高考物理第一轮总复习-动能定律课件.ppt

温故自查,1概念：一个物体能够对外界做功，我们就说物体具有能量能量可以有不同的形式，物体由于运动而具有的能叫,2表达式：,。,动能,E,k,m,v,2,考点精析,可以从以下几个方面理解动能的概念,(1)动能是标量，动能的取值可以为正值或零，但不会为负值,(2)动能是状态量，描述的是物体在某一时刻的运动状态，一定质量的物体在运动状态(瞬时速度)确定时，,E,k,有惟一确定的值，速度变化时，动能不一定变化，但动能变化时，速度一定变化,(3)动能具有相对性由于瞬时速度与参考系有关，所以,E,k,也与参考系有关，在一般情况下，如无特殊说明，则认为取大地为参考系,(4)物体的动能不会发生突变，它的改变需要一个过程，这个过程就是外力对物体做功的过程或物体对外做功的过程,(5)具有动能的物体克服阻力做功，物体的质量越大，运动速度越大，它的动能也就越大，能克服阻力对外做功越多,注意动能具有相对性,由于速度,v,是一个与参照系的选取有关的物理量，因此根据动能的表达式,E,k,m,v,2,可知，动能也是一个与参照系的选取有关的物理量也就是说，同一个运动物体，对于不同的参照系其动能一般是不相等的所以说，同一个运动物体，对于不同的参照系其动能一般是不相等的，所以说，动能是相对于参照系的相对量在通常情况下，都是以地面为参照系来计算运动物体的动能的,那么，相对于地球静止的物体是否一定没有动能呢？如果选取地球为参照系，物体的速度为零，当然也就没有动能；如果选取太阳为参照系，则物体在随地球自转而做圆周运动的同时，还绕太阳公转，其动能不为零,因为速度是对地面的瞬时速度，因此动能是描述物体运动状态的物理量.,温故自查,概念：动能定理是表述了合外力做功和动能的变化之间的关系，合外力在一个过程中对物体所做的功，等于物体在这个过程中动能的,(1)对单个物体，动能定理可表述为：合外力做的功等于物体动能的变化(这里的合外力指物体受到的所有外力的合力，包括重力),表达式为：,或,W,E,k,.,变化(增量),W,E,k,2,E,k,1,(2)对于多过程、多外力的物体系统，动能定理也可以表述为：所有外力对物体做的,等于物体动能的变化,实际应用时，后一种表述更好操作因为它不必求合力，特别是在全过程的各个阶段受力有变化的情况下，只要把各个力在各个阶段所做的功都按照,，就可以得到总功,总功,代数和加起来,考点精析,对动能定理的理解,(1)动能定理是把过程量(做功)和状态量(动能)联系在一起的物理规律所以，无论求合外力做的功还是求物体动能的变化，就都有了两个可供选择的途径,(2)对外力对物体做的总功的理解：有的力促进物体运动，而有的力则阻碍物体运动，因此它们做的功就有正、负之分，总功指的是各外力做功的代数和；对于单一物体的单一物理过程，又因为,W,合,W,1,W,2,F,合,l,.所以总功也可理解为合外力的功即：如果物体受到多个共点力作用，则：,W,合,F,合,l,；如果发生在多个物理过程中，不同过程中作用力的个数不相同，则：,W,合,W,1,W,2,W,x,.,(3)对该定理标量性的认识：因动能定理中各项均为标量，因此单纯速度方向的改变不影响动能的大小如用细绳拉着一物体在光滑桌面上以绳头为圆心做匀速圆周运动的过程中，合外力方向指向圆心，与位移方向始终保持垂直，所以合外力做功为零，动能变化亦为零，其并不因速度方向的改变而改变,(4)对状态与过程关系的理解：功是伴随一个物理过程而产生的，是过程量；而动能是状态量动能定理表示了过程量等于状态量的改变量的关系,注意1.动能定理中所说的外力，既可以是重力、弹力、摩擦力，也可以是任何其他的力，动能定理中的,W,是指所有作用在物体上的外力的合力的功,2动能定理的表达式是在物体受恒力作用且做直线运动的情况下得出的，但对于外力是变力，物体做曲线运动的情况同样适用也就是说，动能定理适用于任何力作用下，以任何形式运动的物体为研究对象，具有普遍性.,温故自查,在某些问题中，由于,F,的大小或方向变化，不能直接用,求解力的功，可运用动能定理求解，求出物体,变化和其它,的功，即可由,E,k,W,1,W,2,W,n,求得其中变力的功,W,Fl,cos,动能,恒力,考点精析,用动能定理求解变力功的注意要点：,(1)分析物体受力情况，确定哪些力是恒力，哪些力是变力,(2)找出其中恒力的功及变力的功,(3)运用动能定理求解.,温故自查,物体间的一对相互作用力的功可以是,，也可以是,，还可以是,因此几个物体组成的物体系统所受的合外力的功不一定等于系统动能的,正值,负值,零,变化量,考点精析,用动能定理解决问题时，所选取的研究对象可以是单个物体，也可以是多个物体组成的系统，当选取物体系统作为研究对象时，应注意以下几点：,(1)当物体系统内的相互作用是杆、绳间的作用力，或是静摩擦力，或是刚性物体间相互挤压而产生的力，这两个作用与反作用力的功等于零，这时列动能定理方程时可只考虑物体系统所受的合外力的功即可,(2)当物体系统内的相互作用是弹簧、橡皮条的作用力，或是滑动摩擦力，两个作用力与反作用力的功不等于零，这时列动能定理方程时不但要考虑物体系统所受的合外力的功，还要考虑物体间的相互作用力的功,(3)物体系统内各个物体的速度不一定相同，列式时要分别表达不同物体的动能.,温故自查,物体在某个运动过程中包含有几个运动性质不同的小过程(如加速、减速的过程)，此时可以,考虑，也可对,考虑，对整个过程列式则可使问题简化,分段,全程,考点精析,多过程求解问题的策略：,(1)分析物体运动，确定物体运动过程中不同阶段的受力情况，分析各个力的功,(2)分析物体各个过程中的初末速度，在不同阶段运用动能定理求解，此为分段法，这种方法解题时需分清物体各阶段的运动情况，列式较多,(3)如果能够得到物体全过程初末动能的变化及全过程中各力的功，用全过程列一个方程即可，此方法较简洁,命题规律,根据动能定理判断机械能、动能、势能及其他形式的能之间的相互转化情况,考例1,(2009上海)小球由地面竖直上抛，上升的最大高度为,H,，设所受阻力大小恒定，地面为零势能面在上升至离地高度,h,处，小球的动能是势能的2倍，在下落至离地高度,h,处，小球的势能是动能的2倍，则,h,等于(),A,H,/9 B2,H,/9,C3,H,/9 D4,H,/9,解析,本题考查了动能定理的应用，根据动能定理：,mgH,fH,Ek,0,E,p1,fh,E,k,0,E,k,1,E,p2,f,(2,H,h,),E,k,0,E,k,2,E,k,1,2,E,p1,E,p22,E,k2,联立解得,h,答案,D,总结评述,做功的过程就是能量的转化过程，做功的数值就是能量的转化数值，这是功能关系的普通意义不同形式的能的转化又与不同形式的功相联系力学领域中功与能的关系的主要形式有：,(1)合外力(包括重力)做功等于物体动能的改变量；,(2)与势能有关的力(重力、弹簧弹力、电场力、分子力)做功等于势能的改变量；,(3)由滑动摩擦力产生的热等于滑动摩擦力乘以相对路程，即,Q,f,s,相对,由动能定理表达式中各力做功的灵活移项就可判断各种能量的改变,如图所示，卷扬机的绳索通过定滑轮用力,F,拉位于粗糙斜面上的木箱，使之沿斜面加速向上运动在移动过程中，下列说法正确的是(),A,F,对木箱做的功等于木箱增加的动能与木箱克服摩擦力所做的功之和,B,F,对木箱做的功等于木箱克服摩擦力和克服重力所做的功之和,C木箱克服重力做的功等于木箱增加的重力势能,D,F,对木箱做的功等于木箱增加的机械能与木箱克服摩擦力做的功之和,解析,由动能定理得，物体在上升过程中有,W,F,mgh,W,f,E,k,，故有：,W,F,W,f,mgh,E,k,，由此判断D选项正确又因在此过程中重力做负功，所以木箱克服重力做的功等于木箱增加的重力势能，所以C选项正确,答案,CD,命题规律,物体运动过程较多时利用动能定理分析计算物体受力、位移、速度或某力做功等,考例2,某兴趣小组对一辆自制小遥控车的性能进行研究他们让这辆小车在水平的直轨道上由静止开始运动，并将小车运动的全过程记录下来，通过处理转化为,v,t,图象，如图所示(除2s10s时间段内的图象为曲线外，其余时间段图象均为直线)已知小车运动的过程中，2s14s时间段内小车的功率保持不变，在14s末停止遥控而让小车自由滑行小车的质量为2kg，可认为在整个过程中小车所受到的阻力大小不变求：,(1)小车所受到的阻力大小；,(2)小车匀速行驶阶段的功率；,(3)小车在加速运动过程中位移的大小,解析,(1)由图象可得，在14s18s时间内：,a,1.5m/s,2,阻力大小：,F,f,ma,3N,(2)在10s14s内小车做匀速运动：,F,F,f,故小车功率：,P,F,v,18W,(3)速度图线与时间轴所围成“面积”的数值等于物体位移大小：,02s内，,s,1,2,3m3m,2s10s内，根据动能定理有：,Pt,F,f,s,2,m,v,m,v,解得：,s,2,39m,故小车在加速过程中的位移为：,s,s,1,s,2,42m.,答案,(1)3N(2)18W(3)42m,(2009安徽)过山车是游乐场中常见的设施下图是一种过山车的简易模型，它由水平轨道和在竖直平面内的三个圆形轨道组成，,B,、,C,、,D,分别是三个圆形轨道的最低点，,B,、,C,间距与,C,、,D,间距相等，半径,R,1,2.0m、,R,2,1.4m.一个质量为,m,1.0kg的小球(视为质点)，从轨道的左侧,A,点以,v,0,12.0m/s的初速度沿轨道向右运动，,A,、,B,间距,L,1,6.0m.小球与水平轨道间的动摩擦因数,0.2，圆形轨道是光滑的假设水平轨道足够长，圆形轨道间不相互重叠重力加速度取,g,10m/s,2,，计算结果保留小数点后一位数字试求：,(1)小球在经过第一个圆形轨道的最高点时，轨道对小球作用力的大小；,(2)如果小球恰能通过第二圆形轨道，,B,、,C,间距,L,应是多少；,(3)在满足(2)的条件下，如果要使小球不能脱离轨道，在第三个圆形轨道的设计中，半径,R,3,应满足的条件；小球最终停留点与起点,A,的距离,解析,(1)设小球经过第一圆轨道的最高点时的速度为,v,1,，根据动能定理,小球在最高点受到重力,mg,和轨道对它的作用力,F,，根据牛顿第二定律,由,得,F,10.0N,(2)设小球在第二个圆轨道最高点的速度为,v,2,由题意,由得,L,12.5m,(3)要保证小球不脱离轨道可分两种临界情况进行讨论：,.轨道半径较小时，小球恰能通过第三个圆轨道，设在最高点的速度为,v,3,，应满足,由,得,R,3,0.4m,.轨道半径较大时，小球上升的最大高度为R,3,由动能定理,解得,R,3,1.0m,为了保证圆轨道不重叠，,R,3,最大值应满足,(,R,2,R,3,),2,L,2,(,R,3,R,2,),2,解得,R,3,27.9m,综合,、,，要使小球不脱离轨道，则第三个圆轨道的半径须满足下面的条件,0,R,3,0.4m,或1.0m,R,3,27.9m,(若写成,“,1.0m,R,3,27.9m,”,也可),当0,R,3,0.4m时，小球最终停留点与起点,A,的距离为,L,，则,L,36.0m,当1.0m,R,3,27.9m时，小球最终停留点与起点,A,的距离为,L,，则,L,L,1,2(,L,L,2,2,L,)26.0m.,答案,(1)10.0N(2)12.5m(3)0,R,3,0.4m,命题规律,物体在变力的作用下运动，求物体在运动过程中的瞬时速度或力对物体所做的功,考例3,(2009北京海淀区模拟)如图甲所示，一质量为,m,1kg的物块静止在粗糙水平面上的,A,点，从,t,0时刻开始，物块在受按如图乙所示规律变化的水平力,F,作用下向右运动，第3s末物块运动到,B,点时速度刚好为0，第5s末物块刚好回到,A,点，已知物块与粗糙水平面之间的动摩擦因数,0.2，(,g,取10m/s,2,)求：,(1),AB,间的距离；,(2),水平力,F,在,5s,时间内对物块所做的功,解析,(1)在3s5s内物块在水平恒力,F,作用下由,B,点匀加速直线运动到,A,点，设加速度为,a,，,AB,间的距离为,s,，则,F,mg,ma,(2)设整个过程中,F,做的功为,W,F,，物块回到,A,点时的速度为,v,A,，由动能定理得：,答案,(1)4m(2)24J,一铅球运动员奋力一推，将8kg的铅球推出10m远铅球落地后将地面击出一坑，有经验的专家根据坑的深度形状认为铅球落地时的速度大致是12m/s.若铅球出手时的高度是2m，求推球过程中运动员对球做的功大约是多少焦耳？,解析,推球过程中运动员对球的作用力实际上应该是变力，不能直接用,W,Fs,进行求解但是，根据题目中已知的铅球动能的变化，结合动能定理，我们可以求出外力对铅球做的总功,设铅球出手时的速度大小是,v,0,，对铅球从出手到落地这一过程运用动能定理，在这一过程中只有重力对铅球做功，,所以有,mgh,m,v,2,m,v,，铅球出手时的速率,v,0,对运动员抛铅球的过程应用动能定理，人对球做的功认为是力对铅球的合功，则,答案,416J,命题规律,考查识别图象，从而找出解题的信息及数据，达到解题的目的,考例4,(2009江苏金坛模拟)如图甲所示，一条轻质弹簧左端固定在竖直墙面上，右端放一个可视为质点的小物块，小物块的质量为,m,1.0kg，当弹簧处于原长时，小物块静止于,O,点，现对小物块施加一个外力,F,，使它缓慢移动，将弹簧压缩至,A,点，压缩量为,x,0.1m，在这一过程中，所用外力,F,与压缩量的关系如图乙所示然后撤去,F,释放小物块，让小物块沿桌面运动，已知,O,点至桌边,B,点的距离为,L,2,x,水平桌面的高为,h,5.0m，计算时，可用滑动摩擦力近似等于最大静摩擦力(,g,取10m/s,2,)求：,(1)在压缩弹簧过程中，弹簧存贮的最大弹性势能；,(2)小物块到达桌边,B,点时速度的大小；,(3)小物块落地点与桌边,B,的水平距离,解析,(1)取向左为正方向，从,F,x,图中可以看出，小物块与桌面间的滑动摩擦力大小为,f,1.0N，方向为负方向,在压缩过程中，摩擦力做功为,W,f,f,x,0.1J,由图线与,x,轴所夹面积可得外力做功为,W,F,(1.047.0)0.12J2.4J,所以弹簧存贮的弹性势能为：,E,p,W,F,W,f,2.3J,(2)从,A,点开始到,B,点的过程中，由于,L,2,x,，摩擦力做功为,W,f,f,3,x,0.3J,对小物块用动能定理有：,(3)物块从,B,点开始做平抛运动,h,gt,2,下落时间,t,1s水平距离,s,v,B,t,2m,答案,(1)2.3J(2)2m/s(3)2m,如图(1)所示，静置于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(2)所示，图线为半圆则小物块运动到,x,0,处时的动能为(),解析,根据动能定理，小物块运动到,x,0,处时的动能为这段时间内力,F,所做的功，物块在变力作用下，不能直接用功的公式来计算，但此题可用求“面积,”,的方法来解决力,F,所做的功的大小等于半圆的,“,面积,”,大小根据计算可知，C正确,答案,C,请同学们认真完成课后强化作业,