高中物理物理总复习：动能、动能定理物理总复习：动能、动能定理【考纲要求】【考纲要求】1、理解动能定理，明确外力对物体所做的总功与物体动能变化的关系；2、会用动能定理分析相关物理过程；3、熟悉动能定理的运用技巧；4、知道力学中各种能量变化和功的关系，会用动能定理分析问题知识网络】【知识网络】【考点梳理】【考点梳理】考点一、动能考点一、动能1动能是物体由于运动所具有的能，其计算公式为Ekmv2动能是标量，其单2位与功的单位相同国际单位是焦耳（J）考点二、动能定理考点二、动能定理1 1、动能定理、动能定理合外力对物体所做的功等于物体动能的变化，这个结论叫做动能定理高中物理高中物理2 2、动能定理的表达式、动能定理的表达式W Ek2 Ek1式中 W 为合外力对物体所做的功，Ek2为物体末状态的动能，Ek1为物体初状态的动能动能定理的计算式为标量式，v为相对同一参考系的速度，中学物理中一般取地球为参考系要点诠释：要点诠释：1、若物体运动过程中包含几个不同的过程，应用动能定理时，可以分段考虑，也可以视全过程为整体来处理2、应用动能定理解题的基本步骤（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的做功情况：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）明确物体在始、末状态的动能Ek1和Ek24）列出动能定理的方程W Ek2 Ek1及其他必要的辅助方程，进行求解动能定理中的W总是物体所受各力对物体做的总功，它等于各力做功的代数和，即W总=W1W2W3若物体所受的各力为恒力时，可先求出F合，再求W总 F合lcos3、一个物体动能的变化Ek与合外力做的功W总具有等量代换的关系因为动能定理实质上反映了物体动能的变化，是通过外力做功来实现的，并可以用合外力的功来量度Ek0，表示物体动能增加，其增加量就等于合外力做的功；Ek0，表示物体动能减少，其减少量就等于合外力做负功的绝对值；Ek0，表示物体动能不变，合外力对物体不做功这种等量代换关系提供了一种计算变力做功的简便方法考点三、考点三、实验：探究动能定理实验：探究动能定理实验步骤实验步骤1按图组装好实验器材，由于小车在运动中会受到阻力，把木板略微倾斜，作为补偿高中物理高中物理2先用一条橡皮筋进行实验，把橡皮筋拉伸一定长度，理清纸带，接通电源，放开小车3 换用纸带，改用 2 条、3 条同样的橡皮筋进行第 2 次、第 3 次实验，每次实验中橡皮筋拉伸的长度都相同4由纸带算出小车获得的速度，把第 1 次实验获得的速度记为v1，第 2 次、第 3 次记为v2、v3。
5对测量数据进行估计，大致判断两个量可能的关系，然后以 W 为纵坐标，v2（或v，v3，v为横坐标作图典型例题】【典型例题】类型一、应用动能定理时过程的选取问题类型一、应用动能定理时过程的选取问题在应用动能定理时，针对这种多过程问题，既可以分段利用动能定理列方程求解，也可以对全过程利用动能定理列方程求解，解题时可灵活选择应用不过全过程用动能定理列方程求解往往比较简捷，应优先考虑例例 1 1、如图所示，一质量为 2 的铅球从离地面 2m 高处自由下落，陷入沙坑 2 cm 深处，求沙子对铅球的平均阻力取g 10m/s2)高中物理高中物理【思路点拨】分析外力做功，哪个力做多少功，（力多大，位移是多少）,分析初态的动能、末态的动能，根据动能定理列出方程求解如果初态、末态取得好，计算要简单的多，那就是对全过程应用动能定理答案】2020 N【解析】铅球的运动分为自由下落和陷入沙坑中的减速两过程，可根据动能定理分段列式，也可对全过程用动能定理方法一：分阶段列式1设小球自由下落到沙面时的速度为v，则mgH mv2021设铅球在沙坑中受到的阻力为 F，则mghFh 0mv22代入数据，解得 F=2020 N。
方法二：全过程列式全过程重力做功mg(H h)，进入沙坑中阻力做功 Fh，从全过程来看动能变化为零，则由W Ek2 Ek1，得mg(H h)Fh 00解得F mg(H h)2020Nh【总结升华】若物体运动过程中包含几个不同的过程，应用动能定理时，可以分段考虑，也可以视全过程为整体来处理对全过程应用动能定理，一般来说都要简单一些，因为减少了中间环节，如果初、末状态的动能为零，解题就很简捷了举一反三【变式】如图所示，ABCD 是一个盆式容器，盆内侧壁与盆底BC 的连接处都是一段与 BC 相切的圆弧，BC 为水平的，其距离 d=0.50 m，盆边缘的高度为 h=0.30 m 在 A 处放一个质量为 m 的小物块并让其从静止出发下滑已知盆内侧壁是光滑的，而盆底BC 面与小物块间的动摩擦因数为=0.10小物块在盆内来高中物理高中物理回滑动，最后停下来，则停的地点到 B 的距离为（）A0.50 mB0.25 mC0.10 mD0【答案】D【解析】分析小物块的运动过程，AB、CD 段光滑，不消耗机械能，只是BC 段摩擦力做功，小物块在盆内来回滑动，由于克服摩擦力做功，物块的机械能不断减少摩擦力做功等于力乘以路程。
在 A 处为初态，最后静止下来的那点为末态，初态、末态的动能都为零，设小物块在 BC 段滑行的总路程为s，摩擦力做负功为mgs，重力做正功为mgh，根据动能定理可得mghmgs 0，物块在BC 之间滑行的总路程s mghh3m，小物块正好停在B 点，所以D 选项正mg确本题如果根据功和能的关系理解也很简单：物体的重力势能全部用于克服摩擦力做功，计算式为：mgh mgs类型二、利用动能定理求变力做功的问题类型二、利用动能定理求变力做功的问题如果是恒力做功问题，往往直接用功的定义式求解但遇到变力做功问题，需借助动能定理等功能关系进行求解分析清楚物理过程和各个力的做功情况后，对全过程运用动能定理可简化解题步骤高清课堂：动能、动能定理例【高清课堂：动能、动能定理例 4 4】例例 2 2、质量为 m 的小球被系在轻绳的一端，在竖直平面内做半径为 R 的圆高中物理高中物理周运动，如图所示，运动过程中小球受到空气阻力的作用设某一时刻小球通过轨道的最低点，此时绳子所受拉力为 7mg，此后小球继续做圆周运动，经过半个圆周恰能通过最高点，则在此过程中小球克服空气阻力所做的功为（）mgRmgRB84mgRCDmgR2A【思路点拨】理解“最低点，此时绳子所受拉力为7mg”的意义，可以求什么，理解“经过半个圆周恰能通过最高点”的意义，是重力提供向心力。
从最低点到最高点，有阻力，求阻力做的功，根据动能定理列方程求解答案】C【解析】小球所受空气阻力时刻在变化，运动情况和受力情况均比较复杂，用动能定理求解比较容易从“小球通过轨道的最低点绳子所受拉力为 7mg”可以求出最低点的速度；从“经过半个圆周恰能通过最高点”可以求出最高点的速度最低点为初态，最高点为末态，从低到高，重力做负功，阻力也做负功（用正负号均可）v12小球在最低点，合力提供向心力：7mg mg m得v12 6gRR2v22 gR小球在最高点，重力提供向心力：mg m得v2R根据动能定理有：mg2RWf故 C 选项正确112m(v2v12)得Wf mgR，22【总结升华】求解变力的功时最常用的方法是利用动能定理或功能关系从能量的高中物理高中物理角度来解决本题关键要理解隐含条件的物理意义，可以求什么另外还有一些方法如：将变力转化为恒力；平均方法（仅大小变化且为线性变化的力）；利用F s图象的面积；利用W Pt（功率恒定时）举一反三举一反三【变式】如图所示，质量为 m 的物块与转台之间能出现的最大静摩擦力为物块重力的 k 倍，它与转轴OO相距 R物块随转台由静止开始转动，当转速增加到一定值时，物块即将在转台上滑动，在物块由静止到开始滑动前的这一过程中，转台对物块做的功为（）1AkmgRB02C2kmgRD2kmgR【答案】Av2【解析】物块在开始滑动时最大静摩擦力是圆周运动的向心力，故kmg m，R111所以v2 kgR则由动能定理W mv20 mgkR得W mgkR故选222A。
类型三、动能定理的综合应用类型三、动能定理的综合应用在应用动能定理解题时，应注意受力分析和过程分析，先确定受力分析，确定各个力是否做功及做功正负，后进行过程分析以确定物体的初、末状态及动能的变化同时要注意运动过程中物体机械能的损失和物体合运动与分运动的关系高中物理高中物理例例 3 3、（2016 全国卷）如图，一轻弹簧原长为 2R，其一端固定在倾角为 37的固定直轨道AC的底端A处，另一端位于直轨道上B处，弹簧处于自然状态，5直轨道与一半径为R的光滑圆弧轨道相切于C点，AC=7R，A、B、C、D均6在同一竖直面内质量为m的小物块P自C点由静止开始下滑，最低到达E点（未画出），随后P沿轨道被弹回，最高点到达F点，AF=4R，已知P与直轨道341间的动摩擦因数=，重力加速度大小为g取sin37，cos37）554（1）求P第一次运动到B点时速度的大小2）求P运动到点时弹簧的弹性势能3）改变物块P的质量，将P推至E点，从静止开始释放已知P自圆弧轨道的最高点D处水平飞出后，恰好通过G点G点在点左下方，与C点水7平相距R、竖直相距R，求P运动到D点时速度的大小和改变后P的质量2【答案】（1）vB2gR（2）3 5gR12mgR1（3）v0mm553【解析】（1）选P为研究对象，受力分析如图：设P加速度为a，其垂直于斜面方向受力平衡：Gcos N高中物理高中物理沿斜面方向，由牛顿第二定律得：Gsin f ma2且f N，可得：a gsingcosg5对CB段过程，由vt2v02 2as代入数据得B点速度：vB2gR（2）P从C点出发，最终静止在F，分析整段过程；由C到F，重力势能变化量：EP mg 3Rsin减少的重力势能全部转化为内能。
设E点离B点的距离为xR，从C到F，产生热量：Q mgcos(7R 2xR)由Q EP，联立、解得：x=1；研究P从C点运动到E点过程重力做功：WG mgsin(5R xR)摩擦力做功：Wf mgcos(5R xR)动能变化量：Ek=0J由动能定理：12mgR5WG+Wf+W弹=Ek代入得：W弹 12mgR5由E弹 W弹，到E点时弹性势能E弹为（3）其几何关系如下图：可知：OQ R，CQ R由几何关系可得，G点在D左下方，竖直高度差为R，水平距离为 3R设P从D点抛出时速度为v0，到G点时间为t522312高中物理高中物理其水平位移：3R=v0t51223 5gR解得：v05竖直位移：R gt2研究P从E点到D点过程，设P此时质量为m，此过程中：重力做功：WG mg(R 6Rsin)653251mgR10摩擦力做功：Wf mg 6Rcos mgR弹力做功：W弹 E弹1212mgR59mgR1013动能变化量：Ekmv020J 由动能定理：WGWfW弹 Ek将代入，可得：mm【高清课堂：动能、动能定理例【高清课堂：动能、动能定理例 3 3】例例 4 4、质量为m的滑块与倾角为的斜面间的动摩擦因数为，tg。
斜面底端有一个和斜面垂直放置的弹性挡板，滑块滑到底端与它碰撞时没有机械能损失，如图所示，若滑块从斜面上高度为h处以速度v0开始沿斜面下滑，设斜面足够长，求：（1）滑块最终停在何处？（2）滑块在斜面上滑行的总路程是多少？v0h【思路点拨】根据题意tg，滑块最终停在档板处，求滑行的总路程，摩擦力做功按路程计算不是按位移计算，根据动能定理列方程求解高中物理高中物理22gh v0【答案】（1）滑块停在距挡板；（2）2g cos【解析】（1）当物体静止时，做受力分析图，垂直斜面：N mgcosf mgcos mg tancos mgsin平行斜面：F mgsin f 0即物体不能静止于斜面上，滑块最终停在档板处2）设滑块在斜面上滑行的总路程为s，由动能定理，WGWf Ek12即：mgh mgcoss 0mv022)/2gcos解得：。