2013年高中物理得分宝典系列 09专题二 第3章 实验 探究功与速度变化的关系 动能和动能定理

2013年高中物理得分宝典系列 09专题二 第3章 实验 探究功与速度变化的关系 动能和动能定理内容摘要：

1、：探究功与速度变化的关系 动能和动能定理考纲解读考纲内容 要求 名师解读动能和动能定理 1动能定理是高中物理重要的知识点，是高考考查的重点，考纲要求能理解动能定理，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。 高考命题常以新情境、与其它知识综合考查，难度中等。 基础巩固1物体由于运动而具有的能叫 ，动能的大小 能是 量，与速12度的方向 关。 （且恒为正值）2动能是 量，也是相对量，公式中的 v 为瞬时速度的大小，且与参考系的选择关。 （中学物理中，一般选取地球为参考系）3动能定理的内容及表达式合外力对物体所做的功等于。 表达式： 4动能 2、定理的物理意义：动能定理给出了力对物体所做的 与物体 之间的关系，即外力对物体做的总功，对应着物体动能的变化，变化的多少由做功的多少来量度。 5用动能定理求变力所做的功在某些问题中，由于 F 的大小或方向变化，不能直接用 求解力的功，可用动能定理求解，求出物体 的变化和其他 所做的功，即可由 1W 2W n 求得其中变力所做的功。 实验探究拓展实验影响小球动能大小的因素有哪些。 准备三个小球，其中两个质量相同，第三个质量大一些。 （1）把质量相同的两个小球用细线悬挂起来，使两球并排紧靠。 拉开右边的小球，将它从不同高处释放，去撞击左边的小球，右球释放的位置越高，撞击左球时的速度就越大，左球被撞后摆得就越 3、高。 （2）再把一个质量较大的小球同样悬挂起来，将它与右球拉开到同一高度，先后释放，但被质量较大的小球撞击后，左球摆起的高度较大。 练一练：（1）由以上实验可以看出，动能的大小跟运动物体的哪些因素有关。 （2）动能的大小跟运动物体的这些因素有什么具体关系。 参考答案：（1）动能的大小跟运动物体的质量、运动速度有关。 （2）物体的质量 m 越大，运动速度越大，动能就越大。 重点突破一、直击考点考点一 动能常考类型题：考查有关动能及动能变化概念的选择题对动能的理解（1）动能是一个状态量。 （2）动能是相对量。 因为速度大小与参考系的选取有关，因此动能与参考系的选取也密切相关。 一般取地面为参考系。 （3）动能是标量。 4、只有大小没有方向，且只能为正值，没有负值。 （4）动能的变化：E k= E k0，表示物体的动能增加； ，表示物体的动能减少。 【例 1】关于动能，下列说法正确的是（）公式 的速度 v 是物体相对于地面的速度 动能的大小由物体的质量12和速率决定，与物体运动的方向无关物体以相同的速率向东和向西运动，动能的大小相等但方向不同物体以相同的速率做匀速直线运动和曲线运动，其动能不同AB C D考点二 动能定理常考类型题：考查动能定理的应用选择题及计算题（1）对动能定理的理解动能定理表达式中的 v 是速度的大小即速率，不是速度，因此动能是标量，不是矢量，当然也就不遵循矢量运算法则。 【例 2】一个质量为 m 5、的物体静止放在光滑水平面上，在互成 60角的大小相等的两个水平恒力的作用下，经过一段时间，物体获得的速度为 v，在力的方向上获得的速度分别为 v1、v 2，那么在这段时间内，其中一个力做的功为（ ）A 261v B 4 C 23v D 21m 【解析】在合力 F 的方向上，由动能定理得， 21某个分力的功为21 4130，故选项 B 正确。 【答案】B【点评】本题容易错解：在分力 方向上，由动能定理 22211 6)30，故错选 A。 要注意动能定理是标量式，不是矢量式，因此没有矢量分解式。 （2）用动能定理解题合外力对物体所做的功等于物体动能的变化。 对于一个过程，涉及位移（或做功）和过程初末状态的 6、速度（或动能），可以利用动能定理求解。 利用动能定理解题的步骤为，选择研究对象的初末状态，表示出初末状态的动能，分析得出过程中各个力所做的功，表示出各个力做功的代数和，利用动能定理列方程解答。 考查动能定理的试题难度中等。 【例 3】将小球以初速度 直上抛，在不计空气阻力的理想状况下，小球将上升到某一最大高度。 由于有空气阻力，小球实际上升的最大高度只有该理想高度的 80%。 设空气阻力的大小恒定，求小球落回抛出点时的速度大小 v。 （3）用动能定理求解变力做功如果我们研究多个力做功时，其中有一个力是变力，其它的力是恒力，往往用动能定理求这一个变力所做的功。 【例 4】如图所示，竖直平面内放一直角杆 的水平 7、部分粗糙，动摩擦因数的竖直部分光滑。 两部分各套有质量均为 1 小球 A 和B，A 、B 球间用细绳相连 ，此时 A、B 均处于静止状态，已知：3 ， m。 若 A 球在水平拉力 F 的作用下向右缓慢地移动 1 m（取 g10 m/s 2） ，那么（1）该过程中拉力 F 做功多少。 （2）若用 20 N 的恒力拉 A 球向右移动 1 m 时，A 的速度达到了 2 m/s，则此过程中产生的内能为多少。 【解析】 （1）用力 F 缓慢拉 A 球时，分析可知 F 的大小发生了变化，把 A、B 看做整体，由平衡条件可知，A 受杆的支持力 FNmg2做功，摩擦力 2恒力。 对于 A 和 B 组成的系统，由动能 8、定理可得：20 因绳长 L5 m 保持不变，当 A 移动的距离 l1 m 时，设 B 升高了 几何关系可知：（31） 2（4h B） 25 2所以 hBl1 式，可得 1）1101（21） J 14 J （2）如右图所示，若以 F20 N 的恒力拉 A 球，所受拉力及 A 所受摩擦力均为变力。 在 A 移动 1 m 的过程中，对于 球组成的系统，由动能定理得：m 2B0 12 12注意到内能 QW f 且在同一时刻，A、B 两球沿绳方向的分速度相等，即ABv BA则 v B B B由式得 入式得 Q 43（4）对多过程用动能定理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 9、程），此时可以分段考虑，也可以对全过程考虑，但如能对整个过程利用动能定理列方程则使问题简化。 【例 5】如图所示，倾角为 的粗糙直轨道，光滑的圆弧轨道，好在 B 点与圆弧相切，圆弧半径为 R，一个质量为 m 的物体（可以看做质点）从直轨道上的P 点由静止释放，结果它能在两轨道间做往返运动。 已知 等高，物体与轨道 的动摩擦因数为。 求：（1）物体做往返运动的整个过程中在 道上通过的总路程；（2）最终当物体通过圆弧轨道最低点 E 时，对圆弧轨道的压力；（3）为使物体能顺利到达圆弧轨道的最高点 D，释放点距 B 点的距离 L应满足什么。 【解析】 （1）因为摩擦力始终对物体做负功，所以物体最终在圆心角为 10、2的圆弧上往复运动。 对整个过程应用动能定理得：s0，所以 s）对 BE 过程用动能定理得：） E 12FN 式解得 32）设物体刚好到 D 点，则L ） D12由式解得 ：L ) 探究功与速度变化的关系常考类型题：有关实验原理、实验要求的选择、填空题本实验，重点考查的是实验原理及实验要点。 1实验原理和方法【例 6】关于探究功与速度变化的关系实验，下列叙述正确的是（）A每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数据B每次实验中，橡皮筋的拉伸长度没有必要保持一致C放小车的长木板应尽量使其水平D先接通电源，再让小车在橡皮筋的作用下弹出【解析】本实验没有必要测出橡皮筋做的功到底是多少，只要测出以后各次 11、实验时橡皮筋做的功是第一次实验时的多少倍就已经足够了，选项 A 错误；每次实验橡皮筋拉伸的长度必须保持一致，只有这样才能保证每次实验时，橡皮筋做的功是第一次的整数倍，选项 B 错误；小车运动中会受到阻力，只有使木板倾斜到一定程度，才能减小误差，选项 验时，应先接通电源，让打点计时器开始工作，然后再让小车在橡皮筋的作用下，选项 D 正确。 【答案】D【点评】本实验的巧妙之处就在于不需要具体计算橡皮筋所做的功，但要明确实验的原理、步骤及操作方法。 2数据处理本实验中牵涉到的数据处理，主要是求速度进而求出动能的大小。 【例 7】 （2012 唐山摸底）某学习小组在“探究功与速度变化的关系”的实验中采用了下 12、面左图所示的实验装置。 （1）将气垫导轨接通气泵，通过调平螺丝调整气垫导轨使之水平，检查是否调平的方法是_。 （2）如图所示，游标卡尺测得遮光条的宽度d= 验时，将橡皮条挂在滑块的挂钩上，向后拉伸一定的距离，并做好标记，以保证每次拉伸的距离恒定。 现测得挂一根橡皮条时，滑块弹离橡皮条后，经过光电门的时间为t ，则滑块最后匀速运动的速度表达式为_（用字母表示）。 （3）逐条增加橡皮条，记录每次遮光条经过光电门的时间，并计算出对应的速度。 则画出的 象应是。 二、走出误区误区一 误认为动能表达式中的 v 是速度，如果速度的变化量不为零，则动能的变化量不为零。 动能表达式中的 v 是速度的大小，即速率，是标量，而速度是矢量，因此速度变化量不为零，速度的大小不一定变，动能不一定变。 【例 1】一个质量为 0.3 弹性小球，在光滑水平面上以 6 m/s 的速度垂直撞到墙上，碰撞后小球沿相反方向运动，反弹后的速度大小与碰撞前相同。 则碰撞前后小球速度变化量 v 的大小和碰撞过程中墙对小球做功 W 的大小为（ ） v=0 Bv=12 m/s CW=0 DW= 错解：为速度的变化不为零，动能的变化量也不为零，因而误选 B、D。 正解：度是矢量，计算它的变化量要规定正方向，因反弹后小球的速度与碰前速度的方向相反，所以速度的变化量不为零；而动能是标量，计算它的变化量时不规定正方向。