3.动能和动能定理(举一反三讲义)物理人教版必修第二册
2026-05-06
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2份
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51页
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精品
资源信息
| 学段 | 高中 |
| 学科 | 物理 |
| 教材版本 | 高中物理人教版必修 第二册 |
| 年级 | 高一 |
| 章节 | 3. 动能和动能定理 |
| 类型 | 教案-讲义 |
| 知识点 | 动能和动能定理 |
| 使用场景 | 同步教学-新授课 |
| 学年 | 2026-2027 |
| 地区(省份) | 全国 |
| 地区(市) | - |
| 地区(区县) | - |
| 文件格式 | ZIP |
| 文件大小 | 4.37 MB |
| 发布时间 | 2026-05-06 |
| 更新时间 | 2026-05-06 |
| 作者 | 燕小暖 |
| 品牌系列 | 学科专项·举一反三 |
| 审核时间 | 2026-05-06 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/57700908.html |
| 价格 | 4.00储值(1储值=1元) |
| 来源 | 学科网 |
|---|
内容正文:
第3节 动能和动能定理
目录
【学习目标】 1
【思维导图】 2
【知识梳理】 2
知识点1:动能 2
知识点2:动能定理 3
知识点3:动能定理解决变力做功问题............................................................................................................4
知识点4:动能定理解决多过程问题................................................................................................................6
知识点5:动能定理解决曲线运动问题............................................................................................................8
【方法技巧】 10
方法技巧1 应用动能定理解题的步骤 10
方法技巧2 在有摩擦力做功的往复运动过程中,注意两种力做功的区别...................................................10
【巩固训练】 10
【学习目标】
1.知道动能定义和表达式,会计算物体的动能。
2. 会用牛顿定律和运动学公式推导动能定理,理解其含义。
3. 能用动能定理进行相关分析和计算。
重点:理解动能及其表达式,理解动能定理的物理意义。
难点:利用动能定理分析变力做功、曲线运动以及多过程问题。
【思维导图】
【知识梳理】
知识点1:动能
1.定义:物体由于 而具有的能量。
2.表达式:Ek= ,其中m为物体的质量,v为物体的瞬时速度。
3.单位:在国际单位制中,动能的单位是 (J),与功的单位相同。
4.性质
(1)标量性:动能只有 ,没有 ,运算遵循代数运算法则。
(2)瞬时性:动能与物体的瞬时速度相对应,是 量。
(3)相对性:由于速度具有相对性,选取不同的参考系,物体的速度不同,其动能也不同。一般选地面为参考系。
【典例1】对动能的理解,下列说法正确的是( )
A.运动速度大的物体,动能一定大
B.动能像重力势能一样有正负
C.质量一定的物体,动能变化时,速度一定变化,但速度变化时,动能不一定变化
D.动能不变的物体,一定处于平衡状态
【变式1】将质量为0.4kg的物体以10m/s的速度抛出,抛出时物体的动能为( )
A.10J B.20J C.40J D.80J
【变式2】从地面竖直向上抛出一只小球,小球运动一段时间后落回地面。忽略空气阻力,该过程中小球的动能Ek与时间t的关系图像是( )
A. B.
C. D.
【变式3】福建舰是我国自主设计建造的首艘弹射型航空母舰。借助配重小车可以进行弹射测试,测试时配重小车被弹射器从甲板上水平弹出后,落到海面上。调整弹射装置,使小车水平离开甲板时的动能变为调整前的4倍。忽略空气阻力,则小车在海面上的落点与其离开甲板处的水平距离为调整前的( )
A.0.25倍 B.0.5倍 C.2倍 D.4倍
知识点2:动能定理
1.内容:力在一个过程中对物体做的功,等于物体在这个过程中 的变化。
2.表达式
(1)W= =,式中W为 做的功,它等于各力做功的 。
3.适用范围:不仅适用于恒力做功和直线运动,也适用于 做功和 运动情况。
4.合力做正功时,物体的动能 ;合力做负功时,物体的动能 。
【典例2】一质量为m的物体,速度由v0增加到vt的过程中,合外力对物体做的功为( )
A. B.
C. D.
【变式1】质量为m的物体,由静止开始下落,由于空气阻力,下落的加速度为,在物体下落h的过程中,下列说法正确的是( )
A.物体动能增加了 B.物体的机械能减少了
C.物体的重力势能减少了 D.物体克服阻力做了的功
【变式2】质量为的物块静置于光滑水平地面上,设物块静止时的位置为x轴零点。现给物块施加一沿x轴正方向的水平力F,其大小随位置x变化的关系如图所示,则物块运动到处,F做功的瞬时功率为( )
A. B. C. D.
【变式3】某小组制作了一遥控快艇模型,质量为2kg,将其放入水中,快艇模型从静止开始加速运动一段时间,速度达到5m/s,则这段时间内快艇模型( )
A.动能的增加量为25J B.动能的增加量为5J
C.所受合力做功为25J D.所受合力做功为5J
知识点3:动能定理解决变力做功问题
利用动能定理求变力的功是最常用的方法,当物体受到一个变力和几个恒力作用时,可以用动能定理间接求变力做的功,即W变+W其他=ΔEk
【典例3】如图所示,固定在地面上的光滑斜面,其顶端固定一弹簧,一质量为m的小球向右滑行,并冲上斜面。设小球在斜面最低点A的速度为v,压缩弹簧至C点时弹簧最短,C点距地面高度为h,重力加速度为g,则小球从A到C的过程中弹簧弹力做的功为( )
A. B. C. D.
【变式1】如图所示,粗糙程度处处相同的水平桌面上有一长为L的轻质细杆,一端可绕竖直光滑轴O转动,另一端与质量为m的小木块相连。木块以水平初速度出发,恰好能完成一个完整的圆周运动。在运动过程中,木块所受摩擦力的大小为( )
A. B. C. D.
【变式2】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与一水平轻弹簧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,物体与弹簧接触后,弹簧的最大压缩量为x,重力加速度为g,则从开始接触到弹簧被压缩至最短(弹簧始终在弹性限度内),物体克服弹簧弹力所做的功为( )
A.mv02-μmg(s+x) B.mv02-μmgx
C.μmgs D.μmg(s+x)
【变式3】2025年2月3日《观点网》消息,小米汽车官方微博宣布,2025年1月,小米SU7交付量再次超过两万辆。时刻,一辆小米汽车在一段试车专用的平直的公路上由静止启动,时功率达到之后功率保持不变,其图像如图所示。设汽车在运动过程中阻力不变,下列说法正确的是( )
A.汽车受到的阻力大小为15000N
B.匀加速运动阶段汽车牵引力做的功为
C.汽车的质量为2000kg
D.汽车在做变加速运动过程中的位移大小约为640m
知识点4:动能定理解决多过程问题
一个物体的运动如果包含多个运动阶段,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,分析每个力做的功,确定整个过程中合外力做的 ,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。
1.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。
2.当物体运动过程中涉及多个力做功时,各力对应的位移可能不相同,计算各力做功时,应注意各力对应的位移。
【典例4】(多选)如图甲所示,质量为8kg的物体受水平推力F作用在水平面上由静止开始运动,推力F随位移x变化的关系如图乙所示,运动10m后撤去推力F。已知物体与地面间的动摩擦因数为0.5,重力加速度取,在物体运动的整个过程中( )
A.推力对物体做的功为480J B.物体的位移为12m
C.物体的加速度大小先减小后不变 D.物体在时速度最大,最大速度为6m/s
【变式1】如图为某游戏装置原理示意图。水平桌面上固定一半圆形竖直挡板,其半径为2R、内表面光滑,挡板的两端A、B在桌面边缘,B与半径为R的固定光滑圆弧轨道在同一竖直平面内,过C点的轨道半径与竖直方向的夹角为60°。小物块以某一水平初速度由A点切入挡板内侧,从B点飞出桌面后,在C点沿圆弧切线方向进入轨道内侧,并恰好能到达轨道的最高点D。小物块与桌面之间的动摩擦因数为,重力加速度大小为g,忽略空气阻力,小物块可视为质点。求:
(1)小物块到达D点的速度大小;
(2)B和D两点的高度差;
(3)小物块在A点的初速度大小。
【变式2】如图所示,在竖直平面内,光滑斜面下端与水平面BC平滑连接于B点,水平面BC与光滑半圆弧轨道CDE相切于C点,E点在圆心O点正上方,D点与圆心等高。一物块(可看作质点)从斜面上A点由静止释放,物块通过半圆弧轨道E点且水平飞出,最后落到水平面BC上的F(图中未标出)点处。已知斜面上A点距离水平面BC的高度h = 2.0m,圆弧轨道半径R = 0.4m,B、C两点距离LBC=2.0m,F、C两点距离LFC = 1.6m。求:
(1)物块通过E点时的速度大小;
(2)物块与水平面BC间的动摩擦因数;
(3)将物块从斜面上由静止释放,若物块在半圆弧轨道上运动时不脱离轨道,则物块释放点距离水平面BC的高度h'应满足的条件。
【变式3】如图(a)所示,一物块以一定初速度沿倾角为30°的固定斜面上滑,运动过程中摩擦力大小f恒定,物块动能Ek与运动路程s的关系如图(b)所示。重力加速度大小取10m/s2。
(1)物体在斜面运动过程中所受摩擦力做的功;
(2)物体的质量;
(3)物块与斜面间的动摩擦因数。
知识点5:动能定理解决曲线运动问题
动能定理常与平抛运动、圆周运动、往复运动相结合,解决这类问题要特别注意:
(1)与平抛运动相结合时,要注意应用运动的合成与分解,分别求解有关物理量。
(2)与竖直平面内的圆周运动相结合时,应特别注意隐藏的临界条件:
①可提供支撑效果的竖直平面内的圆周运动,物体能通过最高点的临界条件为vmin=
②不可提供支撑效果的竖直平面内的圆周运动,物体能通过最高点的临界条件为vmin=
【典例5】如图所示,ABCD是一个固定盆式容器,侧壁与盆底BC平滑连接,BC距离d=0.4m,盆边缘的高度为h=0.3m。已知侧壁是光滑的,盆底与小物块间的动摩擦因数为μ=0.1。在A处静止释放一质量为m的小物块,小物块在盆内来回滑动,最后停下来,则最终位置到B的距离为( )
A.0.4m B.0.3m C.0.2m D.0
【变式1】如图所示,是竖直平面内的四分之一光滑圆弧轨道,圆弧轨道末端点与水平直轨道相切,一物块(可视为质点)从点由静止开始沿圆弧轨道下滑,最终停在水平直轨道上的点。已知物块的质量,圆弧轨道的半径,点和点间的距离,取重力加速度大小,不计空气阻力。求:
(1)物块经过圆弧轨道的点时物块速度大小;
(2)物块经过圆弧轨道的点时物块对轨道的压力大小;
(3)物块与水平直轨道间的动摩擦因数。
【变式2】如图所示,光滑的斜坡轨道与粗糙的水平轨道平滑连接,水平轨道与半径为的光滑半圆形轨道平滑连接,相切于点,所有轨道都在竖直平面内,、的距离为。可视为质点且质量为的小物块从半圆轨道上的点由静止滑下,运动到点速度恰好为0。,求:
(1)小物块滑至半圆形轨道最低点时受到的支持力大小;
(2)水平轨道与小物块间的动摩擦因数;
(3)若小物块从斜坡轨道上点由静止滑下,刚好能通过半圆轨道的最高点,则点离水平轨道的高度。
【变式3】如图所示,某装置处于竖直平面内,该装置由弧形轨道、竖直螺旋圆形轨道,水平直轨道AF和传送带FG组成,且各处平滑连接。螺旋圆形轨道与弧形轨道相切于A点,螺旋圆形轨道半径R=0.3m,AF长度L=0.8m,传送带长度足够长。现将质量m=0.3kg的小滑块从弧形轨道距AF高H=1.0m的M处由静止释放。滑块与轨道AF间的动摩擦因数μ=0.25,与传送带间的动摩擦因数未知,传送带始终以3m/s的速度逆时针匀速转动。不计空气阻力,弧形轨道和圆形轨道均可视为光滑,重力加速度g取10m/s2,求:
(1)小滑块第一次运动到A点时的速度大小;
(2)滑块运动至圆轨道最高点 D点对轨道压力大小;
(3)滑块最终停在距A点多远处。
【方法技巧】
方法技巧1 应用动能定理解题的步骤
(1)明确研究对象及所研究的物理过程
(2)对研究对象进行受力分析,并确定各力所做的功,求出这些力的功的代数和
(3)确定始、末状态的动能,根据动能定理列出方程
(4)求解方程、分析结果
方法技巧2 在有摩擦力做功的往复运动过程中,注意两种力做功的区别:
①重力做功只与初、末位置有关,而与路径无关;
②滑动摩擦力(或全部阻力)做功与路径有关,克服摩擦力(或全部阻力)做的功W=Ffs(s为路程)。
【巩固训练】
1.近年来,我国航天事业取得了显著的成就和发展,如载人航天工程、月球探测、火星探测等。如图是火星探测任务中天问一号探测器实施近火制动中的停泊轨道,该停泊轨道可看作是椭圆轨道,a、b、c、d是该轨道上的四个点,其中d点为近火点,b点为远火点,则天问一号在经过这四个位置中动能最大的是( )
A.a点 B.b点 C.c点 D.d点
2.(多选)一个物体做变速运动时,下列说法正确的是( )
A.合力一定对物体做功,使物体动能改变
B.物体所受合力一定不为零
C.合力一定对物体做功,但物体动能可能不变
D.物体加速度一定不为零
3.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. B. C. D.
4.某滑雪赛道如图所示,滑雪运动员从静止开始沿斜面下滑,经圆弧滑道起跳。将运动员视为质点,不计摩擦力及空气阻力,此过程中,运动员的动能与水平位移x的关系图像正确的是( )
A. B.
C. D.
5.如图所示,质量为M、长度为L的小车静止在光滑水平面上,质量为m的小物块(可视为质点)放在小车的最左端。现用一水平恒力F作用在小物块上,使小物块从静止开始做匀加速直线运动。小物块和小车之间的摩擦力为,小物块滑到小车的最右端时,小车运动的距离为x。此过程中,以下结论正确的是( )
A.小物块到达小车最右端时具有的动能为
B.小物块到达小车最右端时,小车具有的动能为
C.小物块克服摩擦力所做的功为
D.小物块克服摩擦力所做的功为
6.如图,在摩托车越野赛途中的水平路段前方有一个坑,该坑沿摩托车前进方向的水平宽度为3h,其左边缘a点比右边缘b点高0.5h。若摩托车经过a点时的动能为E1,它会落到坑内c点。c与a的水平距离和高度差均为h;若经过a点时的动能为E2,该摩托车恰能越过坑到达b点。等于( )
A.20 B.18 C.9.0 D.3.0
7.(多选)冰滑梯是东北地区体验冰雪运动乐趣的设施之一、某冰滑梯的示意图如图所示,螺旋滑道的摩擦可忽略:倾斜滑道和水平滑道与同一滑板间的动摩擦因数μ相同,因滑板不同μ满足。在设计滑梯时,要确保所有游客在倾斜滑道上均减速下滑,且滑行结束时停在水平滑道上,以下L1、L2的组合符合设计要求的是( )
A., B.,
C., D.,
8.某兴趣小组遥控一辆玩具车(甲图),使其在水平路面上由静止启动,在前2s内做匀加速直线运动,2s至14s牵引力的功率保持不变,10s至14s玩具车做匀速直线运动,14s末停止遥控,让玩具车自由滑行,其图像如图乙所示。整个过程中玩具车所受的阻力大小不变。玩具车的质量为,,求:
(1)玩具车在4s末牵引力的功率大小;
(2)玩具车在2s末的速度的大小;
(3)玩具车在2s至10s内通过的距离s。
9.如图所示,竖直线为竖直光滑半圆弧轨道的直径,其半径,端切线水平,水平轨道与半径的光滑竖直圆弧轨道相接于点,为圆弧轨道的最低点。一质量为的小球(视为质点)从水平轨道上某点以某一速度冲上竖直圆轨道,并从点飞出,经过点恰好沿切线进入圆弧轨道,点与点的距离,重力加速度。求:
(1)小球在点对圆弧轨道的压力大小;
(2)小球在圆弧上点受到的支持力大小;
(3)小球在B点的速度。
10.如图所示,一轨道由曲面AB、竖直圆轨道、水平轨道BD和固定斜面DEF平滑连接组成,其中曲面和圆轨道光滑,水平轨道和斜面粗糙且动摩擦因数均为,圆轨道最低点B相互错开。现将一质量为m=0.5kg的滑块(可看成质点)从AB轨道上距离地面某一高度由静止释放,若已知圆轨道半径R=0.8m,一水平面的长度BD=9m,斜面宽度DF=2m,倾角,g取10m/s2,滑块从h=2.4m高处由静止开始滑下,求:
(1)滑块运动至圆轨道最高点 C点对轨道压力大小;
(2)滑块在斜面上向上运动的最大距离:
(3)滑块最终停止的位置(用距离D点描述)。
11.如图所示装置由AB、BC、CD三段轨道组成,轨道交接处均由很小的圆弧平滑连接,其中轨道AB、CD段是光滑的,水平轨道BC的长度,轨道CD足够长且倾角,A、D两点离轨道BC的高度分别为,。现让质量为的小滑块自点由静止释放。已知小滑块与轨道间的动摩擦因数,重力加速度取,,,求:
(1)小滑块第一次到达D点时的速度大小;
(2)小滑块第一次与第二次通过C点的时间间隔;
(3)小滑块最终停止的位置距B点的距离。
12.如图所示,竖直平面内固定半径的光滑圆弧轨道,轨道的M处与水平传送带相切。传送带与左侧紧靠的水平台面等高,台面的PN部分粗糙,PN的长度,P点左侧光滑。水平放置的轻质弹簧左端固定、处于原长状态。质量的小物块(可视为质点)从A点由静止沿圆弧轨道下滑。O为圆心,半径OM竖直,OA与OM的夹角,已知传送带的长度,始终以速度顺时针转动,物块与台面PN部分、物块与传送带之间的动摩擦因数均为,取重力加速度,弹簧始终在弹性限度内,求:
(1)物块第一次下滑到M处的速度的大小;
(2)弹簧被压缩后具有的最大弹性势能;
(3)物块在PN部分通过的总路程。
13.滑板运动是极限运动的鼻祖,许多极限运动项目均由滑板项目延伸而来。如图所示是滑板运动的轨道,和是两段光滑圆弧形轨道,段的圆心为O点,圆心角为,半径与水平轨道垂直,水平轨道段粗糙且长,一运动员从轨道上的A点以的速度水平滑出,在B点刚好沿轨道的切线方向滑入圆弧形轨道,经轨道后冲上轨道,到达E点时速度减为零,然后返回。已知运动员和滑板的总质量为,B、E两点与水平面的竖直高度分别为h和H,且,,。
(1)求运动员从A运动到达B点时的速度大小和在空中飞行的时间;
(2)求轨道段的动摩擦因数、离开圆弧轨道末端时,滑板对轨道的压力;
(3)通过计算说明,第一次返回时,运动员能否回到B点?如果能,请求出回到B点时的速度大小;如果不能,则最后停在何处?
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第3节 动能和动能定理
目录
【学习目标】 1
【思维导图】 2
【知识梳理】 2
知识点1:动能 2
知识点2:动能定理 4
知识点3:动能定理解决变力做功问题............................................................................................................7
知识点4:动能定理解决多过程问题................................................................................................................10
知识点5:动能定理解决曲线运动问题............................................................................................................16
【方法技巧】 20
方法技巧1 应用动能定理解题的步骤 20
方法技巧2 在有摩擦力做功的往复运动过程中,注意两种力做功的区别................................................21
【巩固训练】 21
【学习目标】
1.知道动能定义和表达式,会计算物体的动能。
2. 会用牛顿定律和运动学公式推导动能定理,理解其含义。
3. 能用动能定理进行相关分析和计算。
重点:理解动能及其表达式,理解动能定理的物理意义。
难点:利用动能定理分析变力做功、曲线运动以及多过程问题。
【思维导图】
【知识梳理】
知识点1:动能
1.定义:物体由于运动而具有的能量。
2.表达式:Ek=mv2 ,其中m为物体的质量,v为物体的瞬时速度。
3.单位:在国际单位制中,动能的单位是焦耳(J),与功的单位相同。
4.性质
(1)标量性:动能只有大小,没有方向,运算遵循代数运算法则。
(2)瞬时性:动能与物体的瞬时速度相对应,是状态量。
(3)相对性:由于速度具有相对性,选取不同的参考系,物体的速度不同,其动能也不同。一般选地面为参考系。
【典例1】对动能的理解,下列说法正确的是( )
A.运动速度大的物体,动能一定大
B.动能像重力势能一样有正负
C.质量一定的物体,动能变化时,速度一定变化,但速度变化时,动能不一定变化
D.动能不变的物体,一定处于平衡状态
【答案】C
【解析】A.由,可知速度大的质量可能很小,动能不一定大,故A错误;
B.动能没有负值,故B错误;
C.由于速度为矢量,当方向变化时,若其速度大小不变,则动能并不改变;而动能变化时,速度大小一定变化,故C正确;
D.动能不变可能只是物体的速度大小不变,而方向发生变化,故动能不变的物体可能做变速运动,故不一定处于平衡状态,故D错误。
故选C。
【变式1】将质量为0.4kg的物体以10m/s的速度抛出,抛出时物体的动能为( )
A.10J B.20J C.40J D.80J
【答案】B
【解析】根据动能的计算公式可得
故选B。
【变式2】从地面竖直向上抛出一只小球,小球运动一段时间后落回地面。忽略空气阻力,该过程中小球的动能Ek与时间t的关系图像是( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】小球做竖直上抛运动时,速度
根据动能
得
故选A。
【变式3】福建舰是我国自主设计建造的首艘弹射型航空母舰。借助配重小车可以进行弹射测试,测试时配重小车被弹射器从甲板上水平弹出后,落到海面上。调整弹射装置,使小车水平离开甲板时的动能变为调整前的4倍。忽略空气阻力,则小车在海面上的落点与其离开甲板处的水平距离为调整前的( )
A.0.25倍 B.0.5倍 C.2倍 D.4倍
【答案】C
【解析】动能表达式为
由题意可知小车水平离开甲板时的动能变为调整前的4倍,则离开甲板时速度变为调整前的2倍;小车离开甲板后做平抛运动,从离开甲板到到达海面上时间不变,根据
可知小车在海面上的落点与其离开甲板处的水平距离为调整前的2倍。
故选C。
知识点2:动能定理
1.内容:力在一个过程中对物体做的功,等于物体在这个过程中动能的变化。
2.表达式
(1)W==,式中W为合力做的功,它等于各力做功的代数和。
3.适用范围:不仅适用于恒力做功和直线运动,也适用于变力做功和曲线运动情况。
4.合力做正功时,物体的动能增加;合力做负功时,物体的动能减小。
【典例2】一质量为m的物体,速度由v0增加到vt的过程中,合外力对物体做的功为( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】根据动能定理有
故选D。
【变式1】质量为m的物体,由静止开始下落,由于空气阻力,下落的加速度为,在物体下落h的过程中,下列说法正确的是( )
A.物体动能增加了 B.物体的机械能减少了
C.物体的重力势能减少了 D.物体克服阻力做了的功
【答案】A
【解析】A.物体动能增量等于合外力的功,则动能增加了
选项A正确;
BD.由牛顿第二定律
解得
物体的机械能减少等于克服阻力做功,则
选项BD错误;
C.物体的重力势能减少了
选项C错误。
故选A。
【变式2】质量为的物块静置于光滑水平地面上,设物块静止时的位置为x轴零点。现给物块施加一沿x轴正方向的水平力F,其大小随位置x变化的关系如图所示,则物块运动到处,F做功的瞬时功率为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】根据图像可知物块运动到处,F做的总功为
该过程根据动能定理得
解得物块运动到处时的速度为
故此时F做功的瞬时功率为
故选A。
【变式3】某小组制作了一遥控快艇模型,质量为2kg,将其放入水中,快艇模型从静止开始加速运动一段时间,速度达到5m/s,则这段时间内快艇模型( )
A.动能的增加量为25J B.动能的增加量为5J
C.所受合力做功为25J D.所受合力做功为5J
【答案】AC
【解析】AB.动能的增加量
故A正确,B错误;
CD.根据动能定理可知,所受合力做功等于动能的增加量25J,故C正确,D错误。
故选AC。
知识点3:动能定理解决变力做功问题
利用动能定理求变力的功是最常用的方法,当物体受到一个变力和几个恒力作用时,可以用动能定理间接求变力做的功,即W变+W其他=ΔEk
【典例3】如图所示,固定在地面上的光滑斜面,其顶端固定一弹簧,一质量为m的小球向右滑行,并冲上斜面。设小球在斜面最低点A的速度为v,压缩弹簧至C点时弹簧最短,C点距地面高度为h,重力加速度为g,则小球从A到C的过程中弹簧弹力做的功为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】小球A到C由动能定理有
解得
故选A。
【变式1】如图所示,粗糙程度处处相同的水平桌面上有一长为L的轻质细杆,一端可绕竖直光滑轴O转动,另一端与质量为m的小木块相连。木块以水平初速度出发,恰好能完成一个完整的圆周运动。在运动过程中,木块所受摩擦力的大小为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】在运动过程中,只有摩擦力做功,而摩擦力做功与路径有关,根据动能定理
可得摩擦力的大小
故选B。
【变式2】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与一水平轻弹簧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,物体与弹簧接触后,弹簧的最大压缩量为x,重力加速度为g,则从开始接触到弹簧被压缩至最短(弹簧始终在弹性限度内),物体克服弹簧弹力所做的功为( )
A.mv02-μmg(s+x) B.mv02-μmgx
C.μmgs D.μmg(s+x)
【答案】A
【解析】设物体克服弹簧弹力做功为,从开始接触到弹簧被压缩至最短,根据动能定理可得
解得物体克服弹簧弹力所做的功为
故选A。
【变式3】2025年2月3日《观点网》消息,小米汽车官方微博宣布,2025年1月,小米SU7交付量再次超过两万辆。时刻,一辆小米汽车在一段试车专用的平直的公路上由静止启动,时功率达到之后功率保持不变,其图像如图所示。设汽车在运动过程中阻力不变,下列说法正确的是( )
A.汽车受到的阻力大小为15000N
B.匀加速运动阶段汽车牵引力做的功为
C.汽车的质量为2000kg
D.汽车在做变加速运动过程中的位移大小约为640m
【答案】C
【解析】A.当牵引力等于阻力时,速度达到最大值,则有
故A错误;
C.由图可知,汽车在做匀加速直线运动,加速度大小为
时,牵引力大小为
由牛顿第二定律有
解得
故C正确;
B.由图像与时间轴围成的面积表示位移可得,内汽车的位移大小为
则在内牵引力做的功为
故B错误;
D.内牵引力做的功为
由动能定理有
解得汽车在做变加速运动过程中的位移大小
故D错误。
故选C。
知识点4:动能定理解决多过程问题
一个物体的运动如果包含多个运动阶段,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,分析每个力做的功,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。
1.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。
2.当物体运动过程中涉及多个力做功时,各力对应的位移可能不相同,计算各力做功时,应注意各力对应的位移。
【典例4】(多选)如图甲所示,质量为8kg的物体受水平推力F作用在水平面上由静止开始运动,推力F随位移x变化的关系如图乙所示,运动10m后撤去推力F。已知物体与地面间的动摩擦因数为0.5,重力加速度取,在物体运动的整个过程中( )
A.推力对物体做的功为480J B.物体的位移为12m
C.物体的加速度大小先减小后不变 D.物体在时速度最大,最大速度为6m/s
【答案】AB
【解析】A.根据图像的面积表示力做功,可知推力对物体做的功为
故A正确;
B.设物体整个运动过程的位移大小为,根据动能定理可得
解得
故B正确;
C.在推力不变,物体的加速度大小不变;当推力开始减小时,一开始推力大于摩擦力,物体的加速度逐渐减小;当推力等于摩擦力时,物体的加速度为0,之后推力小于摩擦力,物体的加速度反向逐渐增大,撤去推力后,物体的加速度大小保持不变,故C错误;
D.当推力等于摩擦力时,物体速度最大,则有
结合图像可知此时,根据动能定理可得
其中
解得最大速度为
故D错误。
故选AB。
【变式1】如图为某游戏装置原理示意图。水平桌面上固定一半圆形竖直挡板,其半径为2R、内表面光滑,挡板的两端A、B在桌面边缘,B与半径为R的固定光滑圆弧轨道在同一竖直平面内,过C点的轨道半径与竖直方向的夹角为60°。小物块以某一水平初速度由A点切入挡板内侧,从B点飞出桌面后,在C点沿圆弧切线方向进入轨道内侧,并恰好能到达轨道的最高点D。小物块与桌面之间的动摩擦因数为,重力加速度大小为g,忽略空气阻力,小物块可视为质点。求:
(1)小物块到达D点的速度大小;
(2)B和D两点的高度差;
(3)小物块在A点的初速度大小。
【答案】(1);(2)0;(3)
【解析】(1)由题知,小物块恰好能到达轨道的最高点D,则在D点有
解得
(2)由题知,小物块从C点沿圆弧切线方向进入轨道内侧,则在C点有
小物块从C到D的过程中,根据动能定理有
则小物块从B到D的过程中,根据动能定理有
联立解得
,HBD = 0
(3)小物块从A到B的过程中,根据动能定理有
S = π∙2R
解得
【变式2】如图所示,在竖直平面内,光滑斜面下端与水平面BC平滑连接于B点,水平面BC与光滑半圆弧轨道CDE相切于C点,E点在圆心O点正上方,D点与圆心等高。一物块(可看作质点)从斜面上A点由静止释放,物块通过半圆弧轨道E点且水平飞出,最后落到水平面BC上的F(图中未标出)点处。已知斜面上A点距离水平面BC的高度h = 2.0m,圆弧轨道半径R = 0.4m,B、C两点距离LBC=2.0m,F、C两点距离LFC = 1.6m。求:
(1)物块通过E点时的速度大小;
(2)物块与水平面BC间的动摩擦因数;
(3)将物块从斜面上由静止释放,若物块在半圆弧轨道上运动时不脱离轨道,则物块释放点距离水平面BC的高度h'应满足的条件。
【答案】(1)
(2)
(3)或
【解析】(1)物块从E点飞出到落在F点,做平抛运动,则有,
联立解得物块通过E点时的速度大小为
(2)物块从A点到E点过程,根据动能定理可得
代入数据解得物块与水平面BC间的动摩擦因数为
(3)若物块刚好通过E点,则有
解得
根据动能定理可得
解得
若物块刚好可以运动到与圆心等高处,根据动能定理可得
解得
若物块刚好可以运动C点,根据动能定理可得
解得
综上分析可知,要物块在半圆弧轨道上运动时不脱离轨道,则物块释放点距离水平面 BC的高度应满足或
【变式3】如图(a)所示,一物块以一定初速度沿倾角为30°的固定斜面上滑,运动过程中摩擦力大小f恒定,物块动能Ek与运动路程s的关系如图(b)所示。重力加速度大小取10m/s2。
(1)物体在斜面运动过程中所受摩擦力做的功;
(2)物体的质量;
(3)物块与斜面间的动摩擦因数。
【答案】(1)-10J
(2)0.7
(3)
【解析】(1)由图可知,0~10m内物块上滑,10~20m内物块下滑,整个运动过程中,根据动能定理可得
(2)0~10m内物块上滑过程,根据动能定理可得
解得
(3)整个运动过程,有
解得
知识点5:动能定理解决曲线运动问题
动能定理常与平抛运动、圆周运动、往复运动相结合,解决这类问题要特别注意:
(1)与平抛运动相结合时,要注意应用运动的合成与分解,分别求解有关物理量。
(2)与竖直平面内的圆周运动相结合时,应特别注意隐藏的临界条件:
①可提供支撑效果的竖直平面内的圆周运动,物体能通过最高点的临界条件为vmin=0
②不可提供支撑效果的竖直平面内的圆周运动,物体能通过最高点的临界条件为vmin=
【典例5】如图所示,ABCD是一个固定盆式容器,侧壁与盆底BC平滑连接,BC距离d=0.4m,盆边缘的高度为h=0.3m。已知侧壁是光滑的,盆底与小物块间的动摩擦因数为μ=0.1。在A处静止释放一质量为m的小物块,小物块在盆内来回滑动,最后停下来,则最终位置到B的距离为( )
A.0.4m B.0.3m C.0.2m D.0
【答案】C
【解析】设小物块在盆底通过的总路程为,根据动能定理可得
解得
由于
可知最终位置到B的距离为0.2m。
故选C。
【变式1】如图所示,是竖直平面内的四分之一光滑圆弧轨道,圆弧轨道末端点与水平直轨道相切,一物块(可视为质点)从点由静止开始沿圆弧轨道下滑,最终停在水平直轨道上的点。已知物块的质量,圆弧轨道的半径,点和点间的距离,取重力加速度大小,不计空气阻力。求:
(1)物块经过圆弧轨道的点时物块速度大小;
(2)物块经过圆弧轨道的点时物块对轨道的压力大小;
(3)物块与水平直轨道间的动摩擦因数。
【答案】(1)
(2)
(3)
【解析】(1)物块在圆弧轨道上运动,由动能定理有
解得
(2)在点,由牛顿第二定律可得
解得
由牛顿第三定律可知,物块对轨道的压力大小为
(3)物块从点运动到点的过程中,根据动能定理有
解得
【变式2】如图所示,光滑的斜坡轨道与粗糙的水平轨道平滑连接,水平轨道与半径为的光滑半圆形轨道平滑连接,相切于点,所有轨道都在竖直平面内,、的距离为。可视为质点且质量为的小物块从半圆轨道上的点由静止滑下,运动到点速度恰好为0。,求:
(1)小物块滑至半圆形轨道最低点时受到的支持力大小;
(2)水平轨道与小物块间的动摩擦因数;
(3)若小物块从斜坡轨道上点由静止滑下,刚好能通过半圆轨道的最高点,则点离水平轨道的高度。
【答案】(1)
(2)
(3)
【解析】(1)设小物块滑至C点时的速度为,半圆轨道在C点对小物块的支持力为,P到C的过程
在C点,由牛顿第二定律可得
解得
(2)对P到C再到Q的过程,根据动能定理可得
解得
(3)在A点,根据牛顿第二定律得
D到A的过程,由动能定理可得
解得
【变式3】如图所示,某装置处于竖直平面内,该装置由弧形轨道、竖直螺旋圆形轨道,水平直轨道AF和传送带FG组成,且各处平滑连接。螺旋圆形轨道与弧形轨道相切于A点,螺旋圆形轨道半径R=0.3m,AF长度L=0.8m,传送带长度足够长。现将质量m=0.3kg的小滑块从弧形轨道距AF高H=1.0m的M处由静止释放。滑块与轨道AF间的动摩擦因数μ=0.25,与传送带间的动摩擦因数未知,传送带始终以3m/s的速度逆时针匀速转动。不计空气阻力,弧形轨道和圆形轨道均可视为光滑,重力加速度g取10m/s2,求:
(1)小滑块第一次运动到A点时的速度大小;
(2)滑块运动至圆轨道最高点 D点对轨道压力大小;
(3)滑块最终停在距A点多远处。
【答案】(1)
(2)
(3)0.6m
【解析】(1)小滑块第一次运动到A点过程,根据动能定理有
解得
(2)滑块运动至圆轨道最高点 D点过程,根据动能定理有
解得
滑块正最高点 D点,根据牛顿第二定律有
解得
根据牛顿第三定律可知,滑块对轨道压力大小为5N。
(3)滑块第一次通过AF到达F点过程,根据动能定理有
解得
由于
可知,滑块在传送带上先向右减速,后向左加速,最后以3m/s速度向左匀速运动,则有
滑块向左运动至A点过程,根据动能定理有
解得
滑块在圆弧轨道上下半圆摆动时,最低点A的最大速度为,则有
解得
由于
可知,滑块不脱离圆轨道,在圆轨道下侧摆动,根据动能定理有
解得
可知,滑块再次减速到达F后以小于皮带的速度冲上皮带,滑块在传送带上先向右减速,后向左加速,最后以小于3m/s速度向左滑离皮带,在AF之间减为0,最终停止在离A点距离为
【方法技巧】
方法技巧1 应用动能定理解题的步骤
(1)明确研究对象及所研究的物理过程
(2)对研究对象进行受力分析,并确定各力所做的功,求出这些力的功的代数和
(3)确定始、末状态的动能,根据动能定理列出方程
(4)求解方程、分析结果
方法技巧2 在有摩擦力做功的往复运动过程中,注意两种力做功的区别:
①重力做功只与初、末位置有关,而与路径无关;
②滑动摩擦力(或全部阻力)做功与路径有关,克服摩擦力(或全部阻力)做的功W=Ffs(s为路程)。
【巩固训练】
1.近年来,我国航天事业取得了显著的成就和发展,如载人航天工程、月球探测、火星探测等。如图是火星探测任务中天问一号探测器实施近火制动中的停泊轨道,该停泊轨道可看作是椭圆轨道,a、b、c、d是该轨道上的四个点,其中d点为近火点,b点为远火点,则天问一号在经过这四个位置中动能最大的是( )
A.a点 B.b点 C.c点 D.d点
【答案】D
【解析】根据开普勒第二定律可知,当卫星经过近火点d时速度最大,动能最大。
故选D。
2.(多选)一个物体做变速运动时,下列说法正确的是( )
A.合力一定对物体做功,使物体动能改变
B.物体所受合力一定不为零
C.合力一定对物体做功,但物体动能可能不变
D.物体加速度一定不为零
【答案】BD
【解析】AC.物体做变速运动,可能是速度大小不变,方向变化,故动能不一定变化,合力不一定做功,AC错误;
BD.物体的速度发生了变化,则合力一定不为零,加速度也一定不为零,BD正确。
故选BD。
3.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. B. C. D.
【答案】D
【解析】人在下滑的过程中,由动能定理可得
可得此过程中人与滑板克服摩擦力做的功为
故选D。
4.某滑雪赛道如图所示,滑雪运动员从静止开始沿斜面下滑,经圆弧滑道起跳。将运动员视为质点,不计摩擦力及空气阻力,此过程中,运动员的动能与水平位移x的关系图像正确的是( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】设斜面倾角为θ,不计摩擦力和空气阻力,由题意可知运动员在沿斜面下滑过程中根据动能定理有
即
下滑过程中开始阶段倾角θ不变,Ek-x图像为一条直线;经过圆弧轨道过程中θ先减小后增大,即图像斜率先减小后增大。
故选A。
5.如图所示,质量为M、长度为L的小车静止在光滑水平面上,质量为m的小物块(可视为质点)放在小车的最左端。现用一水平恒力F作用在小物块上,使小物块从静止开始做匀加速直线运动。小物块和小车之间的摩擦力为,小物块滑到小车的最右端时,小车运动的距离为x。此过程中,以下结论正确的是( )
A.小物块到达小车最右端时具有的动能为
B.小物块到达小车最右端时,小车具有的动能为
C.小物块克服摩擦力所做的功为
D.小物块克服摩擦力所做的功为
【答案】B
【解析】A.小物块水平方向受到拉力F和摩擦力的作用,根据动能定理
故A错误;
B.小车相对地面的位移为x,水平方向仅受小物块对小车的摩擦力,根据动能定理
故B正确;
CD.小物块相对地面的位移为,则克服摩擦力做的功为
故CD错误。
故选B。
6.如图,在摩托车越野赛途中的水平路段前方有一个坑,该坑沿摩托车前进方向的水平宽度为3h,其左边缘a点比右边缘b点高0.5h。若摩托车经过a点时的动能为E1,它会落到坑内c点。c与a的水平距离和高度差均为h;若经过a点时的动能为E2,该摩托车恰能越过坑到达b点。等于( )
A.20 B.18 C.9.0 D.3.0
【答案】B
【解析】有题意可知当在a点动能为E1时,有
根据平抛运动规律有
当在a点时动能为E2时,有
根据平抛运动规律有
联立以上各式可解得
故选B。
7.(多选)冰滑梯是东北地区体验冰雪运动乐趣的设施之一、某冰滑梯的示意图如图所示,螺旋滑道的摩擦可忽略:倾斜滑道和水平滑道与同一滑板间的动摩擦因数μ相同,因滑板不同μ满足。在设计滑梯时,要确保所有游客在倾斜滑道上均减速下滑,且滑行结束时停在水平滑道上,以下L1、L2的组合符合设计要求的是( )
A., B.,
C., D.,
【答案】CD
【解析】设斜面倾角为,游客在倾斜滑道上均减速下滑,则需满足
可得
即有
因,所有游客在倾斜滑道上均减速下滑,可得
滑行结束时停在水平滑道上,即在摩擦因数去最小时能停在滑道上,由全程的动能定理有
要求进入水平滑道,因此最大的动摩擦因数能够进入水平滑道,即
综合需满足
和
故选CD。
8.某兴趣小组遥控一辆玩具车(甲图),使其在水平路面上由静止启动,在前2s内做匀加速直线运动,2s至14s牵引力的功率保持不变,10s至14s玩具车做匀速直线运动,14s末停止遥控,让玩具车自由滑行,其图像如图乙所示。整个过程中玩具车所受的阻力大小不变。玩具车的质量为,,求:
(1)玩具车在4s末牵引力的功率大小;
(2)玩具车在2s末的速度的大小;
(3)玩具车在2s至10s内通过的距离s。
【答案】(1)
(2)
(3)
【解析】(1)14s末停止遥控,由图像可知在14s后的加速度大小为
则玩具车所受的阻力大小为
10s至14s玩具车做匀速直线运动,此时牵引力等于阻力,则此时的功率为
由于2s至14s牵引力的功率保持不变,所以玩具车在4s末牵引力的功率为。
(2)设玩具车在内的加速度大小为,则有,
在时,有
联立解得,,
(3)玩具车在2s至10s内,根据动能定理可得
代入数据解得玩具车在2s至10s内通过的距离为
9.如图所示,竖直线为竖直光滑半圆弧轨道的直径,其半径,端切线水平,水平轨道与半径的光滑竖直圆弧轨道相接于点,为圆弧轨道的最低点。一质量为的小球(视为质点)从水平轨道上某点以某一速度冲上竖直圆轨道,并从点飞出,经过点恰好沿切线进入圆弧轨道,点与点的距离,重力加速度。求:
(1)小球在点对圆弧轨道的压力大小;
(2)小球在圆弧上点受到的支持力大小;
(3)小球在B点的速度。
【答案】(1)12.5N
(2)131N
(3)5m/s
【解析】(1)根据题意可知,小球从A运动到C做平抛运动,竖直方向有
解得
水平方向上有
解得
在A点,由牛顿第二定律有
解得
由牛顿第三定律得压力
(2)在C处,小球的竖直速度
则小球在C处速度
设速度与水平夹角为θ,则有
小球在C处,由牛顿第二定律有
联立解得
(3)由B到A由动能定理
解得vB=5m/s
10.如图所示,一轨道由曲面AB、竖直圆轨道、水平轨道BD和固定斜面DEF平滑连接组成,其中曲面和圆轨道光滑,水平轨道和斜面粗糙且动摩擦因数均为,圆轨道最低点B相互错开。现将一质量为m=0.5kg的滑块(可看成质点)从AB轨道上距离地面某一高度由静止释放,若已知圆轨道半径R=0.8m,一水平面的长度BD=9m,斜面宽度DF=2m,倾角,g取10m/s2,滑块从h=2.4m高处由静止开始滑下,求:
(1)滑块运动至圆轨道最高点 C点对轨道压力大小;
(2)滑块在斜面上向上运动的最大距离:
(3)滑块最终停止的位置(用距离D点描述)。
【答案】(1)
(2)
(3)滑块停在D点左侧2m处
【解析】(1)滑块从静止开始滑下到C过程,根据动能定理可得
解得
在C点,根据牛顿第二定律可得
解得
(2)滑块从静止开始滑下到第一次到达D点过程,根据动能定理可得
解得
滑块在斜面上向上运动过程,根据牛顿第二定律可得
解得
根据运动学公式可得滑块在斜面上向上运动的最大距离为
(3)设滑块最终停止的位置与D点的距离为,滑块从斜面上下滑到最终停止过程,
解得
则滑块停在D点左侧2m处。
11.如图所示装置由AB、BC、CD三段轨道组成,轨道交接处均由很小的圆弧平滑连接,其中轨道AB、CD段是光滑的,水平轨道BC的长度,轨道CD足够长且倾角,A、D两点离轨道BC的高度分别为,。现让质量为的小滑块自点由静止释放。已知小滑块与轨道间的动摩擦因数,重力加速度取,,,求:
(1)小滑块第一次到达D点时的速度大小;
(2)小滑块第一次与第二次通过C点的时间间隔;
(3)小滑块最终停止的位置距B点的距离。
【答案】(1)3m/s;(2)2s;(3)1.4m
【解析】(1)小滑块从A点到第一次到达D点过程中,由动能定理得
代入数据解得
(2)小滑块从A点到第一次到达C点过程中,由动能定理得
代入数据解得
小滑块沿CD段上滑的加速度大小为
小滑块沿CD段上滑到最高点的时间为
由对称性可知小滑块从最高点滑回C点的时间为
故小滑块第一次与第二次通过C点的时间间隔为
(3)设小滑块在水平轨道上运动的总路程为,对小滑块运动全过程应用动能定理有
代入数据解得
故小滑块最终停止的位置距B点的距离为
12.如图所示,竖直平面内固定半径的光滑圆弧轨道,轨道的M处与水平传送带相切。传送带与左侧紧靠的水平台面等高,台面的PN部分粗糙,PN的长度,P点左侧光滑。水平放置的轻质弹簧左端固定、处于原长状态。质量的小物块(可视为质点)从A点由静止沿圆弧轨道下滑。O为圆心,半径OM竖直,OA与OM的夹角,已知传送带的长度,始终以速度顺时针转动,物块与台面PN部分、物块与传送带之间的动摩擦因数均为,取重力加速度,弹簧始终在弹性限度内,求:
(1)物块第一次下滑到M处的速度的大小;
(2)弹簧被压缩后具有的最大弹性势能;
(3)物块在PN部分通过的总路程。
【答案】(1)
(2)
(3)
【解析】(1)设物块下滑到M处的速度为,由动能定理有
解得
(2)小物块滑上传送带到弹簧被压缩最短,根据动能定理有
解得
则弹簧被压缩后具有的最大弹性势能
(3)物块被弹簧弹回,设滑到N点时的速度为,则有
解得
则物块在PN部分通过的路程
由于
则物块滑上传送带后,物块与传送带保持相对静止,直至到M点再滑上右侧圆弧轨道,又以原速率返回到传送带上,物块向左运动能通过传送带,设通过后的速度为,则有
解得
物块滑出传送带继续向左运动,直至最终静止,设在PN部分通过的路程为,则有
解得
则物块在PN部分通过的总路程
13.滑板运动是极限运动的鼻祖,许多极限运动项目均由滑板项目延伸而来。如图所示是滑板运动的轨道,和是两段光滑圆弧形轨道,段的圆心为O点,圆心角为,半径与水平轨道垂直,水平轨道段粗糙且长,一运动员从轨道上的A点以的速度水平滑出,在B点刚好沿轨道的切线方向滑入圆弧形轨道,经轨道后冲上轨道,到达E点时速度减为零,然后返回。已知运动员和滑板的总质量为,B、E两点与水平面的竖直高度分别为h和H,且,,。
(1)求运动员从A运动到达B点时的速度大小和在空中飞行的时间;
(2)求轨道段的动摩擦因数、离开圆弧轨道末端时,滑板对轨道的压力;
(3)通过计算说明,第一次返回时,运动员能否回到B点?如果能,请求出回到B点时的速度大小;如果不能,则最后停在何处?
【答案】(1);
(2);,方向竖直向下
(3)不能,停在距离D点左侧处
【解析】(1)由题意根据几何关系可知
代入初速度解得
在B点竖直方向的速度
从A点到B点竖直方向自由落体,则有
解得
(2)由B点到E点,由动能定理可得
代入数据可得
由B点到C点,由动能定理可得
在C点由牛顿第二定律知
由几何知识可得
联立解得
根据牛顿第三定律可得滑板对轨道的压力,方向竖直向下
(3)运动员能到达左侧的最大高度为,从B点到第一次返回左侧最高处,根据动能定理有
解得
所以第一次返回时,运动员不能回到B点,设运动员从B点运动到停止,在段的总路程为s,由动能定理可得
代入数据解得
因为,所以运动员最后停在距离D点左侧处
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