2018高中物理 第七章 机械能守恒定律 7.8 动能定理巧解变力做功问题学案 新人教版必修2.doc

动能定理巧解变力做功问题 一、考点突破 知识点 考纲要求 题型 分值 动能定理 变力做功用动能定理求解 选择题 解答题 10分 二、重难点提示 动能定理求解变力做功的思路。 用动能定理解决变力做功的方法： 方法 思路和过程 状态分析法 动能定理不涉及做功过程的细节，故求变力做功时只分析做功前后状态即可。 过程分割法 有些问题中，作用在物体上的某个力在整个过程中是变力，但若把整个过程分为许多小段，在每一小段上此力就可看作是恒力。分别算出此力在各小段上的功，然后求功的代数和，即可求得整个过程变力所做的功。 对象转换法 在有些求功的问题中，作用在物体上的力可能为变力，但转换对象后，就可变为求恒力功。 例题1 如图所示，光滑水平平台上有一个质量为m的物块，站在地面上的人用跨过定滑轮的绳子向右拉动物块，不计绳和滑轮的质量及滑轮的摩擦，且平台边缘离人手作用点竖直高度始终为h。当人以速度v从平台的边缘处向右匀速前进位移x时，则（　　） A. 在该过程中，物块的运动可能是匀速的 B. 在该过程中，人对物块做的功为 C. 在该过程中，人对物块做的功为mv2 D. 人向右前进x时，物块的运动速率为 思路分析：设绳子与水平方向的夹角为θ，则物块运动的速度v物＝vcos θ，而cos θ＝，故v物＝，可见物块的速度随x的增大而增大，A、D均错误；人对物块的拉力为变力，变力的功可应用动能定理求解，即W＝＝，B正确，C错误。 答案：B 例题2 如图所示，劲度系数为k的弹簧下端悬挂一个质量为m的重物，处于静止状态。手托重物使之缓慢上移，直到弹簧恢复原长，手对重物做的功为W1。然后放手使重物从静止开始下落，重物下落过程中的最大速度为v，不计空气阻力。重物从静止开始下落到速度最大的过程中，弹簧对重物做的功为W2，则（　　） A. W1>　 B. W1< C. W2＝mv2　 D. W2＝－mv2 思路分析：设x为弹簧伸长的长度，由胡克定律得：mg＝kx。手托重物使之缓慢上移，直到弹簧恢复原长，重物的重力势能增加了mgx＝，弹簧的弹力对重物做了功，所以手对重物做的功W1<，选项B正确；由动能定理知W2＋＝mv2，则C、D错。 答案：B 例题3 如图所示，质量为2 kg的木块套在光滑的竖直杆上，用60 N的恒力F通过轻绳拉木块，木块在A点的速度vA＝3 m/s。则木块运动到B点的速度vB是多少？（木块可视为质点，g取10 m/s2） 思路分析：先取木块作为研究对象，则由动能定理得： WG＋WT＝mvB2－mvA2 ① 其中WG＝－mgAB，WT是轻绳上张力对木块做的功，由于力的方向不断变化，这显然是一个变力做的功，对象转换： 研究恒力F的作用点，在木块由A运动到B的过程中，恒力F的功WF＝F（AC－BC），它在数值上等于WT。 故①式可变形为：－mgAB＋F（AC－BC）＝mvB2－mvA2， 代入数据解得vB＝7 m/s。 答案：7 m/s 例题4 如图所示，用跨过光滑定滑轮的缆绳将海面上一艘失去动力的小船沿直线拖向岸边。已知拖动缆绳的电动机功率恒为P，小船的质量为m，小船受到的阻力大小恒为f，经过A点时的速度大小为v0，小船从A点沿直线加速运动到B点经历时间为t1，A、B两点间距离为d，缆绳质量忽略不计。求： （1）小船从A点运动到B点的全过程克服阻力做的功Wf； （2）小船经过B点时的速度大小v1； （3）小船经过B点时的加速度大小a。 思路分析：（1）小船从A点运动到B点克服阻力做功 Wf＝fd； ① （2）小船从A点运动到B点，电动机牵引缆绳对小船做功 W＝Pt1 ② 由动能定理有 ③ 由①②③式解得v1＝； ④ （3）设小船经过B点时缆绳的拉力大小为F，绳与水平方向夹角为θ，电动机牵引缆绳的速度大小为v，则 P＝Fv ⑤ v＝v1cos θ ⑥ 由牛顿第二定律有 Fcos θ－f＝ma ⑦ 由④⑤⑥⑦式解得a＝－。 答案：（1）fd　（2） （3）－ 【综合拓展】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ΔEk； 2. 合外力对物体所做的功对应物体动能的变化ΔEk，而不是对应物体的动能Ek； 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。 满分训练：如图所示，长为L的长木板水平放置，在木板的A端放置一个质量为m的小物块，现缓慢地抬高A端，使木板以左端为轴转动，当木板转到与水平面的夹角为α时小物块开始滑动，此时停止转动木板，小物块滑到底端的速度为v，则在整个过程中（　　） A. 支持力对物块做功为零 B. 支持力对小物块做功为mgLsinα C. 摩擦力对小物块做功为mgLsinα D. 滑动摩擦力对小物块做功为mv2－mgLsinα 思路分析：从缓慢地抬高A端至木板转到与水平面的夹角为α的过程中，重力和支持力同时对小物块做功，由动能定理得W支－mgLsinα＝0，解得W支＝mgLsinα，故选项A错误，B正确；从小物块开始沿木板滑到底端的过程中，重力和滑动摩擦力同时对小物块做功，由动能定理得mgLsinα＋W摩＝mv2－0，解得W摩＝mv2－mgLsinα，故选项C错误，D正确。 答案：BD