek的大小关系不确定，C、D项错误【考点】对动能定理的理解【题点】用动能定理定性分析问题3(动能定理的应用)一辆汽车以v16 m/s的速度沿水平路面行驶时，急刹车后能滑行x13.6 m，如果以v28 m/s的速度行驶，在同样的路面上急刹车后滑行的距离x2应为()A6.4 m B5.6 mC7.2 m D10.8 m答案A解析急刹车后，车只受摩擦力的作用，且两种情况下摩擦力的大小是相同的，汽车的末速度皆为零，故：fx10mv12fx20mv22式除以式得x2x123.6 m6.4 m.【考点】应用动能定理进行有关的计算【题点】应用动能定理求位移4(动能定理的应用)如图5所示，质量为0.1 kg的小物块在粗糙水平桌面上滑行4 m后以3.0 m/s的速度飞离桌面，最终落在水平地面上，已知物块与桌面间的动摩擦因数为0.5，桌面高0.45 m，若不计空气阻力，取g10 m/s2，则()图5A小物块的初速度是5 m/sB小物块的水平射程为1.2 mC小物块在桌面上克服摩擦力做8 J的功D小物块落地时的动能为0.9 J答案D解析由mgxmv2mv02得：v07 m/s，Wfmgx2 J，A、C错误由hgt2，xvt得x0.9 m，B项错误由mghEkmv2得，落地时Ek0.9 J，D正确【考点】应用动能定理进行有关的计算【题点】应用动能定理求功5(动能定理的应用)半径R1 m的圆弧轨道下端与一光滑水平轨道连接，水平轨道离地面高度h1 m，如图6所示，有一质量m1.0 kg的小滑块自圆轨道最高点A由静止开始滑下，经过水平轨道末端B时速度为4 m/s，滑块最终落在地面上，g取10 m/s2，试求：图6(1)不计空气阻力，滑块落在地面上时速度的大小；(2)滑块在轨道上滑行时克服摩擦力做的功答案(1)6 m/s(2)2 J解析(1)从B点到地面这一过程，只有重力做功，根据动能定理有mghmv2mvB2，代入数据解得v6 m/s.(2)设滑块在轨道上滑行时克服摩擦力做的功为Wf，对A到B这一过程运用动能定理有mgRWfmvB20，解得Wf2 J.【考点】应用动能定理进行有关的计算【题点】应用动能定理求功一、选择题考点一对动能和动能定理的理解1(多选)关于动能，下列说法正确的是()A动能是普遍存在的机械能的一种基本形式，凡是运动的物体都有动能B物体所受合外力不为零，其动能一定变化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，一定处于平衡状态答案AC【考点】对动能的理解【题点】对动能概念的理解2关于动能定理，下列说法中正确的是()A在某过程中，动能的变化等于各个力单独做功的绝对值之和B只要有力对物体做功，物体的动能就一定改变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况，也适用于变力做功的情况答案D解析动能的变化等于各个力单独做功的代数和，A错；根据动能定理，决定动能是否改变的是总功，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况，也适用于变力做功的情况，C错，D对【考点】对动能定理的理解【题点】对动能定理的理解3从地面竖直向上抛出一只小球，小球运动一段时间后落回地面忽略空气阻力，该过程中小球的动能Ek与时间t的关系图像是()答案A解析小球做竖直上抛运动，设初速度为v0，则vv0gt小球的动能Ekmv2，把速度v代入得Ekmg2t2mgv0tmv02Ek与t为二次函数关系【考点】对动能定理的理解【题点】对动能定理的理解考点二动能定理的应用4两个物体A、B的质量之比为mAmB21，二者初动能相同，它们和水平桌面间的动摩擦因数相同，则二者在桌面上滑行到停止经过的距离之比为()AxAxB21 BxAxB12CxAxB41 DxAxB14答案B解析物体滑行过程中只有摩擦力做功，根据动能定理，对A：mAgxA0Ek；对B：mBgxB0Ek.故，B对【考点】应用动能定理进行有关的计算【题点】应用动能定理求位移5质量为m的汽车在平直公路上行驶，发动机的功率P和汽车受到的阻力f均恒定不变，在时间t内，汽车的速度由v0增大到最大速度vm，汽车前进的距离为s，则此段时间内发动机所做的功W可表示为()AWPtBWfsCWmvm2mv02fsDWmvm2fs答案A解析由题意知，发动机功率不变，故t时间内发动机做功WPt，所以A正确；车做加速运动，故牵引力大于阻力f，故B错误；根据动能定理Wfsmvm2mv02，得Wmvm2mv02fs，所以C、D错误【考点】应用动能定理进行有关的计算【题点】应用动能定理求功6物体沿直线运动的vt图像如图1所示，已知在第1 s内合力对物体做功为W，则()图1A从第1 s末到第3 s末合力做功为4WB从第3 s末到第5 s末合力做功为2WC从第5 s末到第7 s末合力做功为WD从第3 s末到第4 s末合力做功为0.5W答案C解析由题图可知物体速度变化情况，根据动能定理得第1 s内：Wmv02，第1 s末到第3 s末：W1mv02mv020，A错误；第3 s末到第5 s末：W20mv02W，B错误；第5 s末到第7 s末：W3m(v0)20W，C正确；第3 s末到第4 s末：W4m()2mv020.75W，D错误【考点】应用动能定理进行有关的计算【题点】应用动能定理求功7.如图2所示，一个小球质量为m，静止在光滑的轨道上现以水平力击打小球，使小球能够通过半径为R的竖直光滑轨道的最高点C，则水平力对小球所做的功至少为()图2AmgR B2mgRC2.5mgR D3mgR答案C解析恰好通过竖直光滑轨道的最高点C时，在C点有mg，对小球，由动能定理W2mgRmv2，联立解得W2.5mgR，C项正确【考点】应用动能定理进行有关的计算【题点】应用动能定理求功8.(多选)如图3所示，一个质量是25 kg的小孩从高为2 m的滑梯顶端由静止滑下，滑到底端时的速度为2 m/s(取g10 m/s2)关于力对小孩做的功，以下结果正确的是()图3A重力做功为500 JB合外力做功为50 JC克服阻力做功为50 JD支持力做功为450 J答案AB解析重力做功与路径无关，WGmgh25102 J500 J，A正确合外力做功WEkmv22522 J50 J，B正确WWGW阻50 J，所以W阻450 J，即克服阻力做功为450 J，C错误支持力始终与速度垂直，不做功，D错误【考点】应用动能定理进行有关的计算【题点】应用动能定理求功9如图4所示，运动员把质量为m的足球从水平地面踢出，足球在空中达到的最高点的高度为h，在最高点时的速度为v，不计空气阻力，重力加速度为g，下列说法中正确的是()图4A运动员踢球时对足球做功mv2B足球上升过程重力做功mghC运动员踢球时对足球做功mv2mghD足球上升过程克服重力做功mv2mgh答案C解析足球上升过程中足球重力做负功，WGmgh，B、D错误；从运动员踢球至上升至最高点的过程中，Wmghmv2，故运动员踢球时对足球做的功Wmv2mgh，C项正确【考点】应用动能定理进行有关的计算【题点】应用动能定理求功10木块在水平恒力F的作用下，沿水平路面由静止出发前进了l，随即撤去此恒力，木块沿原方向又前进了2l才停下来，设木块运动全过程中地面情况相同，则摩擦力的大小f和木块所获得的最大动能Ekm分别为()AfEkm BfEkmFlCfEkm DfFEkm答案C解析全过程：Flf3l0得：f；加速过程：FlflEkm0，得EkmFl，C正确【考点】应用动能定理进行有关的计算【题点】应用动能定理求力11(多选)如图5甲所示，质量m2 kg的物体以100 J的初动能在粗糙的水平地面上滑行，其动能Ek随位移x变化的关系图像如图乙所示，则下列判断中正确的是()图5A物体运动的总位移大小为10 mB物体运动的加速度大小为10 m/s2C物体运动的初速度大小为10 m/sD物体所受的摩擦力大小为10 N答案ACD解析由题图可知，物体运动的总位移为10 m，根据动能定理得，fx0Ek0，解得f N10 N，故A、D正确根据牛顿第二定律得，物体的加速度大小为a m/s25 m/s2，故B错误由Ek0mv02得v0 m/s10 m/s，故C正确【考点】应用动能定理进行有关的计算【题点】应用动能定理求力二、非选择题12(动能定理的应用)如图6所示，竖直平面内的一半径R0.5 m的光滑圆弧槽BCD，B点与圆心O等高，质量m0.1 kg的小球(可看作质点)从B点正上方H0.75 m高处的A点自由下落，由B点进入圆弧轨道，从D点飞出，不计空气阻力，求：(取g10 m/s2)图6(1)小球经过B点时的动能；(2)小球经过最低点C时的速度大小vC；(3)小球经过最低点C时对轨道的压力大小答案(1)0.75 J(2)5 m/s(3)6 N解析(1)小球从A点到B点，根据动能定理有：mgHEk代入数据得：Ek0.75 J.(2)小球从A点到C点，由动能定理有：mg(HR)mvC2代入数据得vC5 m/s.(3)小球在C点，受到的支持力与重力的合力提供向心力，由牛顿第二定律有：Nmg，代入数据解得N6 N由牛顿第三定律有：小球对轨道的压力大小为N6 N.【考点】应用动能定理处理多过程问题【题点】应用动能定理处理含曲线运动的多过程问题13(动能定理的应用)如图7所示，质量m10 kg的物体放在水平地面上，物体与地面间的动摩擦因数0.4，g取10 m/s2，今用F50 N的水平恒力作用于物体上，使物体由静止开始做匀加速直线运动，经时间t8 s后，撤去F，求：图7(1)力F所做的功；(2)8 s末物体的动能；(3)物体从开始运动直到最终静止的过程中克服摩擦力所做的功答案(1)1 600 J(2)320 J(3)1 600 J解析(1)在运动过程中，物体所受到的滑动摩擦力为fmg0.41010 N40 N，由牛顿第二定律可得物体加速运动的加速度a m/s21 m/s2，由运动学公式可得在8 s内物体的位移为xat2182 m32 m，所以力F做的功为WFFx5032 J1 600 J.(2)设在8 s末物体的动能为Ek，由动能定理可得Fxfxmv20Ek，所以Ek(1 6004032) J320 J.(3)对整个过程利用动能定理有WFWf00，所以Wf1 600 J，即物体从开始运动到最终静止的过程中克服摩擦力所做的功为1 600 J.【考点】应用动能定理处理多过程问题【题点】应用动能定理处理仅含直线运动的多过程问题