内容正文:
必刷题十三 动能和动能定理
1.对动能的理解:
(1)相对性:选取不同的参考系,物体的速度
不同,动能也不同,一般以地面为参考系.
(2)状态量:动能是表征物体运动状态的物理
量,与物体的运动状态(或某一时刻的速度)
相对应.
(3)标量性:只有大小,没有方向;只有正值,
没有负值.
(4)动能变化量:物体动能的变化是末动能与
初动能之差,即ΔEk=
1
2mv
2
2-
1
2mv
2
1
若ΔEk>0,表示物体的动能增加;若ΔEk<0,表
示物体的动能减少,若ΔEk=0,表示物体的
动能不变.
2.对动能定理的理解:
(1)动能定理虽然是在一个物体受到恒力作
用且物体做直线运动的简单情况下推导出来
的,但它同样适用于变力做功的情况;既适用
于物体做直线运动的情况,也适用于物体做
曲线运动的情况.
(2)动能定理的表达式是一个标量式,应用时
比较简单.
(3)物体运动的过程比较复杂时,运用动能定
理列式求解的方法很灵活,有分段列式法和
全程列式法.物体运动有几个过程时,对全程
列式比较简单.对全程列式时,关键是分清整
个过程有哪些力做功,且各力做功应与位移
对应,并确定初始状态和最终状态的动能.
(4)当研究的问题中涉及几个物体时,应用动
能定理求解,可分别对每个物体单独用动能
定理列式,公式涉及的速度和位移都应是相
对于地面的.
【例】 下列关于运动物体的合力、合力做功和
动能变化的关系正确的是 ( )
A.如果物体所受的合力为零,那么,合力对物
体做的功一定为零
B.如果合力对物体所做的功为零,则合力一
定为零
C.物体在合力作用下做变速运动,动能一定
变化
D.物体的动能不变,所受的合力必定为零
【解析】 如果物体所受合力为零,根据功的
公式W=Flcosα可知,合力对物体做的功一
定为零,故 A正确;如果合力做的功为零,但
合力不一定为零,也可能物体的合力和运动
方向垂直而不做功,比如匀速圆周运动,故B
错误;物体做变速运动可能是速度方向变化
而速度大小不变,所以做变速运动的物体,动
能可能不变,故C错误;物体动能不变,根据
动能定理可知,合力不做功,但合力不一定为
零,故D错误.故选A.
【答案】 A
应用动能定理解题的步骤
(1)选取研究对象,明确并分析运动过程,
这个过程可以是单一过程,也可以是全过程.
(2)对研究对象进行受力分析.(注意哪些
力做功或不做功)
(3)写出该过程中合力做的功,或分别写出
各个力做的功(注意功的正负)
如果研究过程中物体受力情况有变化,要
分别写出该力在各个阶段做的功.
(4)写出物体的初、末动能.
(5)按照动能定理列式求解.(注意动能增
量是末动能减初动能)
·13·
|第一部分 收官之作·完胜上一学期|
知识点1 动能
1.一物块由静止开始从粗糙斜面上的某点加速
下滑到另一点,在此过程中重力对物体做的
功等于 ( )
A.物体动能的增加量
B.物体动能的增加量与物体克服摩擦力做的
功之和
C.物体重力势能的减少量和物体克服摩擦力
做的功之和
D.物体重力势能的减少量和物体动能的增加
量以及物体克服摩擦力做的功之和
2.(多选)某同学在练习足球时,将足球朝竖直
的墙壁踢出.假设足球的质量为m=0.5kg、
足球与墙壁碰撞的瞬间速度大小为v=5m/s,
如果以足球被踢出的速度方向为正,足球与
墙壁碰后以等大的速度反弹.则 ( )
A.速度的变化量为-10m/s
B.速度的变化量为10m/s
C.动能的变化量为25J
D.动能的变化量为0
知识点2 动能定理
3.运动员把质量为400g的足球从静止踢出后,
研究足球在空中的飞行情况,估计上升的最
大高度为4m,在最高点的速度为15m/s,若
不计空气阻力且g取10m/s2,则运动员踢球
时对足球做的功为 ( )
A.16J B.29J C.45J D.61J
4.一物体沿直线运动的v-t关系如图所示,已
知前2秒内合外力对物体做的功为W.则前8
秒内合外力对物体做的功为 ( )
A.-0.5W B.0.25W
C.2.5W D.6.5W
知识点3 应用动能定理解题
5.从地面竖直向上抛出一个质量为1kg的小
球,其上升和下降过程中的动能-位移图像
如图所示.其中E0 为竖直上抛的初动能,空
气阻力大小恒定,g 取10m/s2,结合图像信
息可判断下列说法中正确的是 ( )
A.该图像取竖直向下方向为位移的正方向
B.小球抛出后,上升的最大高度为60m
C.空气阻力的大小为1.5N
D.初动能E0的大小为540J
6.如图所示,一半径为 R、
粗糙程度处处相同的半
圆形轨道竖直固定放置,
直径 POQ 水平.一质量
为m 的小球(可看成质
点)从P 点上方高为R 处由静止开始下落,恰
好从P 点进入轨道.小球滑到轨道最低点 N
时,对轨道的压力大小为4mg,g为重力加速
度.用W 表示小球从P 点运动到N 点的过程
中克服摩擦力所做的功,则 ( )
A.W=12mgR
,小球恰好可以到达Q 点
B.W>12mgR
,小球不能到达Q 点
C.W=12mgR
,小球到达Q 点后,继续上升一
段距离
D.W<12mgR
,小球到达Q 点后,继续上升一
段距离
7.如图为一简化的跳台滑雪的雪道示意图.助
滑坡由AB和BC 组成,AB是倾角为37°的斜
坡,长度为L=100m,BC为半径R=20m的
圆弧面,二者相切于 B 点,与水平面相切于
C,∠BOC=37°,雪橇与滑道间的动摩擦因数
为μ=0.4处处相等,CD 为竖直跳台.运动员
连同滑雪装备总质量为70kg,从A 点由静止
滑下,通过C点水平飞出,飞行一段时间落到
着陆坡DE 上的E 点.运动员运动到C 点时
的速度是20m/s,CE 间的竖直高度hCE =
·23·
|假日必刷题·物理|
41.25m.不计空气阻力.全程不考虑运动员
使用滑雪杖助力,试求:
(1)运动员在E点着陆前瞬时速度大小;
(2)运动员到达滑道上的C 点时受到的支持
力大小和加速度大小;
(3)运动员从A 点滑到C 点过程中克服阻力
做的功.
8.如图所示,光滑水平面上有一木板,其长度为
L,质量 M=1kg,在木板的左端放置一小滑
块,质量m=1kg,滑块与木板间的动摩擦因
数μ=0.2,距木板的右端d=4m处有底端与
木板 等 高 的 半 圆 形 轨 道,轨 道 半 径 R=
0.5m,对小滑块施加F=10N的水平外力,
作用1s后撤去外力,此时滑块刚好滑到距木
板左端1
3L
处,木板与轨道下端的墙壁相碰
后立即静止,此后滑块滑上半圆形轨道,且滑
块恰好通过轨道最高点,g取10m/s2,试求:
(1)木板的长度L;
(2)滑块滑上半圆形轨道最低点时对轨道的
压力;
(3)滑块在半圆形轨道上运动时克服摩擦力
做的功.
(2024·安徽卷)某同学参加户外拓展活动,
遵照安全规范,坐在滑板上,从高为h的粗糙
斜坡顶端由静止下滑,至底端时速度为v。已
知人与滑板的总质量为 m,可视为质点。重
力加速度大小为g,不计空气阻力。则此过程
中人与滑板克服摩擦力做的功为 ( )
A.mgh B.12mv
2
C.mgh+12mv
2 D.mgh-12mv
2
·33·
|第一部分 收官之作·完胜上一学期|
ΔEP1=W1=
1
2kL
2
0
第二次拉伸弹性势能的变化为
ΔEP2=W2-W1=
2kL0
2
·2L0-
kL0
2
·L0=
3
2kL
2
0
所以两次弹性势能的变化之比为1∶3,C错误;拉伸过
程中弹簧的弹力做了负功,所以弹簧的弹性势能增加.D
错误.故选B.
6.D 如图甲,弹簧的劲度系数k=ΔFΔx=600N
/m
弹簧的压缩量mg=kx
解得x=3cm
A错误;弹簧的形变越大,弹性势能越大,B错误;弹簧是
个压缩过程,此过程中弹簧弹力对物体做负功,C错误;
弹簧的弹性势能EP=
1
2kx
2=0.27J
D正确.故选D.
【刷综合题】
7.【解析】 (1)A静 止 时 设 弹 簧 压 缩 了x1,则 有:kx1=
mAg,所以:x1=
mAg
k =0.2m
,
设B刚要离开地面时弹簧伸长了x2,
则kx2=mBg,所以x2=
mBg
k =0.1m
,
所以在此过程中A上升的高度:
h=x1+x2=(0.2+0.1)m=0.3m;
(2)由位移公式:h=12at
2,
代入数据解得:a=15m/s2,
当弹簧处于压缩状态时,A受弹力向上,故有:
F+kx-mAg=mAa
当压缩量x最大时,F 最小,此时:x=x1,
所以:Fmin=mAg+mAa-kx1,
代入数据解得:Fmin=240N;
当弹簧处于伸长状态时,A受弹力向下,故有:
F-kx-mAg=mAa
当伸长量x最大时,F 最大,此时:x=x2,
所以:Fmax=mAg+mAa+kx2,
代入数据解得:Fmax=480N;
(3)弹性势能改变量:
ΔEp=Ep2-Ep1=
1
2kx
2
2-
1
2kx
2
1=-12J;
(4)由ΔEp=-12J知弹性势能减少了12J,则弹簧对
A物体做了正功为12J.
【答案】 (1)0.3m;(2)480N,240N;(3)-12J;
(4)正功,12J
8.【解析】 (1)由题意可知,物块在A 点时平衡,则有
mg=kd
解得d=mgk ①
(2)a.F-x图像如图所示
在物块从O 点到O'点的过程中,弹
簧弹力 做 负 功.参 考 由 速 度—时 间
图像 求 位 移 的 方 法,F-x 图 线 下 的
面积等于弹力做 的 功,所 以 弹 簧 弹
力做的功
W 弹 =-12k
(2d)2 ②
设物块在O 点时弹簧的弹性势能为EpO,则有
W 弹 =EpO-EpO' ③
联立①②③式解得EpO'=
2m2g2
k
b.在物块从O 点到O'点的过程中,根据动能定理
mg·2d+W 弹 =12mv
2
2-
1
2mv
2
1 ④
联立①②④式解得v1=v2
【答案】 (1)d=mgk
;
(2)a.示意图见解析 EpO'=
2m2g2
k
,b. 见解析
【刷高考题】
A 返回舱在减速过程中,加速度竖直向上,处于超重状
态,故A正确,B错误;主伞的拉力与返回舱运动方向相
反,对返回舱做负功,故C错误;返回舱的重力与返回舱
运动方向相同,重力对返回舱做正功,故D错误。
必刷题十三 动能和动能定理
【刷基础题】
1.B 一物块由静止开始从粗糙的斜面上的某点加速下滑
到另一点,在此过程中,物体受重力、支持力、摩擦力,其
中重力做正功,支持力不做功,摩擦力做负功,设重力做
功为WG,物体克服摩擦力做的功为 Wf,物体动能的增
加量为ΔEk.根据动能定理有WG-Wf=ΔEk
则WG=Wf+ΔEk
此过程中重力对物体做的功等于物体动能的增加量与
物体克服摩擦力做的功之和,B正确.故选B.
2.AD 速度的变化量为矢量
Δv=-v-v= -5-5 m/s=-10m/s
故A正确,B错误;动能的变化量为标量
ΔEk=
1
2mv
2-12mv
2=0
故C错误,D正确.故选AD.
3.D 运动员踢球时对球做功转化为球的初动能,球从踢
出时到最高点,根据动能定理-mgh=12mv
2-Ek0
解得Ek0=
1
2mv
2+mgh=12×0.4×15
2J+0.4×10×
4J=45J+16J=61J
ABC错误,D正确.故选D.
4.B 设第2s物体的速度大小为v,设物体的质量为m,根
据动能定理有W=12mv
2
根据速度-时间图像,由几何关系可知物体在第8s末
的速度大小为v
2.
设前8s内合外力对物体做的功为W',则根据动能定理
有W'=12mv
'2
联立可得W'=14W=0.25W
故选B.
5.D A.由题可知,E0 为竖直上抛的初动能,随着x 的增
大Ek 在减小,所以图像是取竖直向上为正方向的,故 A
错误;
B.由图 像 可 知,小 球 上 升 了15m 后,Ek 由 E0 变 为
2
3E0
,所以当x=45m时,Ek=0,所以小球抛出后上升
的最大高度为45m,故B错误;
C.设空气阻力大小为f,小球上升过程中,由动能定理可
得ΔEk=(mg+f)Δx
小球下降过程中,由动能定理可得ΔEk=(mg-f)Δx
由图像可知
ΔEk
Δx=mg+f=
E0
45
·96·
|参考答案|
ΔEk
Δx=mg-f=
2E0
135
其中mg=10N,联立解得f=2N
故C错误;
D.由C可知,f=2N,且mg+f=
E0
45
,代入数据解得
E0=540J
故D正确.故选D.
6.C 在 N 点,根据牛顿第二定律有FN-mg=m
v2N
R
解得vN= 3gR
对小球从开始下落至到达 N 点的过程,由动能定理得
mg·2R-W=12mv
2
N-0
解得W=12mgR
由于小球在PN 段某点处的速度大于在NQ 段对称点
处的速度,所以小球在PN 段某点处受到的支持力大于
在NQ 段对称点处受到的支持力,则小球在 NQ 段克服
摩擦力做的功小于在PN 段克服摩擦力做的功,小球在
NQ 段运动时,由动能定理得
-mgR-W'=12mv
2
Q-
1
2mv
2
N
因为W'<12mgR
则小球在 N 处的动能大于小球从N 到Q 克服重力做的
功和克服摩擦力做的功之和,可知vQ>0,所以小球到达
Q 点后,继续上升一段距离,选项C正确.故选C.
【刷综合题】
7.【解析】 (1)运动员经C点做平抛运动,在水平方向
x=vCt
在竖直方向hCE=
1
2gt
2
vy=gt
运动员在E 点着陆前瞬时速度大小
vE= v2C+v2y= 202+g2t2
解得vE=35m/s
(2)在C点,支持力与重力的合力提供向心力,由牛顿第
二定律可得FN-mg=m
v2C
R
运动员受到的支持力大小
FN=mg+m
v2C
R =70×10N+70×
202
20 N=2100N
运动员加速度大小a=v
2
C
R =
202
20m
/s2=20m/s2
(3)运动员从A 到C,由动能定理
mgh+Wf=
1
2mv
2
C-0
h=Lsin37°=35L=60m
Wf=
1
2mv
2
C-mgh=-28000J
因此阻力做功-28000J,运动员从A 点滑到C 点克服阻
力做功28000J.
【答案】 (1)35m/s;(2)2100N,20m/s2;(3)28000J
8.【分析】 本题考查多过程运动问题.
(1)由牛顿第二定律求出滑块和木板的加速度,由二者的
相对位移求出木板长度,撤去外力时滑块及木板的速度;
(2)撤去外力后滑块与木板相对运动,滑块冲上圆弧轨
道,求出滑块滑离木板时的速度,由牛顿第二定律求出
滑块对轨道最低点的压力;
(3)滑块恰好通过轨道最高点,由牛顿第二定律求出滑
块通过最高点的速度,由动能定理求出滑块在半圆形轨
道上运动时克服摩擦力做的功.
【解析】 (1)设滑块加速度大小为a1,由牛顿第二定律
可得F-μmg=ma1
解得a1=8m/s2
设木板加速度大小为a2,由牛顿第二定律可得
μmg=Ma2
解得a2=2m/s2
力F 作用1s后,两者相对位移
d1=
1
3L=
1
2 a1-a2 t
2
1
解得L=9m
(2)力F 作用1s后,滑块和木板速度分别是
v1=a1t1=8m/s,v2=a2t1=2m/s
施加外力的过程木板的位移x1=
1
2a2t
2
1=1m
撤去外力后,滑块做匀减速运动,加速度
a3=μg=2m/s
2
木板继续做匀加速运动,经过t2 时间木板与轨道下端的
墙壁相碰,有d=12a2 t1+t2
2
得t2=1s
此过程两者相对位移
d2= v1t2-
1
2a3t
2
2 - v2t2+12a2t22 =4m
又4m<23L
木板与墙壁相碰时滑块的速度v3=v1-a3t2=6m/s
木板静止后滑块继续减速才滑上半圆形轨道,此过程的
位移d3=
2
3L-d2=2m
设滑块滑上轨道时速度为v4,有v24-v23=-2a3d3
解得v4=2 7m/s
在轨道最低点,由牛顿第二定律有 N-mg=m
v24
R
解得 N=66N
由牛顿第三定律得滑块对轨道的压力N'=66N,方向竖
直向下.
(3)滑块恰好通过轨道最高点,由牛顿第二定律有
mg=
mv25
R
解得v5= 5m/s
设滑块在半圆形轨道上克服摩擦力做的功为W,
则有-2mgR-W=12mv
2
5-
1
2mv
2
4
解得W=1.5J
【答案】 (1)9m;(2)66N,方向竖直向下;(3)1.5J
【点睛】 滑块在滑离木板过程中,需要求出滑块和木板
在不同阶段的加速度、所用时间及各自位移,最后确定
滑块滑离木板时的速度,作出v-t图像,更加直观便捷.
·07·
|假日必刷题·物理|
【刷高考题】
D 人与滑板在下滑的过程中,由动能定理可得
mgh-W 克f=
1
2mv
2-0
可得此过程中人与滑板克服摩擦力做的功为
W 克f=mgh-
1
2mv
2
故选D。
必刷题十四 机械能守恒定律及验证机械
能守恒定律
【刷基础题】
1.D 从P 点向右运动到Q 点的过程中,小朋友受重力和
绳子的拉力,因为忽略一切阻力,绳子的拉力不做功,只
有重力做功,所以机械能守恒,所以机械能一直不变.
故选D.
2.B A.圆环从A 处由静止开始下滑,经过B 处的速度最
大,到达C处的速度为零,所以圆环先做加速运动,再做
减速运动,经过B 处的速度最大,所以经过B 处的加速
度为零,所以加速度先减小,后增大,故 A正确;B.圆环
的动能、重力势能和弹性势能之和守恒,因由 A 到C 的
过程中,弹性势能逐渐变大,则圆环的动能与重力势能
之和逐渐减少,选项B错误;C.由 A 到B 的过程中,因
圆环的动能、重力势能和弹性势能之和守恒,则弹性势
能和动能增加量之和等于重力势能的减小量,则圆环动
能的增加量小于重力势能的减少量,选项C正确;D.研
究圆环从A 处由静止开始下滑到C 过程,由动能定理得
mgh-W 弹 =0-0=0,则W 弹 =mgh,故D正确;故选B.
3.D A.重力对运动员做功为1000J,是正功,则运动员
重力势能减小1000J,A错误;
BCD.除重力外,运动员克服阻力做功100J,即阻力做功
为-100J,故运动员的机械能减小100J,合力对运动员
所做的总功为W=WG+Wf=1000J-100J=900J
是正功,则根据动能定理知运动员动能增加900J,BC错
误,D正确.故选D.
4.D A.对单个物体进行受力分析可知,除了受重力外还
受到绳子的拉力,绳子拉力对 M 做负功,M 的机械能减
小,拉力对m 做正功,m 的机械能增加,即各自机械能都
不守恒,故 A错误;BCD.对两个物体系统 进 行 受 力 分
析,只受重力,故系统机械能守恒,所以 M 减少的机械能
等于m 增加的机械能,M 减少的重力势能等于m 增加
的重力势能、动能与 M 增加的动能之和,故BC错误,D
正确;故选D.
5.【解析】 (1)在验证机械能守恒实验时阻力越小越好,
因此密度大的阻力与重力之比更小
(2)由图中可知OC 之间的距离为xOC =27.90cm,因此
重力势能的减少量为
ΔEp =mgxOC=0.2×9.8×0.2790J=0.547J
匀变速运动时间中点的速度等于这段时间的平均速度,
因此vC=
xBD
2T=
0.330-0.233
2×0.02 m
/s=2.425m/s
因此动能的增加量为
EkC=
1
2mv
2
c=
1
2×0.2×2.425×2.425J=0.588J
工作电压偏高不会影响实验的误差,存在摩擦力会使重
力势能的减少量大于动能的增加量,只有提前释放了纸
带,纸带的初速度不为零,下落到同一位置的速度偏大
才会导致动能的增加量大于重力势能的减少量.
【答案】 (1)阻力与重力之比更小(或其它合理解释)
(2)0.547 0.588 C
6.C 小球从左侧斜面上的O 点由静止滚下,接着冲上平
滑对接的右侧斜面,如果斜面光滑,小球不会有能量损
失,将上 升 到 与 O 点 等 高 的 位 置,即 P 点,故C正 确,
ABD错误.故选C.
【刷综合题】
7.【解析】 (1)物块从 A 滑到B 过程,根据动能定理得:
mgR=12mv
2
小球运动到B 点的速度:v= 2gR
(2)设弹簧最大的压缩量为x1,整个过程根据动能定理
得:0-0=mgR-μmg s+2s+2x1
从弹簧最短处到D 点,由动能定理得:
WP-μmg x1+s =0-0
联立以上方程得:EP=-WP=
1
2
(mgR-μmgs)
(3)物块速度最大时:kx2=μmg
从弹簧最短处到速度最大处,由能量守恒定律得:
EPm=EP+μmg(x1-x2)+
1
2mv
2
m
联立以上方程得:EP=μmgs+μ
2m2g2
k -
1
2mv
2
m
【答案】 (1) 2gR (2)12
(mgR-μmgs)
(3)μmgs+μ
2m2g2
k -
1
2mv
2
m
8.【解析】 (1)小球离开C 后做平抛运动,由平抛运动规
律有1
2R=
1
2gt
2
且R=vCt
小球在 由 C 到A 的 过 程 中 由 动 能 定 理 有 mg× R2 =
1
2mv
2
A-
1
2mv
2
C
解得vA= 2Rg
(2)小球在由A 到B 的过程中由动能定理有mg×R=
1
2mv
2
B-
1
2mv
2
0
对小球在到达B 点前瞬间受力分析有FNB1-mg=m
v2B
R
对小球在到达B 点后瞬间受力分析有FNB2-mg=m
v2B
R1
由几何关系有2R1=
3
2R
由题意有FNB2-FNB1=2mg
解得v0=2 Rg
(3)小球从A 点出发最后又回到A 点的过程中,只在B
点到C 点的过程中克服阻力做功,机械能减小.由功能
关系有W 克 =12mv
2
0-
1
2mv
2
A=mgR
【答案】 (1) 2Rg;(2)2 Rg;(3)mgR
【刷高考题】
B 由足球的运动轨迹可知,足球在空中运动时一定受
到空气阻力作用,则从1到2重力势能增加,则1到2动
能减少量大于mgh,A错误,B正确;从2到3由于空气
阻力作用,则机械能减小,重力势能减小 mgh,则动能增
加小于 ,选项CD错误。故选B。
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|参考答案|