2020高中物理 第七章 机械能守恒定律 核心素养微课5课件 新人教版必修2

第七章机械能守恒定律核心素养微课(五)课题一运用动能定理求解变力做功•在许多物理问题中，做功的力是变力，不能根据功的公式直接计算做的功。可以通过动能定理间接求出。•动能定理建立的是外力的总功和物体动能变化之间的一个双向联系，既可以由总功求物体动能的变化，也可以通过物体动能的变化间接求出外力做的功。动能定理是计算变力做功常见的、有效的方法。典例1如图所示，AB为14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为μ，当它从轨道顶端A由静止下滑时，恰好运动到C处停止，那么物体在AB段克服摩擦力做的功为()A．12μmgRB．12mgRC．mgRD．(1－μ)mgRD•解题指导：物体从A运动到B所受弹力不断发生变化，摩擦力大小也随之变化，所以物体在AB段克服摩擦力做的功，不能直接用功的公式求解。而物体在BC段克服摩擦力做的功可以由公式直接表示。所以对从A到C全过程应用动能定理即可求得物体在AB段克服摩擦力做的功。•解析：设物体在AB段克服摩擦力做功为WAB，物体从A到C的全过程，根据动能定理有mgR－WAB－μmgR＝0，所以有WAB＝mgR－μmgR＝(1－μ)mgR，D正确。•〔对点训练1〕(2018·江苏省无锡市江阴四校高一下学期期中联考)一质量为m的小球，用长为L的轻绳悬挂于O点。小球在水平力F作用下，从平衡位置P点很缓慢地移动到Q点，如图所示，则力F所做的功为()•A．mgLcosθ•B．mgL(1－cosθ)•C．FLsinθ•D．FLcosθ•解析：由动能定理知WF－mg(L－Lcosθ)＝0，则WF＝mg(L－Lcosθ)，故B正确。B课题二多过程问题中动能定理的应用技巧•对于包含多个运动阶段的复杂运动过程，可以选择分段或全程应用动能定理。•(1)分段应用动能定理时，将复杂的过程分割成一个个子过程，对每个子过程的做功情况和初、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的各力的做功情况，分析每个力的做功，确定整个过程中合外力做的总功，然后确定整个过程的初、末动能，针对整个过程利用动能定理列式求解。•当题目不涉及中间量时，选择全程应用动能定理更简单、更方便。•(2019·河北省邯郸市四县(区)高一下学期期中)如图所示，质量m＝1kg的木块静止在高h＝1.2m的平台上，木块与平台间的动摩擦因数μ＝0.2，用水平推力F＝20N，使木块产生位移l1＝3m时撤去，木块又滑行l2＝1m时飞出平台，求木块落地时速度的大小？(g取10m/s2)典例2•解题指导：木块的运动分为三个过程：①匀加速运动②匀减速运动③平抛运动。•方法(1)可对每个分过程应用动能定理列方程联立求解。•方法(2)可对整个运动过程应用动能定理列式求解。计算总功时，应计算整个过程中出现过的各力做功的代数和。解析：解法一：取木块为研究对象。其运动分三个过程，先匀加速运动l1，后匀减速运动l2，再做平抛运动，对每一个过程，分别列动能定理方程得：Fl1－μmgl1＝12mv21，－μmgl2＝12mv22－12mv21，mgh＝12mv23－12mv22，解得v3＝82m/s。解法二：对全过程由动能定理得：Fl1－μmg(l1＋l2)＋mgh＝12mv2－0，代入数据得v＝82m/s。答案：82m/s•〔对点训练2〕(多选)将质量m＝2kg的一个小球从离地面H＝2m高处由静止开始释放，落入泥潭并陷入泥中h＝5cm深处，不计空气阻力，求泥对小球的平均阻力。(g取10m/s2)•答案：820N解析：方法一：(应用动能定理分段求解)对小球在空中运动阶段应用动能定理，有mgH＝12mv2－0对小球在泥潭中运动阶段应用动能定理，有mgh－Fh＝0－12mv2由以上两式解得泥对小球的平均阻力F＝H＋hh·mg＝2＋0.050.05×2×10N＝820N方法二：(应用动能定理整体求解)对小球在整个运动阶段应用动能定理，有mg(H＋h)－Fh＝0－0所以，泥对小球的平均阻力F＝H＋hh·mg＝2＋0.050.05×2×10N＝820N。•1．(2019·武汉市武昌区高一下学期检测)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()A．12mv20－μmg(s＋x)B．12mv20－μmgxC．μmgsD．μmg(s＋x)A解析：由动能定理得：－W－μmg(s＋x)＝－12mv20W＝12mv20－μmg(s＋x)。故A正确。故选A。•2．(2019·山东潍坊一中高一下学期质检)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，物块在受到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μ＝0.2，(g取10m/s2)求：•(1)AB间的距离；•(2)水平力F在5s时间内对物块所做的功。•答案：(1)4m(2)24J解析：(1)在3s～5s内物块在水平恒力F作用下由B点匀加速沿直线运动到A点，设加速度为a，AB间的距离为s，则F－μmg＝maa＝F－μmgm＝4－0.2×1×101m/s2＝2m/s2s＝12at2＝4m(2)设整个过程中F做的功为WF，物块回到A点时的速度为vA，由动能定理得：WF－2μmgs＝12mv2Av2A＝2asWF＝2μmgs＋mas＝24J。•3．(2019·山东省烟台市高一下学期期中)在游乐节目中，选手需借助悬挂在高处的绳飞越到水面的浮台上，如图所示。我们将选手简化为质量m＝60kg的质点，选手抓住绳由静止开始摆动，此时绳与竖直方向夹角α＝53°，绳长l＝2m，绳的悬挂点O距水面的高度为H＝3m。不考虑空气阻力和绳的质量，浮台露出水面的高度不计，水足够深。取重力加速度g＝10m/s2，sin53°＝0.8，cos53°＝0.6。•(1)求选手摆到最低点时对绳的拉力的大小F；•(2)若选手摆到最低点时松手，落到了浮台上，试用题中所提供的数据算出落点与岸的水平距离；•(3)若选手摆到最高点时松手落入水中。设水对选手的平均浮力f1＝800N，平均阻力f2＝700N，求选手落入水中的深度d。答案：(1)1080N(2)(85＋455)m(3)1.2m解析：(1)对整个过程由动能定理得：mgl(1－cosα)＝12mv2圆周运动F′－mg＝mv2l解得F′＝(3－2cosα)mg人对绳的拉力F＝F′则F＝1080N(2)由mgL(1－cosα)＝12mv2可得，最低点的速度为4m/sH－l＝12gt2x＝vt解得x＝455mx总＝lsin53°＋x＝(85＋455)m(3)对整个过程由动能定理得：mg(H－lcosα＋d)－(f1＋f2)d＝0则d＝mgH－lcosαf1＋f2－mg解得d＝1.2m