动能和机械能

1、2010高考二物理轮专题辅导动能和机械能机械能功和功率动能和动能定理重力做功与重力势能功能关系、机械能守恒定律及其应用 重点知识总结一、动能1.物体由于运动而具有的能量叫做动能.Ek mv22.动能是一个描述物体运动状态的物理量.是标量.二、动能定理1.外力对物体所做的总功等于物体动能的变化.这个结论叫动能定理.表达式：.2.动能定理一般应用于单个物体.外力对物体做的总功即合外力对物体所做的功，亦即各个外力对物体所做功的代数和.这里，我们所说的外力，既可以是重力、弹力、摩擦力，也可以是电场力、磁场力或其他的力.物体动能的变化指的是物体的末动能和初动能之差.3.应用动能定理解题的基本步

2、骤： （1）选取研究对象，明确它的运动过程.（2）分析研究对象的受力情况和各个力做功情况：受哪些力?每个力是否做功?做正功还是做负功?做多少功?然后求各个外力做功的代数和.（3）明确物体在过程的始末状态的动能E和E.（4）列出动能定理的方程W合EE，及其他必要的解题方程，进行求解.4.恒力作用下的匀变速直线运动，凡不涉及加速度和时间的，用动能定理求解一般比用牛顿定律和运动学公式简便.用动能定理还能解决一些用牛顿定律和运动学公式难以求解的问题，如变力作用过程、曲线运动问题等.三、势能1.由物体间的相互作用和物体间的相对位置决定的能量叫做势能.如重力势能、弹性势能、分子势能、电势能等.2.重力势能

3、（1）物体由于受到重力作用而具有重力势能.一个质量为m的物体，被举高到高度为h处，具有的重力势能为：Epmgh.（2）重力势能是相对的，重力势能表达式中的h是物体的重心到参考平面（零重力势能面）的高度.若物体在参考平面以上，则重力势能为正；若物体在参考平面以下，则重力势能为负值.通常选择地面作为零重力势能面.我们所关心的往往不是物体具有多少重力势能，而是重力势能的变化量.重力势能的变化量与零重力势能面的选取无关.（3）重力势能的变化与重力做功的关系：重力对物体做多少正功，物体的重力势能就减少多少.重力对物体做多少负功，物体的重力势能就增加多少.即WGEp.3.弹性势能：物体因发生弹性形变而具有

4、的势能叫做弹性势能.四、机械能守恒定律1.动能和势能（重力势能和弹性势能）统称为机械能：E.2.在只有重力（和系统内弹簧的弹力）做功的情形下，物体的动能和重力势能（及弹性势能）发生相互转化，但机械能的总量保持不变.这个结论叫做机械能守恒定律.3.判断机械能守恒的方法一般有两种：（1）对某一物体，若只有重力（或系统内弹簧的弹力）做功，其他力不做功（或其他力做功的代数和为零），则该物体的机械能守恒.（2）对某一系统，物体间只有动能和重力势能及弹性势能相互转化，系统跟外界没有发生机械能的传递，机械能也没有转变成其他形式的能（如没有内能产生），则系统的机械能守恒.4.应用机械能守恒定律解题的基本步骤：

5、（1）根据题意，选取研究对象（物体或系统）.（2）明确研究对象的运动过程，分析对象在过程中的受力情况，弄清各力做功情况，判断是否符合机械能守恒的条件.（3）恰当地选取参考平面，确定研究对象在过程的起始状态和末了状态的机械能（包括动能和重力势能）.（4）根据机械能守恒定律列方程，进行求解.疑难突破1.动能和动量的区别和联系（1）联系：动能和动量都是描述物体运动状态的物理量，都由物体的质量和瞬时速度决定，物体的动能和动量的关系为p=或Ek=.（2）区别：动能是标量，动量是矢量.所以动能变化只是大小变化，而动量变化却有三种情况：大小变化、方向变化、大小和方向均变化.一个物体动能变化时动量一定变化，而

6、动量变化时动能不一定变化；跟速度的关系不同：Ek=mv2，p=mv；变化的量度不同，动能变化的量度是合外力的功，动量变化的量度是合外力的冲量.2.用动能定理求变力做的功：在某些问题中由于力F大小的变化或方向变化，所以不能直接由WFscos求出变力F做功的值，此时可由其做功的结果动能的变化来求变力F所做的功.3.在用动能定理解题时，如果物体在某个运动过程中包含有几个运动性质不同的分过程（如加速、减速的过程），此时，可以分段考虑，也可对全程考虑.如能对整个过程列式则可能使问题简化.在把各个力的功代入公式：W1W2Wnmv末2mv初2时，要把它们的数值连同符号代入，解题时要分清各过程中各个力做功的情

7、况.4.机械能守恒定律的推论根据机械能守恒定律，当重力以外的力不做功，物体（或系统）的机械能守恒.显然，当重力以外的力做功不为零时，物体（或系统）的机械能要发生改变.重力以外的力做正功，物体（或系统）的机械能增加，重力以外的力做负功，物体（或系统）的机械能减少，且重力以外的力做多少功，物体（或系统）的机械能就改变多少.即重力以外的力做功的过程，就是机械能和其他形式的能相互转化的过程，在这一过程中，重力以外的力做的功是机械能改变的量度，即WG外=E2E1.5.功能关系的总结做功的过程就是能量转化的过程，功是能量转化的量度.在本章中，功和能的关系有以下几种具体体现：（1）动能定理反映了合外力做的功

8、和动能改变的关系，即合外力做功的过程，是物体的动能和其他形式的能量相互转化的过程，合外力所做的功是物体动能变化的量度，即W总=EE.（2）重力做功的过程是重力势能和其他形式的能量相互转化的过程，重力做的功量度了重力势能的变化，即WG=EE.（3）重力以外的力做功的过程是机械能和其他形式的能转化的过程，重力以外的力做的功量度了机械能的变化，即WG外=E2E1.（4）作用于系统的滑动摩擦力和系统内物体间相对滑动的位移的乘积，在数值上等于系统内能的增量.即“摩擦生热”：QF滑·s相对，所以，F滑·s相对量度了机械能转化为内能的多少.可见，静摩擦力即使对物体做功，由于相对位移为零而

9、没有内能产 高考试题归类讲解1作用力做功与反作用力做功例1下列是一些说法中，正确的是（）A一质点受两个力作用且处于平衡状态(静止或匀速)，这两个力在同一段时间内的冲量一定相同;B一质点受两个力作用且处于平衡状态(静止或匀速)，这两个力在同一段时间内做的功或者都为零，或者大小相等符号相反;C在同样的时间内，作用力和反作用力的功大小不一定相等，但正负号一定相反;D在同样的时间内，作用力和反作用力的功大小不一定相等，但正负号也不一定相反;2机车的启动问题例2汽车发动机的功率为60KW，若其总质量为5t，在水平路面上行驶时，所受的阻力恒为5.0×103N，试求：（1）汽车所能达到的最大速度。

10、（2）若汽车以0.5m/s2的加速度由静止开始匀加速运动,求这一过程能维持多长时间?3动能定理与其他知识的综合例3： 静置在光滑水平面上坐标原点处的小物块，在水平拉力F作用下，沿x轴方向运动，拉力F随物块所在位置坐标x的变化关系如图5所示，图线为半圆则小物块运动到x0处时的动能为( )A0 B C D4动能定理和牛顿第二定律相结合例4 如图10所示，某要乘雪橇从雪坡经A点滑到B点，接着沿水平路面滑至C点停止。人与雪橇的总质量为。右表中记录了沿坡滑下过程中的有关数据，开始时人与雪橇距水平路面的高度，请根据右表中的数据解决下列问题： （1）人与雪橇从A到B的过程中，损失的机械能为多少？ （2）设人

11、与雪橇在BC段所受阻力恒定，求阻力的大小。 （3）人与雪橇从B运动到C的过程中所对应的距离。（取）位置ABC速度（m/s）2.012.00时刻（s）04.010.0图105机械能守恒定律和平抛运动相结合例5 小球在外力作用下，由静止开始从A点出发做匀加速直线运动，到B点时消除外力。然后，小球冲上竖直平面内半径为R的光滑半圆环，恰能维持在圆环上做圆周运动，到达最高点C后抛出，最后落回到原来的出发点A处，如图11所示，试求小球在AB段运动的加速度为多大？图116机械能的瞬时损失例6 一质量为m的质点，系于长为R的轻绳的一端，绳的另一端固定在空间的O点，假定绳是不可伸长的、柔软且无弹性的。今把质点从

12、O点的正上方离O点的距离为的O1点以水平的速度抛出，如图12所示。试求；图12（1）轻绳即将伸直时，绳与竖直方向的夹角为多少？（2）当质点到达O点的正下方时，绳对质点的拉力为多大？专题练习1运动员跳伞将经历加速下降和减速下降两个过程，将人和伞看成一个系统，在这两个过程中，下列说法正确的是（ ）A阻力对系统始终做负功B系统受到的合外力始终向下C重力做功使系统的重力势能增加D任意相等的时间内重力做的功相等2如图，一轻绳的一端系在固定粗糙斜面上的O点，另一端O系一小球给小球一足够大的初速度，使小球在斜面上做圆周运动在此过程中 （ ）A小球的机械能守恒B重力对小球不做功C绳的张力对小球不做功D在任何一

13、段时间内，小球克服摩擦力所做的功总是等于小球动能的减少3 如图所示，粗糙的斜面与光滑的水平面相连接，滑块沿水平面以 速度运动设滑块运动到A点的时刻为t=0，距A点的水平距离为x，水平速度为由于不同，从A点到B点的几种可能的运动图象如下列选项所示，其中表示摩擦力做功最大的是（ ） 4如图所示一根不可伸长的轻绳两端各系一个小球a和b，跨在两根固定在同一高度的光滑水平细杆上，质量为3m的a球置于地面上，质量为m的b球从水平位置静止释放当a球对地面压力刚好为零时，b球摆过的角度为.下列结论正确的是（ ）A90°B45°Cb球摆动到最低点的过程中，重力对小球做功的功率先增大后减小Db

14、球摆动到最低点的过程中，重力对小球做功的功率一直增大5一滑块在水平地面上沿直线滑行，t=0时其速度为1 m/s。从此刻开始滑块运动方向上再施加一水平面作用F，力F和滑块的速度v随时间的变化规律分别如图a和图b所示。设在第1秒内、第2秒内、第3秒内力F对滑块做的功分别为则以下关系正确的是（ ）A BCD 6 如图，一很长的、不可伸长的柔软轻绳跨过光滑定滑轮，绳两端各系一小球a和ba球质量为m，静置于地面；b球质量为3m， 用手托住，高度为h，此时轻绳刚好拉紧从静止开始释放b后，a可能达到的最大高度为（ ）AhB1.5hC2hD2.5h 7物体做自由落体运动，Ek代表动能，Ep代表势能，h代表下落

15、的距离，以水平地面为零势能面。下列所示图像中，能正确反映各物理量之间关系的是（ ）8如图所示，质量m=0.5kg的小球从距地面高H=5m处自由下落，到达地面恰能沿凹陷于地面的半圆形槽壁运动，半圆槽半径R=0.4m。小球到达槽最低点时速率为10m/s，并继续沿槽壁运动直到从槽左端边缘飞出，如此反复几次，设摩擦力恒定不变，小球与槽壁相碰时机械能不损失，求：（1）小球第一次离槽上升的高度h；（2）小球最多能飞出槽外的次数（取g=10m/s2）。9滑板运动是一项非常刺激的水上运动，研究表明，在进行滑板运动时，水对滑板的作用力Fx垂直于板面，大小为kv2，其中v为滑板速率（水可视为静止）.某次运动中，在

16、水平牵引力作用下，当滑板和水面的夹角=37°时（如图所示），滑板做匀速直线运动，相应的k=54 kg/m，入和滑板的总质量为108 kg,试求（重力加速度g取10 m/s2，sin 37°取，忽略空气阻力）： （1）水平牵引力的大小； （2）滑板的速率； （3）水平牵引力的功率.10如图所示，竖直平面内的轨道ABCD由水平轨道AB与光滑的四分之一圆弧轨道CD组成，AB恰与圆弧CD在C点相切，轨道固定在水平面上。一个质量为m的小物块（可视为质点）从轨道的A端以初动能E冲上水平轨道AB，沿着轨道运动，由DC弧滑下后停在水平轨道AB的中点。已知水平轨道AB长为L。求：（1）小物块

17、与水平轨道的动摩擦因数。（2）为了保证小物块不从轨道的D端离开轨 道，圆弧轨道的半径R至少是多大？（3）若圆弧轨道的半径R取第（2）问计算出的最小值，增大小物块的初动能，使得小物块冲上轨道后可以达到最大高度是1.5R处，试求物块的初动能并分析物块能否停在水平轨道上。如果能，将停在何处？如果不能，将以多大速度离开水平轨道？ 11图中有一个竖直固定在地面的透气圆筒，筒中有一劲度为k的轻弹簧，其下端固定，上端连接一质量为m的薄滑块，圆筒内壁涂有一层新型智能材料ER流体，它对滑块的阻力可调.起初，滑块静止，ER流体对其阻力为0，弹簧的长度为L，现有一质量也为m的物体从距地面2L处自由落下，与滑块碰撞后

18、粘在一起向下运动.为保证滑块做匀减速运动，且下移距离为时速度减为0，ER流体对滑块的阻力须随滑块下移而变。试求（忽略空气阻力）:(1)下落物体与滑块碰撞过程中系统损失的机械能；(2)滑块向下运动过程中加速度的大小；(3)滑块下移距离d时ER流体对滑块阻力的大小.12如图所示，光滑坡道顶端距水平面高度为h，质量为m的小物块A 从坡道顶端由静止滑下，进入水平面上的滑道时无机械能损失，为使A制动，将轻弹簧的一端固定在水平滑道延长线M处的墙上，另一端恰位于滑道的末端O点。已知在OM段，物块A与水平面间的动摩擦因数均为，其余各处的摩擦不计，重力加速度为g，求：（1）物块速度滑到O点时的速度大小；（2）弹

19、簧为最大压缩量d时的弹性势能 （设弹簧处于原长时弹性势能为零）（3）若物块A能够被弹回到坡道上，则它能够上升的最大高度是多少？参考答案1答案：A2答案：C解析：斜面粗糙，小球受到重力、支持力、摩擦力、绳子拉力，由于除重力做功外，摩擦力做负功，机械能减少，A、B错；绳子张力总是与运动方向垂直，故不做功，C对；小球动能的变化等于合外力做功，即重力与摩擦力做功，D错。3答案：D解析：考查平抛运动的分解与牛顿运动定律。从A选项的水平位移与时间的正比关系可知，滑块做平抛运动，摩擦力必定为零；B选项先平抛后在水平地面运动，水平速度突然增大，摩擦力依然为零；对C选项，水平速度不变，为平抛运动，摩擦力为零；对

20、D选项水平速度与时间成正比，说明滑块在斜面上做匀加速直线运动，有摩擦力，故摩擦力做功最大的是D图像所显示的情景，D对。本题考查非常灵活，但考查内容非常基础，抓住水平位移与水平速度与时间的关系，然后与平抛运动的思想结合起来，是为破解点。4答案：AC解析：考查向心加速度公式、动能定理、功率等概念和规律。设b球的摆动半径为R，当摆过角度时的速度为v，对b球由动能定理：mgRsin= mv2，此时绳子拉力为T=3mg，在绳子方向由向心力公式：Tmgsin = m，解得=90°，A对B错；故b球摆动到最低点的过程中一直机械能守恒，竖直方向的分速度先从零开始逐渐增大，然后逐渐减小到零，故重力的瞬

21、时功率Pb = mgv先增大后减小，C对D错。5答案：B解析：本题考查v-t图像、功的概念。力F做功等于每段恒力F与该段滑块运动的位移（v-t图像中图像与坐标轴围成的面积），第1秒内，位移为一个小三角形面积S，第2秒内，位移也为一个小三角形面积S，第3秒内，位移为两个小三角形面积2S，故W1=1×S，W2=3×S，W3=2×2S，W1W2W3 。6答案：B解析：在b落地前，a、b组成的系统机械能守恒，且a、b两物体速度大小相等，根据机械能守恒定律可知：，b球落地时，a球高度为h，之后a球向上做竖直上抛运动，过程中机械能守恒，所以a可能达到的最大高度为1.5h,B项

22、正确。7答案：B解析：由机械能守恒定律：EP=EEK，故势能与动能的图像为倾斜的直线，C错；由动能定理：EK =mgh=mv2=mg2t2，则EP=Emgh，故势能与h的图像也为倾斜的直线，D错；且EP=Emv2，故势能与速度的图像为开口向下的抛物线，B对；同理EP=Emg2t2，势能与时间的图像也为开口向下的抛物线，A错。8解：（1）小球从高处至槽口时，由于只有重力做功；由槽口至槽底端重力、摩擦力都做功。由于对称性，圆槽右半部分摩擦力的功与左半部分摩擦力的功相等。小球落至槽底部的整个过程中，由动能定理得解得J 由对称性知小球从槽底到槽左端口克服摩擦力做功也为J，则小球第一次离槽上升的高度h，

23、由得4.2m（2）设小球飞出槽外n次，则由动能定理得即小球最多能飞出槽外6次。9解：（1）以滑板和运动员为研究对象，其受力如图所 示，由共点力平衡条件可得由、联立，得F =810N(2) 得m/s(3)水平牵引力的功率P=Fv=4050 W10解：（1）小物块最终停在AB的中点，在这个过程中，由动能定理得 得 （2）若小物块刚好到达D处，速度为零，同理，有解得CD圆弧半径至少为 （3）设物块以初动能E冲上轨道，可以达到的最大高度是1.5R，由动能定理得解得物块滑回C点时的动能为，由于，故物块将停在轨道上。设到A点的距离为x，有 解得 即物块最终停在水平滑道AB上，距A点处。 11解：（1）设物

24、体下落末速度为v0，由机械能守恒定律，得设碰后共同速度为v1，由动量守恒定律2mv1=mv0得碰撞过程中系统损失的机械能力(2)设加速度大小为a,有 得（3）设弹簧弹力为FN，ER流体对滑块的阻力为FER，受力分析如图所示 FS=kx x=d+mg/k 得12解：（1）由机械能守恒定律得，解得（2）在水平滑道上物块A克服摩擦力所做的功为由能量守恒定律得 以上各式联立求解得（3）物块A被弹回的过程中，克服摩擦力所做的功仍为由能量守恒定律得 解得物块A能够上升的最大高度为：例一解析：说法A不正确，因为处于平衡状态时，两个力大小相等方向相反，在同一段时间内冲量大小相等，但方向相反。由恒力做功的知识可

25、知，说法B正确。关于作用力和反作用力的功要认识到它们是作用在两个物体上，两个物体的位移可能不同，所以功可能不同，说法C不正确，说法D正确。正确选项是BD。反思：作用力和反作用是两个分别作用在不同物体上的力，因此作用力的功和反作用力的功没有直接关系。作用力可以对物体做正功、负功或不做功，反作用力也同样可以对物体做正功、负功或不做功。例二解析：(1)汽车在水平路面上行驶,当牵引力等于阻力时,汽车的速度最大，最大速度为：（2）当汽车匀加速起动时，由牛顿第二定律知：而所以汽车做匀加速运动所能达到的最大速度为：所以能维持匀加速运动的时间为反思：机车的两种起动方式要分清楚,但不论哪一种方式起动,汽车所能达到的最大速度都是汽车沿运动方向合外力为零时的速度,此题中当牵引力等于阻力时,汽车的速度达到最大；而当汽车以一定的加速度起动时，牵引力大于阻力，随着速度的增大，汽车的实际功率也增大，当功率增大到等于额定功率时，汽车做匀加速运动的速度已经达到最大，但这一速度比汽车可能达到的最大速度要小。例三解析 由于水平面光滑,所以拉力F即为合外力，F随位移X的变化图象包围的面积即为F做的功，由图线可知，半圆的半径为：设x0处的动能为EK，由动能定理得：即：，有：，解得：，所以本题正确选项为C、D。反思：不管是否恒力做功，也不管是否做直线运动，该动能定理都成立；本题是变力做功和力与位