物理课件（新教材粤教版）第六章第2讲动能定理及其应用

动能定理及其应用目标要求1.理解动能、动能定理，会用动能定理解决一些基本问题.2.能利用动能定理求变力做的功.3.掌握解决动能定理与图像结合的问题的方法.第2讲

内容索引考点一动能定理的理解和基本应用考点二应用动能定理求变力做功考点三动能定理与图像问题的结合课时精练考点一动能定理的理解和基本应用1.动能(1)定义：物体由于运动而具有的能量叫作动能.(2)公式：Ek＝

，单位：焦耳(J).1J＝1N·m＝1kg·m2/s2.(3)动能是标量、状态量.梳理必备知识2.动能定理(1)内容：力在一个过程中对物体做的功，等于物体在这个过程中______

.(2)表达式：W＝ΔEk＝Ek2－Ek1＝

.(3)物理意义：

做的功是物体动能变化的量度.动能的变化合力1.一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.(

)2.物体在合外力作用下做变速运动时，动能一定变化.(

)3.物体的动能不变，所受的合外力必定为零.(

)4.合力对物体做正功，物体的动能增加；合力对物体做负功，物体的动能减少.(

)√××√1.应用动能定理解题应抓住“两状态，一过程”，“两状态”即明确研究对象的始、末状态的速度或动能情况，“一过程”即明确研究过程，确定在这一过程中研究对象的受力情况和位置变化或位移信息.2.注意事项(1)动能定理中的位移和速度必须是相对于同一个参考系的，一般以地面或相对地面静止的物体为参考系.(2)当物体的运动包含多个不同过程时，可分段应用动能定理求解，也可以全过程应用动能定理求解.(3)动能是标量，动能定理是标量式，解题时不能分解动能.提升关键能力例1如图所示，AB为四分之一圆弧轨道，BC为水平直轨道，圆弧的半径为R，BC的长度也是R.一质量为m的物体，与两个轨道间的动摩擦因数都为μ，它由轨道顶端A从静止开始下滑，恰好运动到C处停止，不计空气阻力，重力加速度为g，那么物体在AB段克服摩擦力所做的功为√BC段物体所受摩擦力为f＝μmg，位移为R，故BC段摩擦力对物体做功W＝－fR＝－μmgR，对全程由动能定理可知mgR＋W1＋W＝0，解得W1＝μmgR－mgR，故AB段克服摩擦力做功为W克＝mgR－μmgR＝(1－μ)mgR，选D.例2

(2021·河北卷·6)一半径为R的圆柱体水平固定，横截面如图所示，长度为πR、不可伸长的轻细绳，一端固定在圆柱体最高点P处，另一端系一个小球，小球位于P点右侧同一水平高度的Q点时，绳刚好拉直，将小球从Q点由静止释放，当与圆柱体未接触部分的细绳竖直时，小球的速度大小为(重力加速度为g，不计空气阻力)√例3一物块沿倾角为θ的斜坡向上滑动.当物块的初速度为v时，上升的最大高度为H，如图所示，当物块的初速度为

时，上升的最大高度记为h.重力加速度大小为g.物块与斜坡间的动摩擦因数和h分别为√物块以初速度v上升的过程，由动能定理得例4如图所示，粗糙水平地面AB与半径R＝0.4m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m＝1kg的小物块在9N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.已知xAB＝5m，小物块与水平地面间的动摩擦因数为μ＝，当小物块运动到B点时撤去力F，取重力加速度g＝10m/s2，求：(1)小物块到达B点时速度的大小；从A到B过程，据动能定理可得解得小物块到达B点时速度的大小为(2)小物块运动到D点时，轨道对小物块作用力的大小.答案150N从B到D过程，据动能定理可得在D点由牛顿第二定律可得联立解得小物块运动到D点时，轨道对小物块作用力的大小为FN＝150N.应用动能定理的解题流程方法点拨考点二应用动能定理求变力做功例5质量为m的物体以初速度v0沿水平面向左开始运动，起始点A与一轻弹簧O端相距s，如图所示.已知物体与水平面间的动摩擦因数为μ，物体与弹簧相碰后，弹簧的最大压缩量为x，则从开始碰撞到弹簧被压缩至最短，物体克服弹簧弹力所做的功为(重力加速度大小为g)√例6

(2023·广东深圳市光明区名校联考)如图所示，一半圆弧形细杆ABC竖直固定在水平地面上，AC为其水平直径，圆弧半径BO＝3.6m.质量为m＝4.0kg的小圆环(可视为质点，小环直径略大于杆的粗细)套在细杆上，在大小为50N、沿圆的切线方向的拉力F作用下，从A点由静止开始运动，到达B点时对细杆的压力恰好为0.已知π取，重力加速度g取10m/s2，在这一过程中摩擦力做的功为A.66.6J B.－66.6JC.210.6J D.－210.6J√规律总结考点三动能定理与图像问题的结合图像与横轴所围“面积”或图像斜率的含义例7

(2021·湖北卷·4)如图(a)所示，一物块以一定初速度沿倾角为30°的固定斜面上滑，运动过程中摩擦力大小f恒定，物块动能Ek与运动路程s的关系如图(b)所示.重力加速度大小取10m/s2，物块质量m和所受摩擦力大小f分别为A.m＝0.7kg，f＝0.5NB.m＝0.7kg，f＝1.0NC.m＝0.8kg，f＝0.5ND.m＝0.8kg，f＝1.0N√0～10m内物块上滑，由动能定理得－mgsin30°·s－fs＝Ek－Ek0，整理得Ek＝Ek0－(mgsin30°＋f)s，结合0～10m内的图像得，斜率的绝对值|k|＝mgsin30°＋f＝4N，10～20m内物块下滑，由动能定理得(mgsin30°－f)(s－s1)＝Ek，整理得Ek＝(mgsin30°－f)s－(mgsin30°－f)s1，结合10～20m内的图像得，斜率k′＝mgsin30°－f＝3N，联立解得f＝0.5N，m＝0.7kg，故选A.例8

A、B两物体分别在水平恒力F1和F2的作用下沿水平面运动，先后撤去F1、F2后，两物体最终停下，它们的v－t图像如图所示.已知两物体所受的滑动摩擦力大小相等，则下列说法正确的是A.F1、F2大小之比为1∶2B.F1对A、F2对B做功之比为1∶2C.A、B质量之比为2∶1D.全过程中A、B克服摩擦力做功之比为2∶1√由v－t图像可知，两个匀减速运动的加速度大小之比为1∶2，由题可知A、B所受摩擦力大小相等，所以A、B的质量关系是2∶1，故C正确.由v－t图像可知，A、B两物体运动的位移相等，且匀加速运动位移之比为1∶2，匀减速运动的位移之比为2∶1，由动能定理可得F1与摩擦力的关系：F1·s－f1·3s＝0－0，F2与摩擦力的关系：F2·2s－f2·3s＝0－0，全过程中A、B克服摩擦力做的功相等，F1对A、F2对B做的功大小相等，故A、B、D错误.√方法点拨解决图像问题的基本步骤(1)观察题目给出的图像，弄清纵坐标、横坐标所对应的物理量及图线所表示的物理意义.(2)根据物理规律推导出纵坐标与横坐标所对应的物理量间的函数关系式.(3)将推导出的物理规律与数学上与之相对应的标准函数关系式相对比，找出图线的斜率、截距、图线之间的交点、图线与横轴围成的面积所对应的物理意义，分析解答问题，或者利用函数图线上的特定值代入函数关系式求物理量.四课时精练基础落实练1.(多选)如图所示，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竖直向上加速运动，当电梯的速度由v1增大到v2时，上升高度为H，重力加速度为g，则在这个过程中，下列说法正确的是1234567891011√√1212345678910111212345678910112.如图所示，光滑的固定斜面顶端固定一弹簧，质量为m的小球以速度v自最低点A冲上斜面.压缩弹簧至C点时弹簧最短，C点距地面高度为h，重力加速度为g，则小球从A到C的过程中弹簧弹力做功是√121234567891011121234567891011√√121234567891011121234567891011√121234567891011设运动员从静止开始滑下，停在水平面上b处时，在斜面上克服阻力做的功为W1，在水平面上克服摩擦力做的功为W2，由动能定理得mgh－W1－W2＝0，当运动员以速度v从同一高度下滑时，停在同一水平面上的c处，1212345678910115.(2023·湖南怀化市模拟)如图所示，DO是水平面，AB是斜面，初速度为v0的物体从D点出发沿DBA滑动到顶点A时速度刚好为零，如果斜面改为AC，让该物体从D点出发沿DCA滑动到A点且速度刚好为零，则物体具有的初速度(已知物体与斜面及水平面之间的动摩擦因数处处相同且不为零，不计B、C处能量损失)A.等于v0 B.大于v0C.小于v0 D.取决于斜面能力综合练√121234567891011从上式可以看出，物体的初速度与路径无关.故选A.1212345678910116.电梯是一种以电动机为动力的垂直升降机，用于多层建筑载人或载运货物.某次电梯从地面由静止启动，加速度a与离地高度h的关系图像如图所示，则h0～3h0范围内电梯向上做匀减速直线运动B.电梯在0～h0和2h0～3h0范围内的速度变化量相等C.电梯在3h0处的速度大小为D.电梯上升的最大高度可能为3h0√121234567891011由题图可知从0到2h0，电梯先做加速度增大的加速运动再做匀加速运动，从2h0到3h0做加速度减小的加速运动，当加速度为零时，电梯向上的速度不为零，仍会向上运动，则电梯上升的最大高度一定大于3h0，故A、D错误；1212345678910117.(2023·广东省清中、河中、北中、惠中联考)如图所示，竖直圆轨道固定在水平面上，其中A为最低点，B为最高点，C为与圆心等高的点，质量为1kg且可视为质点的小球在轨道内做完整的圆周运动.已知小球动能Ek的变化范围为10～20J，忽略一切摩擦，重力加速度g＝10m/s2，则下列说法正确的是A.轨道半径为1mB.小球对轨道的最大压力与最小压力的大小之比为3∶1C.小球在C点时对轨道的压力大小为45ND.以地面为势能零点参考平面，小球在C点的重力势能等于动能√1212345678910111212345678910111212345678910118.(2019·全国卷Ⅲ·17)从地面竖直向上抛出一物体，物体在运动过程中除受到重力外，还受到一大小不变、方向始终与运动方向相反的外力作用.距地面高度h在3m以内时，物体上升、下落过程中动能Ek随h的变化如图所示.重力加速度取10m/s2.该物体的质量为A.2kg B.1.5kgC.1kg D.0.5kg√121234567891011法一：特殊值法画出运动示意图.设该外力的大小为F，据动能定理知A→B(上升过程)：－(mg＋F)h＝EkB－EkAB→A(下落过程)：(mg－F)h＝EkA′－EkB′整理以上两式并代入数据得物体的质量m＝1kg，选项C正确.法二：写表达式根据斜率求解上升过程：－(mg＋F)h＝Ek－Ek0，121234567891011则Ek＝－(mg＋F)h＋Ek0下落过程：(mg－F)h＝Ek′－Ek0′，则Ek′＝(mg－F)h＋Ek0′，联立可得m＝1kg，选项C正确.1212345678910119.(多选)如图所示为一滑草场.某条滑道由上下两段高均为h、与水平面夹角分别为45°和37°的滑道组成，载人滑草车与草地各处间的动摩擦因数均为μ.质量为m的载人滑草车从坡顶由静止开始自由下滑，经过上、下两段滑道后，最后恰好静止于滑道的底端(不计载人滑草车在两段滑道交接处的能量损失，重力加速度大小为g，sin37°＝，cos37°＝0.8).则

√√121234567891011121234567891011全过程有WG－W克f＝0，则载人滑草车克服摩擦力做功为2mgh，选项C错误；1210.如图所示，一半径为R、粗糙程度处处相同的半圆形轨道竖直固定放置，直径POQ水平.一质量为m的小球(可看成质点)从P点上方高为R处由静止开始下落，恰好从P点进入轨道.小球滑到轨道最低点N时，对轨道的压力大小为4mg，g为重力加速度.用W表示小球从P点运动到N点的过程中克服摩擦力所做的功，则√1234567891011121234567891011由于小球在PN段某点处的速度大于此点关于ON在NQ段对称点处的速度，所以小球在PN段某点处受到的支持力大于此点关于ON在NQ段对称点处受到的支持力，121234567891011则小球在NQ段克服摩擦力做的功小于在PN段克服摩擦力做的功，小球在NQ段运动时，故vQ>0，所以小球到达Q点后，继续上升一段距离，选项C正确.12123456789101112123456789101112B在撤去F后继续滑行sB＝1.0m，撤去F时B的动能EkB＝6J，由动能定理有－f