高中物理第四章机械能和能源微型专题5利用动能定理分析变力做功和多过程问题省公开课一等奖新名师优质课获.pptx

微型专题,5,利用动能定理分析变力做功和多过程问题,第四章,机械能和能源,1/36,知识目标,关键素养,1.深入了解动能定理，领会应用动能定了解题优越性.,2.会利用动能定理分析变力做功、曲线运动以及多过程问题.,1.体会动能定理在分析变力问题、曲线运动、多过程问题中优越性.,2.建立求解“多过程往复运动问题”模型，提升逻辑推理和综合分析问题能力.,2/36,内容索引,重点探究,启迪思维 探究重点,达标检测,检测评价 达标过关,3/36,重点探究,4/36,1.,动能定理不但适合用于求恒力做功，也适合用于求变力做功，同时因为不包括变力作用过程分析，应用非常方便,.,2.,利用动能定理求变力功是最惯用方法，当物体受到一个变力和几个恒力作用时，能够用动能定理间接求变力做功，即,W,变,W,其它,E,k,.,一、利用动能定理求变力功,5/36,例,1,如图,1,所表示，质量为,m,小球自由下落,d,后，沿竖直面内固定轨道,ABC,运动，,AB,是半径为,d,光滑圆弧，,BC,是直径为,d,粗糙半圆弧,(,B,是轨道最低点,).,小球恰能经过圆弧轨道最高点,C,.,重力加速度为,g,，求：,(1),小球运动到,B,处时对轨道压力大小；,图,1,答案,解析,答案,5,mg,依据牛顿第三定律：小球在,B,处对轨道压力大小,F,N,F,N,5,mg,.,6/36,(2),小球在,BC,运动过程中，摩擦力对小球做功,.,答案,解析,7/36,B,至,C,过程中摩擦力为变力,(,大小方向都变,),，求变力功不能直接依据功公式，通惯用动能定理求解,.,总结提升,8/36,针对训练,1,如图,2,所表示，二分之一径为,R,半圆形轨道竖直固定放置，轨道两端等高；质量为,m,质点自轨道端点,P,由静止开始滑下，滑到最低点,Q,时，对轨道正压力为,2,mg,，重力加速度大小为,g,.,质点自,P,滑到,Q,过程中，克服摩擦力所做功为,答案,解析,图,2,9/36,10/36,一个物体运动假如包含多个运动阶段，能够选择分段或全程应用动能定理,.,(1),分段应用动能定理时，将复杂过程分割成一个个子过程，对每个子过程做功情况和初、末动能进行分析，然后针对每个子过程应用动能定理列式，然后联立求解,.,(2),全程应用动能定理时，分析整个过程中出现过各力做功情况，分析每个力做功，确定整个过程中合外力做总功，然后确定整个过程初、末动能，针对整个过程利用动能定理列式求解,.,当题目不包括中间量时，选择全程应用动能定理更简单，更方便,.,二、利用动能定理分析多过程问题,11/36,注意：当物体运动过程中包括多个力做功时，各力对应位移可能不相同，计算各力做功时，应注意各力对应位移,.,计算总功时，应计算整个过程中出现过各力做功代数和,.,12/36,例,2,如图,3,所表示，右端连有一个光滑弧形槽水平桌面,AB,长,L,1.5 m,，一个质量为,m,0.5 kg,木块在,F,1.5 N,水平拉力作用下，从桌面上,A,端由静止开始向右运动，木块抵达,B,端时撤去拉力,F,，木块与水平桌面间动摩擦因数,0.2,，取,g,10 m/s,2,.,求：,(1),木块沿弧形槽上升最大高度,(,木块未离开弧形槽,),；,答案,解析,图,3,答案,0.15 m,13/36,解析,设木块沿弧形槽上升最大高度为,h,，木块在最高点时速度为零,.,从木块开始运动到沿弧形槽上升到最大高度处，由动能定理得：,FL,fL,mgh,0,其中,f,F,N,mg,0.2,0.5,10 N,1.0 N,14/36,(2),木块沿弧形槽滑回,B,端后，在水平桌面上滑行最大距离,.,答案,解析,答案,0.75 m,解析,设木块离开,B,点后沿桌面滑行最大距离为,x,.,由动能定理得：,mgh,fx,0,15/36,针对训练,2,如图,4,所表示，质量,m,1 kg,木块静止在高,h,1.2 m,平台上，木块与平台间动摩擦因数,0.2,，用水平推力,F,20 N,，使木块滑行,l,1,3 m,时撤去，木块又滑行,l,2,1 m,后飞出平台，求木块落地时速度大小,.(,g,取,10 m/s,2,),答案,解析,图,4,答案,11.3 m/s,16/36,解析,解法一,取木块为研究对象，其运动分三个过程，先匀加速前进,l1,，后匀减速前进,l,2,，再做平抛运动，对每一过程，分别由动能定理得,解得,v,3,11.3 m/s,解法二,对全过程由动能定理得,代入数据解得,v,11.3 m/s,17/36,动能定理常与平抛运动、圆周运动相结合，处理这类问题要尤其注意：,(1),与平抛运动相结合时，要注意应用运动合成与分解方法，如分解位移或分解速度求平抛运动相关物理量,.,(2),与竖直平面内圆周运动相结合时，应尤其注意隐藏临界条件：,有支撑效果竖直平面内圆周运动，物体能经过最高点临界条件为,v,min,0.,没有支撑效果竖直平面内圆周运动，物体能经过最高点临界条件为,v,min,.,三、动能定理在平抛、圆周运动中应用,18/36,例,3,如图,5,所表示，一能够看成质点质量,m,2 kg,小球以初速度,v,0,沿光滑水平桌面飞出后，恰好从,A,点沿切线方向进入圆弧轨道，,BC,为圆弧竖直直径，其中,B,为轨道最低点，,C,为最高点且与水平桌面等高，圆弧,AB,对应圆心角,53,，轨道半径,R,0.5 m.,已,知,sin 53,0.8,，,cos 53,0.6,，不计空气阻,力，,g,取,10 m/s,2,.,(1),求小球初速度,v,0,大小；,答案,解析,图,5,答案,3 m/s,19/36,小球由桌面到,A,点过程中，由动能定理得,由,得：,v,0,3 m/s.,20/36,(2),若小球恰好能经过最高点,C,，求在圆弧轨道上摩擦力对小球做功,.,答案,4 J,代入数据解得,W,f,4 J.,答案,解析,21/36,例,4,某游乐场滑梯能够简化为如图,6,所表示竖直面内,ABCD,轨道，,AB,为长,L,6 m,、倾角,37,斜轨道，,BC,为水平轨道，,CD,为半径,R,15 m,、圆心角,37,圆弧轨道，轨道,AB,段粗糙，其余各段均光滑,.,一小孩,(,可视为质点,),从,A,点以初速度,v,0,2 m/s,下滑，沿轨道运动到,D,点时速度恰好为零,(,不计经过,B,点时能量损失,).,已知该小孩质量,m,30 kg,，取,sin 37,0.6,，,cos 37,0.8,，,g10 m/s,2,，不计空,气阻力，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，求：,(1),该小孩第一次经过圆弧轨道,C,点时，对圆弧,轨道压力；,四、动能定理在多过程往复运动中应用,图,6,答案,420 N,，方向向下,答案,解析,22/36,解析,由,C,到,D,速度减为,0,，由动能定理可得,依据牛顿第三定律，小孩对轨道压力大小为,420 N,，方向向下,23/36,(2),该小孩与,AB,段动摩擦因数；,答案,解析,答案,0.25,解析,小孩从,A,运动到,D,过程中，由动能定理得：,可得：,0.25,24/36,(3),该小孩在轨道,AB,上运动总旅程,s,.,答案,解析,答案,21 m,解析在,AB,斜轨上，,mg,cos,mg,sin,，小孩不能静止在斜轨上，则小孩从,A,点以初速度,v,0,滑下，最终静止在,BC,轨道,B,处,.,解得,s,21 m.,25/36,1.,在含有摩擦力往复运动过程中，注意两种力做功区分：,(1),重力做功只与初末位置相关，而与路径无关；,(2),滑动摩擦力,(,或全部阻力,),做功与路径相关，克服摩擦力,(,或全部阻力,),做功,W,fs,(,s,为旅程,).,2.,因为动能定了解题优越性，求多过程往复运动问题中旅程，普通应用动能定理,.,归纳总结,26/36,达标检测,27/36,1,2,3,4,1.,(,用动能定理求变力功,),如图,7,所表示，质量为,m,物体与水平转台间动摩擦因数为,，物体与转轴相距,R,，物体随转台由静止开始转动,.,当转速增至某一值时，物体即将在转台上滑动，此时转台开始匀速转动,.,设物体最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力，则在整个过程中摩擦力对物体做功是,A.0 B.2,mgR,答案,解析,图,7,28/36,1,2,3,4,解析,物体即将在转台上滑动但还未滑动时，转台对物体最大静摩擦力恰好提供向心力，设此时物体做圆周运动线速度为,v,，,在物体由静止到取得速度,v,过程中，物体受到重力和支持力不做功，只有摩擦力对物体做功，,29/36,2.,(,用动能定理求变力功,),质量为,m,物体以初速度,v,0,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,8,所表示,.,已知物体与水平面间动摩擦因数为,，物体与弹簧相碰后，弹簧最大压缩量为,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功为,图,8,C.,mgs,D.,mg,(,s,x,),1,2,3,4,答案,解析,30/36,3.,(,利用动能定理分析多过程往复运动问题,),如图,9,所表示，,ABCD,为一竖直平面内轨道，其中,BC,水平，,A,点比,BC,高出,10 m,，,BC,长,1 m,，,AB,和,CD,轨道光滑,.,一质量为,1 kg,物体，从,A,点以,4 m/s,速度开始运动，经过,BC,后滑到高出,C,点,10.3 m,D,点速度为,0.,求：,(,g,取,10 m/s,2,),(1),物体与,BC,轨道间动摩擦因数；,答案,0.5,解析,由动能定理得,图,9,解得,0.5.,1,2,3,4,答案,解析,31/36,(2),物体第,5,次经过,B,点时速度；,答案,13.3 m/s,解析,物体第,5,次经过,B,点时，物体在,BC,上滑动了,4,次，,1,2,3,4,答案,解析,32/36,(3),物体最终停顿位置,(,距,B,点多少米,).,答案,距,B,点,0.4 m,解析,分析整个过程，由动能定理得,1,2,3,4,答案,解析,解得,s,21.6 m.,所以物体在轨道上往返运动了,10,次后，还有,1.6 m,，故最终停顿位置与,B,点距离为,2 m,1.6 m,0.4 m.,33/36,1,2,3,4,4.,(,动能定理在平抛、圆周运动中应用,),如图,10,所表示，一个质量为,m,0.6 kg,小球以初速度,v,0,2 m/s,从,P,点水平抛出，从粗糙圆弧,ABC,A,点沿切线方向进入,(,不计空气阻力，进入圆弧时无动能,损失,),且恰好沿圆弧经过最高点,C,，已知圆弧圆心,为,O,，半径,R,0.3 m,，,60,，,g,10 m/s,2,.,求：,(1),小球抵达,A,点速度,v,A,大小；,答案,解析,图,10,答案,4 m/s,代入数据解得,v,A,4 m/s,34/36,1,2,3,4,(2),P,点到,A,点竖直高度,H,；,答案,解析,答案,0.6 m,解析,从,P,点到,A,点小球做平抛运动，竖直分速度,v,y,v,0,tan,由运动学规律有,v,y,2,2,gH,解得,H,0.6 m,35/36,(3),小球从圆弧,A,点运动到最高点,C,过程中克服摩擦力所做功,W,.,答案,1.2 J,代入数据解得,W,1.2 J.,1,2,3,4,答案,解析,36/36,