2019_2020學(xué)年新教材高中物理科學(xué)思維系列——動(dòng)能定理的綜合應(yīng)用新人教版必修第二冊(cè).docx

科學(xué)思維系列動(dòng)能定理的綜合應(yīng)用一、應(yīng)用動(dòng)能定理求變力做功(1)變力做功變力對(duì)物體所做的功一般用動(dòng)能定理計(jì)算，應(yīng)用時(shí)要清楚整個(gè)過(guò)程中動(dòng)能的變化量及其他力做的功(2)應(yīng)用動(dòng)能定理求變力做功的方法分析物體的受力情況，明確做功過(guò)程中的各個(gè)力是恒力還是變力，并求出各恒力所做的功分析物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，確定物體在初、末狀態(tài)的動(dòng)能利用動(dòng)能定理列方程求解【例1】一輕質(zhì)彈簧固定在豎直墻上，用一質(zhì)量為0.2 kg的木塊壓縮該彈簧，釋放木塊后，木塊沿光滑水平面運(yùn)動(dòng)，離開(kāi)彈簧時(shí)其速度大小為2 m/s.則釋放前彈簧的彈性勢(shì)能為()A0.2 J B0.4 JC0.8 J D1.6 J【解析】彈簧彈開(kāi)木塊的過(guò)程，彈簧的彈力對(duì)木塊做功，把儲(chǔ)存的彈性勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為木塊的動(dòng)能，由動(dòng)能定理有WFmv20，而根據(jù)功能關(guān)系有WFEp(0Ep)，聯(lián)立可得Epmv20.222 J0.4 J，故選B.【答案】B【關(guān)鍵點(diǎn)撥】彈簧彈開(kāi)木塊的過(guò)程，彈簧的彈力是變力，根據(jù)動(dòng)能定理列式可以求解彈簧的彈性勢(shì)能變式訓(xùn)練1某同學(xué)用200 N的力將質(zhì)量為0.44 kg的足球踢出，足球以10 m/s的初速度沿水平草坪滾出60 m后靜止，則足球在水平草坪上滾動(dòng)過(guò)程中克服阻力做的功是()A4.4 J B22 JC132 J D12 000 J解析：根據(jù)動(dòng)能定理，Wmv20.44102 J22 J，Wfmv2，故選項(xiàng)B正確答案：B變式訓(xùn)練22019杭州檢測(cè)在溫州市科技館中，有個(gè)用來(lái)模擬天體運(yùn)動(dòng)的裝置，其內(nèi)部是一個(gè)類似錐形的漏斗容器，如圖甲所示現(xiàn)在該裝置的上方固定一個(gè)半徑為R的四分之一光滑管道AB，光滑管道下端剛好貼著錐形漏斗容器的邊緣，如圖乙所示將一個(gè)質(zhì)量為m的小球從管道的A點(diǎn)靜止釋放，小球從管道B點(diǎn)射出后剛好貼著錐形容器壁運(yùn)動(dòng)，由于摩擦阻力的作用，運(yùn)動(dòng)的高度越來(lái)越低，最后從容器底部的孔C掉下，(軌跡大致如圖乙虛線所示)，已知小球離開(kāi)C孔的速度為v，A到C的高度為H.求：(1)小球達(dá)到B端的速度大小(2)小球在管口B端受到的支持力大小(3)小球在錐形漏斗表面運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中克服摩擦阻力所做的功解析：(1)設(shè)當(dāng)小球在A端運(yùn)動(dòng)到B端的過(guò)程中，由動(dòng)能定理可得：mgRmv得：vB.(2)設(shè)B端小球受到的支持力為FN，F(xiàn)Nmgm，得：FN3mg.(3)設(shè)克服摩擦阻力做的功為W，根據(jù)動(dòng)能定理：mgHWmv2得WmgHmv2.答案：(1)(2)3mg(3)mgHmv2二、應(yīng)用動(dòng)能定理求物體運(yùn)動(dòng)的總路程對(duì)于物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中有往復(fù)運(yùn)動(dòng)的情況，物體所受的滑動(dòng)摩擦力、空氣阻力等大小不變，方向發(fā)生變化，但在每一段上這類力均做負(fù)功，而且這類力所做的功等于力和路程的乘積，與位移無(wú)關(guān)【例2】如圖所示，ABCD是一個(gè)固定盆式容器，盆內(nèi)側(cè)壁與盆底BC的連接處都是一段與BC相切的圓弧，BC水平，長(zhǎng)度d0.50 m，盆邊緣的高度為h0.30 m在A處放一個(gè)質(zhì)量為m的小物塊(未畫出)并讓其由靜止下滑已知盆內(nèi)側(cè)壁是光滑的，而盆底BC與小物塊間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.10.小物塊在盆內(nèi)來(lái)回滑動(dòng)，最后停下來(lái)，則停下的位置到B的距離為()A0.50 m B0.25 mC0.10 m D0【解析】設(shè)小物塊在BC上運(yùn)動(dòng)的總路程為s.小物塊在BC上所受的滑動(dòng)摩擦力大小始終為Ffmg，對(duì)小物塊從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到停止運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行研究，由動(dòng)能定理得mghmgs0，得s m3.0 m，又有d0.50 m，則s6d，所以小物塊在BC上往返3次，最后停在B點(diǎn)故選D.【答案】D【總結(jié)】物體在某些運(yùn)動(dòng)中，運(yùn)動(dòng)過(guò)程具有重復(fù)性，描述物體運(yùn)動(dòng)的物理量有些是變化的，利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律及運(yùn)動(dòng)學(xué)公式不容易求解，而應(yīng)用動(dòng)能定理時(shí)不用考慮過(guò)程中的具體細(xì)節(jié)，只需知道初、末狀態(tài)，可以簡(jiǎn)化求解過(guò)程變式訓(xùn)練3如圖所示，斜面足夠長(zhǎng)，其傾角為，質(zhì)量為m的滑塊，距擋板P的距離為s0，以初速度v0沿斜面上滑，滑塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，滑塊所受的摩擦力小于滑塊的重力沿斜面方向的分力若滑塊每次與擋板相碰均無(wú)機(jī)械能損失，求滑塊在斜面上通過(guò)的總路程為多少？解析：滑塊在滑動(dòng)過(guò)程中，要克服摩擦力做功，其機(jī)械能不斷減少又滑塊所受的摩擦力小于滑塊的重力沿斜面方向的分力，所以滑塊最終會(huì)停在斜面底端在整個(gè)過(guò)程中，滑塊受重力、摩擦力和斜面支持力作用，其中支持力不做功設(shè)滑塊通過(guò)的總路程為L(zhǎng)，對(duì)全過(guò)程，由動(dòng)能定理得mgs0sin mgLcos 0mv解得L.答案：三、動(dòng)能定理與圖像的綜合問(wèn)題(1)觀察題目給出的圖像，弄清縱坐標(biāo)、橫坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的物理量及圖線所表示的物理意義(2)根據(jù)物理規(guī)律推導(dǎo)出縱坐標(biāo)與橫坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的物理量間的函數(shù)關(guān)系式(3)將推導(dǎo)出的物理規(guī)律與數(shù)學(xué)上與之相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)關(guān)系式相對(duì)比，找出圖線的斜率、截距、拐點(diǎn)，圖線的交點(diǎn)，圖線與坐標(biāo)軸所圍的面積所對(duì)應(yīng)的物理意義，分析解答問(wèn)題或者利用函數(shù)圖線上的特定值代入函數(shù)關(guān)系式求物理量【例3】(多選)物體在合外力作用下做直線運(yùn)動(dòng)的v t圖像如圖所示，下列表述正確的是()A在01 s內(nèi)，物體做加速運(yùn)動(dòng)，合外力做正功B在57 s內(nèi)，物體做加速運(yùn)動(dòng)，合外力做負(fù)功C在第1 s和第4 s內(nèi)，合外力做功大小之比為21D在第1 s和第4 s內(nèi)，合外力做功大小之比為43【解析】由動(dòng)能定理WEk2Ek1mvmv知，合外力做的功等于物體動(dòng)能的變化A對(duì)：在01 s內(nèi)，物體做加速運(yùn)動(dòng)，動(dòng)能增加，合外力做正功B錯(cuò)：在57 s內(nèi)，物體做加速運(yùn)動(dòng)，動(dòng)能增加，合外力做正功C錯(cuò)，D對(duì)：在第1 s內(nèi)，W1mv2，在第4 s內(nèi)，W2mvmv2，其中v2，故W1與W2大小之比為4:3.【答案】AD變式訓(xùn)練4(多選)如圖(甲)所示，靜止在水平地面上的物塊A，受到水平向右的拉力F作用，F(xiàn)與時(shí)間t的關(guān)系如圖(乙)所示，設(shè)物塊與地面的靜摩擦力最大值Ffm與滑動(dòng)摩擦力大小相等，則下列說(shuō)法正確的是()A0t1時(shí)間內(nèi)F的功率逐漸增大Bt2時(shí)刻物塊A的加速度最大Ct3時(shí)刻物塊A的動(dòng)能最大Dt4時(shí)刻物塊A的位移最大解析：由圖象可知，0t1時(shí)間內(nèi)拉力F小于最大靜摩擦力，物塊靜止，拉力功率為零，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由圖象可知，在t2時(shí)刻物塊A受到的拉力最大，物塊A受到的合力最大，由牛頓第二定律可得，此時(shí)物塊A的加速