01 模型概述
1. 動(dòng)能定理解題的基本思路
1)選對(duì)象:確定研究對(duì)象和研究過(guò)程
2)兩分析:
①運(yùn)動(dòng)分析:運(yùn)動(dòng)性質(zhì)及特點(diǎn)、明確初、末狀態(tài)動(dòng)能?
②受力分析:幾個(gè)力?恒力還是變力?正功還是負(fù)功?求總功
3)列方程:分階段或全過(guò)程列動(dòng)能定理
2.應(yīng)用動(dòng)能定理解題的注意事項(xiàng)
1)動(dòng)能定理中的位移和速度必須是相對(duì)于同一個(gè)參考系的,一般以地面或相對(duì)地面靜止的物體為參考系.
2)應(yīng)用動(dòng)能定理的關(guān)鍵在于對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行準(zhǔn)確地受力分析及運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析,并畫(huà)出運(yùn)動(dòng)過(guò)程的草圖,借助草圖理解物理過(guò)程之間的關(guān)系.
3)列動(dòng)能定理方程時(shí),必須明確各力做功的正、負(fù),確實(shí)難以判斷的先假定為正功,最后根據(jù)結(jié)果加以檢驗(yàn).
3.動(dòng)能定理在多過(guò)程運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用
當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)是由幾個(gè)物理過(guò)程所組成,又不需要研究過(guò)程的中間狀態(tài)時(shí),可以把這幾個(gè)物理過(guò)程看作一個(gè)整體進(jìn)行研究,從而避開(kāi)每個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的具體細(xì)節(jié),具有過(guò)程簡(jiǎn)明、方法巧妙、運(yùn)算量小等優(yōu)點(diǎn).
關(guān)于全過(guò)程功的求解有以下兩種特殊情況
1)重力、彈簧彈力做功取決于物體的初、末位置,與路徑無(wú)關(guān).
2)大小恒定的阻力或摩擦力做功的數(shù)值等于力的大小與路程的乘積.
4.動(dòng)能定理在解決往復(fù)問(wèn)題中的應(yīng)用
在有些問(wèn)題中物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程具有重復(fù)性、往返性,而在這一過(guò)程中,描述運(yùn)動(dòng)的物理量多數(shù)是變化的,而且重復(fù)的次數(shù)又往往是無(wú)限的或者難以確定.此類(lèi)問(wèn)題多涉及滑動(dòng)摩擦力或其他阻力做功,其做功的特點(diǎn)是與路程有關(guān),運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律及運(yùn)動(dòng)學(xué)公式將非常繁瑣,甚至無(wú)法解出,由于動(dòng)能定理只涉及物體的初、末狀態(tài),所以用動(dòng)能定理分析這類(lèi)問(wèn)題可簡(jiǎn)化解題過(guò)程.
5.不宜全過(guò)程用動(dòng)能定理的情況
1)若題目需要求某一中間物理量,應(yīng)分階段應(yīng)用動(dòng)能定理.
2) 物體在多個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,受到的彈力、摩擦力等力若發(fā)生了變化,力在各個(gè)過(guò)程中做功情況也不同,不宜全過(guò)程應(yīng)用動(dòng)能定理,可以研究其中一個(gè)或幾個(gè)分過(guò)程,結(jié)合動(dòng)能定理,各個(gè)擊破.
02 典題攻破
1. 動(dòng)能定理解題的基本思路
【典型題1】(2024·內(nèi)蒙古赤峰·一模)冰滑梯是東北地區(qū)體驗(yàn)冰雪運(yùn)動(dòng)樂(lè)趣的設(shè)施之一,某冰滑梯的示意圖如圖所示。一游客從A點(diǎn)由靜止沿滑道下滑,螺旋滑道的摩擦可忽略且AB兩點(diǎn)的高度差為h,滑板與傾斜滑道和水平滑道間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ,傾斜滑道的水平距離為,BC兩點(diǎn)的高度差也為h。忽略游客經(jīng)過(guò)軌道銜接處B、C點(diǎn)時(shí)的能量損失。求:
(1)游客滑至軌道B點(diǎn)時(shí)的速度的大??;
(2)為確保游客安全,水平滑道的最小長(zhǎng)度。
2. 動(dòng)能定理在多過(guò)程運(yùn)動(dòng)問(wèn)題中的應(yīng)用
【典型題2】(2024·湖南·三模)如圖所示,水平軌道與光滑的豎直圓軌道底部平滑連接,每個(gè)圓軌道的進(jìn)口與出口稍微錯(cuò)開(kāi),圓軌道的頂端都有一個(gè)缺口,關(guān)于通過(guò)圓軌道中心O的豎直線對(duì)稱,已知圓軌道的半徑都為R,第一個(gè)圓軌道缺口圓心角,且,以后每個(gè)圓軌道缺口圓心角依次減小10°,即,,……,AB段水平軌道光滑,長(zhǎng)度為2.5R,連接之后每?jī)蓚€(gè)圓軌道之間的水平軌道出口、進(jìn)口處有一段長(zhǎng)度為R的光滑水平軌道,兩段光滑軌道用一段長(zhǎng)度合適的粗糙水平軌道連接,動(dòng)摩擦因數(shù)為0.02。現(xiàn)一質(zhì)量為m的小球從A點(diǎn)由靜止開(kāi)始在水平恒力的作用下開(kāi)始運(yùn)動(dòng),當(dāng)小球到達(dá)B點(diǎn)時(shí)撤去恒力F,重力加速度為g。求:
(1)小球經(jīng)過(guò)點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道壓力的大??;
(2)通過(guò)計(jì)算說(shuō)明小球能否從點(diǎn)飛過(guò)缺口,并從點(diǎn)無(wú)碰撞的經(jīng)過(guò)點(diǎn)回到圓軌道;
(3)通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)圓軌道間粗糙水平部分的長(zhǎng)度,保證每次小球飛過(guò)下一個(gè)圓軌道的缺口后能無(wú)碰撞地經(jīng)過(guò)飛出的對(duì)稱點(diǎn)回到圓軌道,問(wèn)總共最多能設(shè)計(jì)出幾個(gè)符合這樣要求的圓軌道,并求出所有圓軌道間粗糙水平軌道的總長(zhǎng)度。
03 針對(duì)訓(xùn)練
1.(2024·江西鷹潭·模擬預(yù)測(cè))打夯亦稱“夯實(shí)”,俗稱“打地基”。打夯原為建住宅時(shí)對(duì)地基以人力方式用夯錘進(jìn)行夯實(shí),防止房屋建造后因墻底松軟導(dǎo)致的墻體塌陷或裂紋。如圖所示,在某次打夯過(guò)程中,兩人通過(guò)繩子同時(shí)對(duì)夯錘各施加一個(gè)大小均為F的力,力的方向都與豎直方向成α角,夯錘離開(kāi)地面H后兩人同時(shí)停止施力,最后夯錘下落把地面砸深h。以地面為零勢(shì)能面,重力加速度大小為g。則( )
A.兩人施力時(shí)夯錘所受的合外力大小為,方向豎直向上
B.兩人停止施力前夯錘上升過(guò)程中加速度大小為,方向豎直向上
C.夯錘具有重力勢(shì)能的最大值為
D.夯錘砸入地面過(guò)程中,對(duì)地面的平均沖擊力大小為
2.(2024·江蘇·模擬預(yù)測(cè))如圖所示,在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室中,從A點(diǎn)以水平速度向左拋出一個(gè)質(zhì)量為m的小球(可視為質(zhì)點(diǎn)),小球拋出后所受空氣作用力沿水平方向,其大小為F,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間小球運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)正下方的B點(diǎn)處,重力加速度為g。在此過(guò)程中,下列說(shuō)法正確的是( )
A.小球離A、B所在直線的最遠(yuǎn)距離為
B.小球從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的總時(shí)間為
C.A、B兩點(diǎn)間的距離為
D.小球的最大速率為
3.(2025·貴州·模擬預(yù)測(cè))巴黎奧運(yùn)會(huì)網(wǎng)球女單決賽中,中國(guó)選手鄭欽文以2:0戰(zhàn)勝克羅地亞選手維基奇奪冠。這是中國(guó)運(yùn)動(dòng)員史上首次贏得奧運(yùn)網(wǎng)球單打項(xiàng)目的金牌。某次鄭欽文將質(zhì)量為m的網(wǎng)球擊出,網(wǎng)球被擊出瞬間距離地面的高度為h,網(wǎng)球的速度大小為,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間網(wǎng)球落地,落地瞬間的速度大小為,重力加速度為g,網(wǎng)球克服空氣阻力做功為。則下列說(shuō)法正確的是( )
A.擊球過(guò)程,球拍對(duì)網(wǎng)球做功為
B.網(wǎng)球從被擊出到落地的過(guò)程,網(wǎng)球動(dòng)能的增加量為mgh
C.網(wǎng)球從被擊出到落地的過(guò)程,網(wǎng)球的機(jī)械能減少
D.
4.(2024·山東淄博·一模)為了節(jié)能環(huán)保,地鐵站的進(jìn)出軌道通常設(shè)計(jì)成不是水平的,列車(chē)進(jìn)站時(shí)就可以借助上坡減速,而出站時(shí)借助下坡加速。如圖所示,為某地鐵兩個(gè)站點(diǎn)之間節(jié)能坡的簡(jiǎn)化示意圖(左右兩邊對(duì)稱,每小段坡面都是直線)。在一次模擬實(shí)驗(yàn)中,一滑塊(可視為質(zhì)點(diǎn))以初速度從A站M處出發(fā)沿著軌道運(yùn)動(dòng),恰能到達(dá)N處?;瑝K在兩段直線軌道交接處平穩(wěn)過(guò)渡,能量損失忽略不計(jì),滑塊與各段軌道之間的動(dòng)摩擦因數(shù)均相同,不計(jì)空氣阻力。重力加速度為g,則根據(jù)圖中相關(guān)信息,若要使滑塊恰能到達(dá)B站P處,該滑塊初速度的大小應(yīng)調(diào)整為( )
A.B.
C.D.
5.(2024·黑龍江雙鴨山·模擬預(yù)測(cè))(多選題)如圖所示,在光滑的斜軌道底端平滑連接著一個(gè)半徑為R、頂端有缺口的光滑圓形軌道,A點(diǎn)、B點(diǎn)在同一水平面上,P點(diǎn)是最低點(diǎn),。一質(zhì)量為m的小球由斜軌道上某高度處?kù)o止釋放,由軌道連接處進(jìn)入圓形軌道。重力加速度為g,不考慮機(jī)械能的損失,下列說(shuō)法正確的是( )
A.若小球滑到P點(diǎn)時(shí)速度大小為,則此處軌道對(duì)小球作用力的大小為4mg
B.若小球滑到P點(diǎn)時(shí)速度大小為,則小球滑到A點(diǎn)時(shí)速度大小為
C.若小球恰好能通過(guò)圓形軌道內(nèi)A點(diǎn),則小球在斜軌道上靜止釋放的高度為
D.若小球從圓形軌道內(nèi)A點(diǎn)飛出后恰好從B點(diǎn)飛入圓形軌道,則小球經(jīng)過(guò)B點(diǎn)時(shí)的速度大小為
6.(2024·黑龍江·模擬預(yù)測(cè))如圖所示,半徑為的四分之一圓弧形光滑軌道AO和水平軌道ON平滑連接,水平軌道上有一右端固定的足夠長(zhǎng)輕質(zhì)彈簧,彈簧處于原長(zhǎng)狀態(tài)且左端恰好位于O點(diǎn),彈簧的勁度系數(shù)。質(zhì)量的滑塊自A點(diǎn)由靜止開(kāi)始下滑,滑塊與水平軌道間的滑動(dòng)摩擦力等于相同位置時(shí)彈簧彈力的,滑塊可視為質(zhì)點(diǎn),彈簧始終在彈性限度內(nèi),彈簧的彈性勢(shì)能為,x為彈簧的形變量,k為勁度系數(shù)。取。求:
(1)滑塊第一次經(jīng)過(guò)O點(diǎn)時(shí)對(duì)圓弧軌道的壓力大??;
(2)滑塊第二次在水平軌道上速度減為零時(shí)距O點(diǎn)的距離。
7.(2024·甘肅平?jīng)觥と#┤鐖D所示,固定在豎直面內(nèi)的光滑圓弧軌道 PQ在Q點(diǎn)與水平面相切,其圓心為O、半徑為R,圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角。一可視為質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量為m的小物塊從S點(diǎn)以水平初速度)拋出,恰好在P點(diǎn)沿切線方向進(jìn)入圓弧軌道,最后滑上水平面在C點(diǎn)停下來(lái)。已知小物塊與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,重力加速度為g,不計(jì)空氣阻力,,求:
(1)S、P兩點(diǎn)間的豎直高度;
(2)Q、C兩點(diǎn)間的距離。

8.(2024·山東·模擬預(yù)測(cè))如圖,水平地面與圓心為、半徑的固定豎直圓弧軌道相切于點(diǎn),該軌道的圓心角為,為圓弧軌道的最高點(diǎn)。一質(zhì)量的物塊靜止于水平地面上的點(diǎn)處,、之間的距離?,F(xiàn)對(duì)物塊施加一水平向右的恒力,當(dāng)物塊到達(dá)點(diǎn)時(shí)撤去該力。已知物塊經(jīng)過(guò)點(diǎn)后再經(jīng)過(guò)后落到地面上,物塊可視為質(zhì)點(diǎn),忽略空氣阻力及一切摩擦,重力加速度取,,。求:
(1)物塊落地點(diǎn)與點(diǎn)之間的水平距離;
(2)恒力的大小。
9.(2024·陜西西安·模擬預(yù)測(cè))某??萍冀M利用圖甲所示裝置研究過(guò)山車(chē)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中所遵循的物理規(guī)律,圖中Q為水平彈射裝置,AB為傾角的傾斜軌道,取A點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)建立平面直角坐標(biāo)系,水平向左為x軸正方向,豎直向上為y軸正方向,Q可在坐標(biāo)平面內(nèi)移動(dòng),BC為水平軌道,為豎直圓軌道,為足夠長(zhǎng)傾斜軌道,各軌道均平滑連接。已知滑塊質(zhì)量為m,圓軌道半徑為R,傾斜軌道AB長(zhǎng)為,滑塊與傾斜軌道AB間動(dòng)摩擦因數(shù)隨滑塊與A點(diǎn)距離l的變化關(guān)系如圖乙所示。BC長(zhǎng)為2R,滑塊與BC間動(dòng)摩擦因數(shù),其余各段軌道均光滑。彈射裝置彈出的滑塊均能無(wú)碰撞從A點(diǎn)切入傾斜軌道AB,滑塊可視為質(zhì)點(diǎn)。求:
(1)彈出點(diǎn)的縱坐標(biāo)y與橫坐標(biāo)x之間應(yīng)滿足的函數(shù)關(guān)系式;
(2)彈出點(diǎn)的橫坐標(biāo)x為多大時(shí),滑塊從A點(diǎn)切入后恰好過(guò)最高點(diǎn)D。(結(jié)果可用根號(hào)表示)
10.(2024·云南曲靖·二模)如圖所示為某滑雪場(chǎng)滑道示意圖?;┻\(yùn)動(dòng)員及裝備(可視為質(zhì)點(diǎn))的質(zhì)量為,運(yùn)動(dòng)員從平臺(tái)上水平飛出后恰好能從A點(diǎn)沿圓弧切線進(jìn)入豎直面內(nèi)的光滑圓弧滑道ABC,并沿滑道滑上與圓弧滑道在C點(diǎn)相切的粗糙傾斜直滑道CD,CD滑道足夠長(zhǎng)。已知圓弧滑道半徑為,圓心為O,AO連線與豎直方向夾角為,AO與CO連線互相垂直。平臺(tái)與A點(diǎn)之間的高度差為。取重力加速度大小,,,不計(jì)空氣阻力。求:
(1)運(yùn)動(dòng)員離開(kāi)平臺(tái)瞬間的速度大?。?br>(2)運(yùn)動(dòng)員第一次運(yùn)動(dòng)到圓弧滑道最低點(diǎn)B時(shí),受到的支持力大??;
(3)為保證運(yùn)動(dòng)員不從A點(diǎn)滑離圓弧滑道,運(yùn)動(dòng)員與CD段之間動(dòng)摩擦因數(shù)的最小值。
11.(2024·福建福州·模擬預(yù)測(cè))如圖甲所示,一物塊放置在水平臺(tái)面上,在水平推力F的作用下,物塊從坐標(biāo)原點(diǎn)O由靜止開(kāi)始沿x軸正方向運(yùn)動(dòng),F(xiàn)與物塊的位置坐標(biāo)x的關(guān)系如圖乙所示。物塊在x=2m處從平臺(tái)飛出,同時(shí)撤去F,物塊恰好由P點(diǎn)沿其切線方向進(jìn)入豎直圓軌道,隨后剛好從軌道最高點(diǎn) M飛出。已知物塊質(zhì)量 ,物塊與水平臺(tái)面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 軌道圓心為O,半徑為 ,MN為豎直直徑,,重力加速度,,不計(jì)空氣阻力。求:
(1)水平推力F做的功;
(2)物塊運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí)的速度大?。?br>(3)物塊在圓軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)克服摩擦力做的功。
12.(2024·江蘇·模擬預(yù)測(cè))如圖所示為滑板運(yùn)動(dòng)的訓(xùn)練場(chǎng)地,半徑為R的冰制豎直圓弧軌道最低點(diǎn)為C,最高點(diǎn)為D,D點(diǎn)的切線沿豎直方向,圓弧軌道左端與傾角為θ的冰制斜面相切,為保證運(yùn)動(dòng)員的安全,在AB間鋪有長(zhǎng)度為4L的防滑材料,當(dāng)長(zhǎng)度為L(zhǎng)的滑板全部處于AB內(nèi)時(shí),恰能保持靜止,其余部分摩擦不計(jì)。一次訓(xùn)練時(shí),教練員在AB之間推動(dòng)運(yùn)動(dòng)員到滑板離開(kāi)B點(diǎn),運(yùn)動(dòng)員從D點(diǎn)滑出,豎直上升到最高點(diǎn)E,E點(diǎn)與D點(diǎn)的距離為,下落后沿軌道返回。運(yùn)動(dòng)員和滑板總質(zhì)量為m,運(yùn)動(dòng)員始終站在滑板的正中間,滑板對(duì)斜面壓力均勻。滑板長(zhǎng)度和運(yùn)動(dòng)員身高遠(yuǎn)小于圓弧半徑,最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力,重力加速度大小為g,不計(jì)空氣阻力。求:
(1)防滑材料與滑板之間的動(dòng)摩擦因數(shù);
(2)運(yùn)動(dòng)員和滑板在圓弧軌道最低點(diǎn)C受到軌道支持力的大?。?br>(3)為保證運(yùn)動(dòng)員和滑板在軌道上只做一次往返滑行,滑板離開(kāi)B點(diǎn)時(shí)的速度范圍。

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