运用动能定理求变力做功
功的几种求法
功的几种求法高二物理组尚田鹤生活中牵涉到物体做功的问题很多，怎样求功是学生在学习机械能这一章中遇到的一个基本问题，也是比较复杂的一个问题，尤其牵涉到变力做功的情况。
下面把求某力做功基本方法总结如下：一．按照功的定义求功。
即由：W=Fscosθ求功。
在高中阶段，这种方法只适用于恒力做功。
恒力F做功大小只与F、S、θ这三个量有关，与物体是否还受其它力，物体的运动状态、运动形式等因素无关。
这种方法也可以说成是：功等于恒力和沿该恒力方向上的位移的乘积。
例1．如图所示，力F大小相等，A B C D 物体运动的位移s也相同，哪种情况F做功最小（）解析．力F做功多少与接触面粗糙度无关，W=Fs cos α，D中cosα最小，∴F做功最小。
故选D二．求变力功的方法1．用动能定理求变力做功，用动能定理W=ΔE k求功。
当F为变力时，高中阶段往往考虑用这种方法求功。
这种方法的依据是：物体所受合外力的功等于物体动能的变化，如果知道某一过程中动能变化的数值，那么也就知道了该过程中对应的合外力功的数值，进一步可求某个力的功。
例2如图所示，质量为m 的小球用长L 的细线悬挂而静止在竖直位置。
用水平拉力F 将小球缓慢地拉到细线与竖直方向成θ角的位置。
在此过程中，拉力F 做的功各是多少？A.θcos FLB.θsin FLC.()θcos 1-FLD.()θcos 1-mgL解析：若用F 缓慢地拉，则显然F 为变力，整个过程中动能可认为不变，可以用动能定理求解。
F 做的功和重力做功的功相等。
选D例3．如图4所示，AB 为1/4圆弧轨道，半径为0.8m ，BC 是水平轨道，长L=3m ，BC 处的摩擦系数为1/15，今有质量m=1kg 的物体，自A 点从静止起下滑到C 点刚好停止。
求物体在轨道AB 段所受的阻力对物体做的功。
解析：物体在从A滑到C的过程中，有重力、AB段的阻力、AC段的摩擦力共三个力做功，重力做功W G=mgR，水平面上摩擦力做功W f1=-μmgL，由于物体在AB段受的阻力是变力，做的功不能直接求。
第四章 专题强化11 利用动能定理分析变力做功和多过程问题
利用动能定理分析变力做功和多过程问题[学习目标] 1.进一步理解动能定理，领会应用动能定理解题的优越性.2.会利用动能定理分析变力做功、曲线运动以及多过程问题．一、利用动能定理求变力做功1．动能定理不仅适用于求恒力做的功，也适用于求变力做的功，同时因为不涉及变力作用的过程分析，应用非常方便．2．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＝ΔE k .例1 (2022·上海交大附中高一期中)如图所示，质量为1.0 kg 的重物P 放在一长木板OA 上，物体距O 点距离为0.2 m ，将长木板绕O 端缓慢转过30°的过程中，重物P 相对于木板始终保持静止，g 取10 m/s 2，则在这一过程中摩擦力对重物做功为______ J ；支持力对重物做功为______ J.答案 0 1解析 重物受到重力、支持力和摩擦力的作用，处于平衡状态，在缓慢上升的过程中，位移方向向左上，重力对重物做功为W G ＝－mgL sin θ＝－1 J ，重物在上升的过程中，重物相对于木板并没有滑动，所以重物受到的摩擦力对重物做的功为零，由于重力对重物做了负功，摩擦力对重物不做功，在这一过程中根据动能定理可知W G ＋W N ＝0，解得W N ＝1 J.针对训练1 质量为m 的物体以初速度v 0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.12m v 02－μmg (s ＋x ) B.12m v 02－μmgxC ．μmgsD ．μmg (s ＋x )答案 A解析 设物体克服弹簧弹力所做的功为W ，从开始接触到弹簧被压缩至最短，由动能定理得－W －μmg (s ＋x )＝0－12m v 02，W ＝12m v 02－μmg (s ＋x )，A 正确，B 、C 、D 错误．二、利用动能定理分析多过程问题1．一个物体的运动过程如果包含多个运动阶段，即可以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、初末动能进行分析，然后应用动能定理列式联立求解．也可以全过程应用动能定理，这样不涉及中间量，解决问题会更简单方便．2．选择全过程应用动能定理时，要注意有些力不是全过程都做功的，必须根据不同的情况区别对待，弄清楚物体所受的力在哪段位移上做功，做正功还是负功，正确写出总功． 例2 (2021·重庆市黔江新华中学高一月考)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s ＝5 m ，轨道CD 足够长，A 、D 两点离轨道BC 的高度分别为h 1＝4.30 m 、h 2＝1.35 m ．现让质量为m 的小滑块自A 点由静止释放．已知小滑块与轨道BC 间的动摩擦因数μ＝0.5，重力加速度g 取10 m/s 2.求小滑块第一次到达C 点和D 点时的速度大小．答案 6 m/s 3 m/s解析 小物块从A →B →C 过程中，由动能定理得mgh 1－μmgs ＝12m v C 2，代入数据解得v C ＝6m/s.小物块从A →B →C →D 过程中，由动能定理得 mg (h 1－h 2)－μmgs ＝12m v D 2，代入数据解得v D ＝3 m/s.1．本题也可采用分段分析，分段利用动能定理进行列式求解，但全程利用动能定理要更方便． 2．在分段分析时，有些过程可以用牛顿运动定律，也可利用动能定理，动能定理比牛顿运动定律解题更简单方便，所以我们可优先采用动能定理解决问题．针对训练2 如图所示，右端连有一个固定光滑弧形槽的水平桌面AB 长L ＝1.5 m ，一个质量为m ＝0.5 kg 的木块在F ＝1.5 N 的水平拉力作用下，从桌面上的A 端由静止开始向右运动，木块到达B 端时撤去拉力F ，木块与水平桌面间的动摩擦因数μ＝0.2，取g ＝10 m/s 2.求：(1)木块沿弧形槽上升的最大高度(木块未离开弧形槽)； (2)木块沿弧形槽滑回B 端后，在水平桌面上滑行的最大距离． 答案 (1)0.15 m (2)0.75 m解析 (1)设木块沿弧形槽上升的最大高度为h ，木块在最高点时的速度为零．从木块开始运动到沿弧形槽上升到最大高度处，由动能定理得： FL －fL －mgh ＝0其中f ＝μN ＝μmg ＝0.2×0.5×10 N ＝1.0 N 所以h ＝FL －fL mg ＝(1.5－1.0)×1.50.5×10m ＝0.15 m(2)设木块离开B 点后，在水平桌面上滑行的最大距离为x ，由动能定理得：mgh －fx ＝0 所以x ＝mgh f ＝0.5×10×0.151.0m ＝0.75 m.1.有一质量为m 的木块，从半径为r 的圆弧曲面上的a 点滑向b 点，如图所示．如果由于摩擦使木块的运动速率保持不变，则以下叙述正确的是( )A ．木块所受的合外力为零B ．因木块所受的力都不对其做功，所以合外力做的功为零C ．重力和摩擦力的合力做的功为零D ．重力和摩擦力的合力为零 答案 C解析 木块做曲线运动，速度方向变化，加速度不为零，故合外力不为零，A 错；速率不变，动能不变，由动能定理知，合外力做的功为零，而支持力方向始终与运动方向垂直，支持力不做功，重力做正功，所以重力做的功与摩擦力做的功的代数和为零，但重力和摩擦力的合力不为零，C 对，B 、D 错．2.一个质量为m 的小球，用长为l 的轻绳悬挂于O 点，小球在水平拉力F 作用下，从平衡位置P 点缓慢地移动到Q 点，OQ 与OP 的夹角为θ，如图所示，重力加速度为g ，则拉力F 所做的功为( )A ．mgl cos θB ．mgl (1－cos θ)C ．Fl cos θD ．Fl sin θ答案 B解析 小球缓慢移动，始终处于平衡状态，由平衡条件可知，F ＝mg tan θ，θ为轻绳与OP 的夹角，随着θ的增大，F 也在增大，是一个变化的力，不能直接用功的公式求它所做的功．由于小球缓慢移动，动能保持不变，由动能定理得：－mgl (1－cos θ)＋W F ＝0，所以W F ＝ mgl (1－cos θ)，B 正确，A 、C 、D 错误．3.如图所示，光滑斜面的顶端固定一弹簧，一小球向右滑行，并冲上固定在水平地面上的斜面．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 ，则从A 到C 的过程中弹簧弹力做的功是( )A ．mgh －12m v 2B.12m v 2－mgh C ．－mgh D ．－(mgh ＋12m v 2)答案 A解析 小球由A 到C 的过程运用动能定理可得 －mgh ＋W ＝0－12m v 2，所以W ＝mgh －12m v 2，故A 正确．4.如图所示，一半径为R 的半圆形轨道竖直固定放置，轨道两端等高；质量为m 的小球自轨道端点P 由静止开始滑下，滑到最低点Q 时，对轨道的正压力为2mg ，重力加速度大小为g .小球自P 点滑到Q 点的过程中，克服摩擦力所做的功为( )A.14mgR B.13mgR C.12mgR D.π4mgR 答案 C解析 在最低点，根据牛顿第三定律可知，轨道对小球的支持力F ＝2mg ，根据牛顿第二定律可得F －mg ＝m v 2R ，从P 点到最低点Q 的过程，由动能定理可得mgR －W 克f ＝12m v 2，联立可得克服摩擦力做的功W 克f ＝12mgR ，选项C 正确．5．(多选)一质量为m 的物块静止放在一凹凸不平的轨道底端，在一水平向右的恒力F 作用下由图中的位置运动到轨道的一定高度处，物块此时的速度大小为v .经测量可知初、末位置的高度差为h 、水平间距为x ，重力加速度为g ，物块所受的摩擦力不能忽略．则( )A ．物块的重力做功为－mghB ．物块所受的合外力做功为12m v 2C ．物块所受的恒力做功为Fx －mghD ．物块克服摩擦力所做的功为12m v 2＋mgh －Fx答案 AB解析 由题图分析可知摩擦力为变力，设克服摩擦力做的功为W克f ，由动能定理可得Fx －mgh －W 克f ＝12m v 2－0，得W 克f ＝Fx －mgh －12m v 2，故D 错误；恒力对物块做的功为Fx ，C错误；由动能定理可知，合外力对物块所做的功等于物块动能的增加量，为12m v 2，B 正确；重力做负功，所做的功为－mgh ，A 正确．6．(2021·太原五中月考)如图所示，将质量为m 的小球以初速度大小v 0由地面竖直向上抛出．小球落回地面时，其速度大小为34v 0.设小球在运动过程中所受空气阻力的大小不变，重力加速度为g ，则空气阻力的大小等于( )A.34mgB.316mgC.716mgD.725mg 答案 D解析 小球向上运动的过程，由动能定理得－(mg ＋f )H ＝0－12m v 02，小球向下运动的过程，由动能定理得(mg －f )H ＝12m (34v 0)2，联立解得f ＝725mg ，选项D 正确．7.如图所示为一水平的转台，半径为R ，一质量为m 的滑块放在转台的边缘，已知滑块与转台间的动摩擦因数为μ，且最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g .若转台的转速由零逐渐增大，当滑块在转台上刚好发生相对滑动时，转台对滑块所做的功为( )A.12μmgR B ．2πmgR C ．2μmgR D ．0答案 A解析 滑块即将开始发生相对滑动时，最大静摩擦力(等于滑动摩擦力)提供向心力，有μmg ＝m v 2R ，根据动能定理有W f ＝12m v 2，解得W f ＝12μmgR ，A 正确．8．(多选)质量为m 的汽车，发动机的功率恒为P ，阻力恒为F 1，牵引力为F ，汽车由静止开始沿直线运动，经过时间t 行驶了位移x 时，速度达到最大值v m ，则发动机所做的功为( ) A ．Pt B ．F 1x C.12m v m 2 D.mP 22F 12＋Px v m答案 AD解析 发动机的功率恒为P ，经过时间t ，发动机做的功为W ＝Pt ，A 正确；当达到最大速度时，有P ＝F 1v m ，得v m ＝P F 1，整个过程中由动能定理有W －F 1x ＝12m v m 2－0，则W ＝12m v m 2＋F 1x ＝mP 22F 12＋Pxv m，B 、C 错误，D 正确．9.如图所示，一质量为2 kg 的铅球(可视为质点)从离地面2 m 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大小．(g ＝10 m/s 2)答案 2 020 N 解析 方法一：分段法自由下落至地面过程中由动能定理有 mgH ＝12m v 2陷入沙坑至静止过程由动能定理有 mgh －f ·h ＝0－12m v 2联立解得f ＝2 020 N 方法二：全程法整个过程中由动能定理有mg (H ＋h )－f ·h ＝0 解得f ＝2 020 N.10．一列车的质量是5.0×105 kg ，在平直的轨道上以额定功率3 000 kW 加速行驶，当速率由10 m/s 加速到所能达到的最大速率30 m/s 时，共用了2 min ，设列车所受阻力恒定，g 取10 m/s 2，则：(1)列车所受的阻力为多大；(2)这段时间内列车前进的距离是多少． 答案 (1)1.0×105 N (2)1 600 m解析 (1)列车以额定功率加速行驶时，加速度逐渐减小，当加速度减小到零时，牵引力与阻力大小相等，F ＝f ，速度最大，此时有P ＝F v m 所以列车受到的阻力f ＝Pv m＝1.0×105 N(2)这段时间牵引力做功W F ＝Pt ，设列车前进的距离为s ，则列车的速率由10 m/s 加速到30 m/s 过程中，由动能定理得Pt －fs ＝12m v m 2－12m v 02代入数值解得s ＝1 600 m.11.如图所示，在海滨游乐场里有一种滑沙游戏，人坐在滑板上从倾角为θ的斜坡上由静止开始下滑，经过斜坡底端沿水平滑道再滑行一段距离停下．已知滑板与斜坡和水平滑道间的动摩擦因数均为μ＝0.3，斜坡和水平滑道平滑连接．若某人和滑板的总质量m＝60 kg，滑行过程中空气阻力忽略不计，重力加速度g取10 m/s2.(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)求：(1)把人和滑板看作整体，画出该整体从斜坡上下滑过程中的受力示意图．(2)若已知θ＝37°，人和滑板从斜坡滑下时加速度的大小．(3)若已知θ＝37°，水平滑道BC的最大长度为L1＝20 m，人和滑板在斜坡上滑下的高度应不超过多少？(4)若斜坡倾角θ大小可调节且大小未知，水平滑道BC的长度未知，但是场地的水平空间距离DC的最大长度为L2＝30 m，人和滑板在斜坡上从D的正上方A处由静止下滑，那么A 到D的高度不超过多少？答案(1)见解析图(2)3.6 m/s2(3)10 m(4)9 m解析(1)受力分析示意图如图所示．(2)根据牛顿第二定律得，mg sin 37°－f＝ma又N＝mg cos 37°f＝μN联立以上三式，代入数据解得a＝3.6 m/s2.(3)设人和滑板从距水平滑道高H处下滑，从人和滑板在斜坡上开始运动到人和滑板停止运动的过程中，根据动能定理得mgH－μmg cos 37°·Hsin 37°－μmgL1＝0－0代入数据解得H＝10 m.(4)设A到D的高度为h，人和滑板在斜坡上A处开始运动到人和滑板停止运动的过程中，根据动能定理得mgh －μmg cos θ·h sin θ－μmg (L 2－htan θ)＝0－0代入数据解得h ＝9 m.12.(2021·广州市高一期末)如图，一篮球质量m ＝0.60 kg ，运动员使其从距离地面高度h 1＝ 1.8 m 处由静止自由落下，反弹高度h 2＝1.2 m ．若使篮球从距离地面高度h 3＝1.5 m 的高度静止下落，并在开始下落的同时向下拍球，球落地后反弹高度也为1.5 m ．设运动员拍球时对球的作用力为恒力，作用时间t ＝0.20 s ；该篮球每次与地面碰撞前后的动能比值k 恒定，重力加速度大小g ＝10 m/s 2，不计空气阻力．求：(1)比值k 的大小；(2)运动员拍球过程中对篮球所做的功； (3)运动员拍球时对篮球作用力的大小． 答案 (1)32(2)4.5 J (3)9 N解析 (1)该篮球自由落下至第一次与地面碰撞前过程中有E k1＝12m v 12＝mgh 1该篮球第一次碰撞后反弹至高度h 2过程中有 E k2＝12m v 22＝mgh 2可得k ＝E k1E k2＝h 1h 2＝1.81.2＝32.(2)第二次从1.5 m 的高度静止下落，同时向下拍球，在篮球反弹上升的过程中有E k4＝mgh 4， 第二次从1.5 m 的高度静止下落，同时向下拍球，篮球下落过程中，由动能定理可得W ＋mgh 3＝E k3，因篮球每次和地面碰撞前后的动能比值不变，则有E k2E k1＝E k4E k3，代入数据可得W ＝4.5 J.(3)由于作用力是恒力，在恒力作用下篮球向下做匀加速直线运动，因此由牛顿第二定律可得F ＋mg ＝ma在拍球时间内运动的位移为x ＝12at 2做的功为W ＝Fx联立可得F＝9 N(F＝－15 N舍去)．。
动能定理求变力做功问题
C.mgR
√D.(1－μ)mgR
7.(2022·上海市复旦中学高一期中)质量为2 kg的物体以50 J的初动能在粗 糙的水平面上滑行，其动能的变化与位移的关系如图所示，则该物体在 水平面上滑行的时间为
A.5 s
B.4 s
C.2 s
√D.2 2 s
能力综合练
8.质量为m的小球被系在轻绳一端，在竖直平面内做半径为R的圆周运动，
过程中摩擦力大小Ff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10 m/s2，物块质
量m和所受摩擦力大小Ff分别为
√A.m＝0.7 kg，Ff＝0.5 N
B.m＝0.7 kg，Ff＝1.0 N C.m＝0.8 kg，Ff＝0.5 N D.m＝0.8 kg，Ff＝1.0 N
(2)物体的最大滑行距离； 由动能定理得WF－μmgxmax＝0，代入数据得xmax＝10 m
(3)物体在运动过程中的最大速度.
由题图图像可知，推力为 F＝F0＋kx＝100 N＋0－4100x＝100 N－25x， 物体受到的滑动摩擦力 Ff＝μmg＝0.5×4×10 N＝20 N，
当物体所受合力为零时，物体的速度最大， 即F＝Ff时， 结合图线可知100 N－25x＝20 N， 解得x＝3.2 m， F－x图线与坐标轴围成图形的面积等于推力对物体做功，设物体的最 大速度为vm，
12.(2021·江苏省外国语学校高一期中)如图甲所示，一质量为4 kg的物体静止 在水平地面上，让物体在水平推力F作用下开始运动，推力F随位移x变化的 关系如图乙所示，已知物体与地面间的动摩擦因数μ＝0.5(g取10 m/s2).求： (1)水平推力F在前4 m内做的功；
解：由F－x图像可知推力对物体做的 总功等于F－x图像与坐标轴围成的面积， 则水平推力 F 在前 4 m 内做的功为 WF＝12×4×100 J＝200 J
第05讲 功 功率 动能定理(解析版)
2020年高考物理二轮精准备考复习讲义第二部分功能与动量第5讲功功率动能定理目录一、理清单，记住干 (2)二、研高考，探考情 (2)三、考情揭秘 (4)四、定考点，定题型 (5)超重点突破1功和功率的分析与计算 (5)命题角度1功的分析与计算 (5)命题角度2功率的分析及应用 (6)命题角度3 变力做功 (7)超重点突破2机车启动中的功率问题 (8)超重点突破3动能定理的基本应用 (10)命题角度1动能定理在直线运动中的应用 (10)命题角度2动能定理在曲线运动中的应用 (12)命题角度3 动能定理在图象问题中的应用 (13)五、固成果，提能力 (14)一、理清单，记住干1．功(1)恒力做功：W ＝Fl cos α(α为F 与l 之间的夹角)．(2)变力做功：①用动能定理求解；②用F -x 图线与x 轴所围“面积”求解． 2．功率(1)平均功率：P ＝Wt ＝F v cos α(α为F 与v 的夹角)．(2)瞬时功率：P ＝Fv cos α(α为F 与v 的夹角)．(3)机车启动两类模型中的关键方程：P ＝F ·v ，F －F 阻＝ma ，v m ＝PF 阻，Pt －F 阻x ＝ΔE k . 3．动能定理：W 合＝12mv 2－12mv 20.4．应用动能定理的两点注意(1)应用动能定理的关键是写出各力做功的代数和，不要漏掉某个力做的功，同时要注意各力做功的正、负． (2)动能定理是标量式，不能在某一方向上应用．二、研高考，探考情【2019·高考全国卷Ⅲ，T17】从地面竖直向上抛出一物体，物体在运动过程中除受到重力外，还受到一大小不变、方向始终与运动方向相反的外力作用．距地面高度h 在3 m 以内时，物体上升、下落过程中动能E k 随h 的变化如图所示．重力加速度取10 m/s 2.该物体的质量为( )A ．2 kgB ．1.5 kgC ．1 kgD ．0.5 kg 【答案】：C【解析】：画出运动示意图，设阻力为f ，据动能定理知A →B (上升过程)：E k B －E k A ＝－(mg ＋f )hC →D (下落过程)：E k D －E k C ＝(mg －f )h整理以上两式得mgh ＝30 J ，解得物体的质量m ＝1 kg ，选项C 正确．【2019·高考江苏卷】如图所示，轻质弹簧的左端固定，并处于自然状态．小物块的质量为m ，从A 点向左沿水平地面运动，压缩弹簧后被弹回，运动到A 点恰好静止．物块向左运动的最大距离为s ，与地面间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g ，弹簧未超出弹性限度．在上述过程中( )A ．弹簧的最大弹力为μmgB ．物块克服摩擦力做的功为2μmgsC ．弹簧的最大弹性势能为μmgsD ．物块在A 点的初速度为2μgs 【答案】：BC【解析】：小物块处于最左端时，弹簧的压缩量最大，然后小物块先向右做加速运动再做减速运动，可知弹簧的最大弹力大于滑动摩擦力μmg ，选项A 错误；物块从开始运动至最后回到A 点过程，由功的定义可得物块克服摩擦力做功为2μmgs ，选项B 正确；自物块从最左侧运动至A 点过程由能量守恒定律可知E p ＝μmgs ，选项C 正确；设物块在A 点的初速度为v 0，整个过程应用动能定理有－2μmgs ＝0－12mv 20，解得v 0＝2μgs ，选项D 错误．【2018·高考全国卷Ⅲ，T19】地下矿井中的矿石装在矿车中，用电机通过竖井运送到地面．某竖井中矿车提升的速度大小v 随时间t 的变化关系如图所示，其中图线①②分别描述两次不同的提升过程，它们变速阶段加速度的大小都相同；两次提升的高度相同，提升的质量相等．不考虑摩擦阻力和空气阻力．对于第①次和第②次提升过程( )A ．矿车上升所用的时间之比为4∶5B ．电机的最大牵引力之比为2∶1C ．电机输出的最大功率之比为2∶1D ．电机所做的功之比为4∶5 【答案】：AC【解析】：由图线①知，矿车上升总高度h ＝v 02·2t 0＝v 0t 0由图线②知，加速阶段和减速阶段上升高度和 h 1＝v 022·(t 02＋t 02)＝14v 0t 0匀速阶段：h －h 1＝12v 0·t ′，解得t ′＝32t 0故第②次提升过程所用时间为t 02＋32t 0＋t 02＝52t 0，两次上升所用时间之比为2t 0∶52t 0＝4∶5，A 对；对矿车受力分析，当矿车向上做加速直线运动时，电机的牵引力最大，由于加速阶段加速度相同，故加速时牵引力相同，B 错；在加速上升阶段，由牛顿第二定律知， F －mg ＝ma ，F ＝m (g ＋a ) 第①次在t 0时刻，功率P 1＝F ·v 0， 第②次在t 02时刻，功率P 2＝F ·v 02，第②次在匀速阶段P 2′＝F ′·v 02＝mg ·v 02＜P 2，可知，电机输出的最大功率之比P 1∶P 2＝2∶1，C 对；由动能定理知，两个过程动能变化量相同，克服重力做功相同，故两次电机做功也相同，D 错．三、考情揭秘近几年高考命题点主要集中在正、负功的判断，功率的分析与计算，机车启动模型，题目具有一定的综合性，难度适中．高考单独命题以选择题为主，综合命题以计算题为主，常将动能定理与机械能守恒定律、能量守恒定律相结合．应考策略：备考中要理解功和功率的定义，掌握正、负功的判断方法，机车启动两类模型的分析，动能定理及动能定理在变力做功中的灵活应用．动能定理仍是2020年高考的考查重点，要重点关注本讲知识与实际问题、图象问题相结合的情景题目．四、定考点，定题型超重点突破 1 功和功率的分析与计算1．功和功率的计算 (1)功的计算①恒力做功一般用功的公式或动能定理求解。
巧用动能定理求变力的功
第28点巧用动能定理求变力的功利用动能定理求变力的功通常有以下两种情况：1．如果物体只受到一个变力的作用，那么W＝E k2－E k1.只要求出做功过程中物体的动能变化量ΔE k，也就等于知道了这个过程中变力所做的功．2．如果物体同时受到几个力作用，但是其中只有一个力F1是变力，其他的力都是恒力，则可以先用恒力做功的公式求出这几个恒力所做的功，然后再运用动能定理来间接求变力做的功：W1＋W其他＝ΔE k.对点例题如图1所示，质量m＝60 kg的高山滑雪运动员，从A点由静止开始沿滑道滑下，然后由B点水平飞出，最后落在斜坡上的C点．已知BC连线与水平方向夹角θ＝37°，A、B两点间的高度差为h AB＝25 m，B、C两点间的距离为L＝75 m，(不计空气阻力，g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)求：图1(1)运动员从B点飞出时的速度v B的大小．(2)运动员从A滑到B的过程中克服摩擦力所做的功．解题指导运动员从A点滑下后，由B点水平飞出做平抛运动，先根据平抛运动的规律求出运动员飞离B点时的速度v B，然后对AB段运用动能定理求克服摩擦力所做的功．(1)设由B到C平抛运动的时间为t竖直方向：h BC＝L sin 37°＝12gt2水平方向：L cos 37°＝v B t代入数据，解得v B＝20 m/s.(2)A到B过程由动能定理有mgh AB＋W f＝12m v2B代入数据，解得W f＝－3 000 J，运动员克服摩擦力所做的功为3 000 J 答案(1)20 m/s(2)3 000 J在离地面高为h 处竖直上抛一质量为m 的物块，抛出时的速度为v 0，当它落到地面时速度为v ，用g 表示重力加速度，则在此过程中物块克服空气阻力所做的功等于( )A ．mgh －12m v 2－12m v 20B ．－12m v 2－12m v 20－mgh C ．mgh ＋12m v 20－12m v 2 D ．mgh ＋12m v 2－12m v 20答案 C解析 选取物体从刚抛出到正好落地，由动能定理可得：mgh －W f 克＝12m v 2－12m v 20. 解得：W f 克＝mgh ＋12m v 20－12m v 2.。
如何求变力做功
F 图1如何求变力做功在高中阶段求变力做功的问题是很常见的。
既可以运用公式W=FScos α来求解，又可以运用动能定理、功能原理等来求解。
对于具体问题要具体分析。
为此笔者在教学中总结了以下几种方法。
一、运用公式W=FScos α求解在不知物体初、末位置的速度时，就无法运用动能定理或功能原理求解，只有将变力转化为恒力，依据功的定义式W=FScos α求解。
例1 如图1所示，某个力F 作用于半径为R 的圆盘， 力F 的大小不变，但方向始终与过力的作用点的圆盘的切线 一致，则转动圆盘一周该力做多少功。
分析与解 在转动转盘一周过程中，力F 的方向时刻变化，但每一瞬时力F 总是与该瞬时的速度同向（切线方向），既F 在每瞬时与转盘转过的极小位移∆s 同向。
这样，无数瞬时的极小位移∆s 1，∆s 2，∆s 3…∆s n 都与当时的F 方向同向。
因而在转动一周过程中，力F 做的功应等于在各极小位移段所做功的代数和。
即W=F ∆s 1+F ∆s 2+…F ∆s n= F(∆s 1+∆s 2+∆s 3+…∆s n )=F 2πR当变力始终与速度在同一直线上或成某一固定角度时可把曲线运动或往复运动的路线拉直考虑，在各小段位移上将变力转化为恒力用W=FScos α计算功，而且变力所做功等于变力在各小段所做功之和。
再者，若问题中的变力与位移成线形关系，即F=ks+b ，其F-s 图象如图2所示。
则图中阴影部分的面积大小在数值上等于变力所做功的大小，即W=)(21221s s F F -+。
也就是说，变力F 由F 1线形地变化到F 2的过程中所做的功等于该过程的平均力221F F F +=-所做的功。
二、用动能定理求解动能定理告诉我们，外力对物体所做的功等于物体动能的变化，即W 外 =∆E K ，W 外系指物体受到的所有外力对物体所做功的代数和，∆E K 是物体动能的变化量。
例2 如图3所示，质量为m 的物块在半径为R 的半球形容器中从上部边缘A 由静止起下滑，滑到最底点B时对容器底部的压力为2mg 。
变力做功的六种常见计算方法
变力做功的六种常见计算方法s，但是学生在应用在高中阶段，力做功的计算公式是W=FScoα时，只会计算恒力的功，对于变力的功，高中学生是不会用的。
下面介绍六种常用的计算变力做功的方法，希望对同学们有所启发。
方法一：用动能定理求若物体的运动过程很复杂，但是如果它的初、末动能很容易得出，而且，除了所求的力的功以外，其他的力的功很好求，可选用此法。
例题1：如图所示。
质量为m的物体，用细绳经过光滑的小孔牵引在光滑水平面上做匀速圆周运动，拉力为某个数值F时，转动半径为R；拉力逐渐减小到0.25F时，物体仍然做匀速圆周运动，半径为2R，求外力对物体所做的功的大小。
解析：当拉力为F时，小球做匀速圆周运动，F提供向心力，则F=mv12/2R。
此题中，当半径由R2/R；当拉力为0.25F时，0.25F=mv2变为2R的过程中，拉力F为变力，由F变为2F,我们可以由动能定2=0.25RF。
理，求2—0.5mv2得外力对物体所做的功的大小W=0.5mv1方法二：用功率的定义式求若变力做功的功率和做功时间是已知的，则可以由W=Pt来求解变力的功。
例题2：质量为m=500吨的机车，以恒定的功率从静止出发，经过时间t=5min在水平路面上行使了s=2.25km，速度达到最大值v=54km/h。
假设机车受到的阻力为恒力。
求机车在运动中受到的阻力大小。
解析：机车先做加速度减小的变加速直线运动，再做匀速直线运动。
所以牵引力F先减小，最后，F恒定，而且跟阻力f平衡，此时有功率P=Fv=fv。
在变加速直线运动阶段，牵引力是变力，它在此阶段所作的功可以由w=Pt来求。
由动能定理，Pt—fs=0.5mv2—0,把P=Fv=fv代入得，阻力f=25000N。
方法三：平均力法如果变力的变化是均匀的（力随位移线性变化），而且方向不变时，可以把变力的平均值求出后，将其当作恒力代入定义式即可。
例题3：如图所示。
轻弹簧一端与竖直墙壁连接，另一端与一质量为m的木块相连，放在光滑的水平面上，弹簧的劲度系数为k，开始时弹簧处于自然状态。
动能定理典型例题
动能定理典型例题【例题】1、一架喷气式飞机，质量m=5.0×103kg,起飞过程中从静止开始滑跑的路程为s=5.3×102m，达到起飞速度v=60m/s，在此过程中飞机受到的平均阻力是飞机重量的0.02倍（k=0.02）。
求飞机受到的牵引力。
2、在动摩擦因数为μ的粗糙水平面上，有一个物体的质量为m，初速度为V1，在与运动方向相同的恒力F的作用下发生一段位移S，如图所示，试求物体的末速度V2。
拓展：若施加的力F变成斜向右下方且与水平方向成θ角，求物体的末速度V2V滑上动摩擦因数为μ的粗糙水平面上，最后3、一个质量为m的物体以初速度静止在水平面上，求物体在水平面上滑动的位移。
4、一质量为m的物体从距地面高h的光滑斜面上滑下，试求物体滑到斜面底端的速度。
拓展1：若斜面变为光滑曲面，其它条件不变，则物体滑到斜面底端的速度是多少？拓展2：若曲面是粗糙的，物体到达底端时的速度恰好为零，求这一过程中摩擦力做的功。
类型题题型一：应用动能定理求解变力做功1、一质量为m的小球，用长为L的轻绳悬挂于O点，小球在水平力F作用下，从平衡位置缓慢地移Q点如图所示，则此过程中力F所做的功为（）A．mgLcos0 B．FLsinθC．FLθ∙D．(1cos).-mgLθ2、如图所示，质量为m的物体静放在光滑的平台上，系在物体上的绳子跨过光滑的定滑轮由地面上以速度V向右匀速运动的人拉着，设人从地面上由平台的边缘向右行至绳与水平方向成30角处，在此过程中人所做的功为多少？3、一个质量为m的小球拴在钢绳的一端，另一端用大小为F1的拉力作用，在水平面上做半径为R1的匀速圆周运动（如图所示），今将力的大小改为F2，使小球仍在水平面上做匀速圆周运动，但半径变为R2，小球运动的半径由R1变为R过程中拉力对小球做的功多大？4、如图所示，AB为1/4圆弧轨道，半径为R=0.8m，BC是水平轨道，长S=3m，BC处的摩擦系数为μ=1/15，今有质量m=1kg的物体，自A点从静止起下滑到C 点刚好停止。
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WF＋ WG = 0－0
T
WF= － WG = mgL(1－cosθ)
变力
mg
运用动能定理求变力做功
创新微课
2.瞬间力做功问题 【例2】一人用力踢质量为1kg的皮球，使球由静止以10m/s
的速度沿地面水平飞出，踢球平均作用力是20N，球沿运动
方向运动了20m停止.那么人对球做功为多少焦耳？
运用动能定理求变力做功
s时，速度达到最大值vm，则发动机所做的功为： ABCD
A．Pt
E．Fs
B．fvmt
C．
mP2 2f 2
Ps vm
D.
mP2 2f 2
Ps vm
注意:做选择题时要注意表达式的多种可能性
运用动能定理求变力做功
研究对象 研究过程
小结
动能定理解题步骤
创新微课
受力分析 做功情况
初末状态EK
列方程求解
同学，下节再见
创新微课 现在开始
运用动能定理求变力做功
运用动能定理求变力做功
1.方向一定的变力做功问题
创新微课
【例1】一质量为m的小球，用长为L的轻绳悬挂于天花板上，
小球在水平力F的作用下，从最低点P点缓慢地移到Q点，此时
绳子转过了θ角，如图所示，则力F做的功为（
）
A. mgL cosθ
B. mgL(1－cosθ)
T C. FL sinθ
D. FL cosθ mg
运用动能定理求变力做功
创新微课
【例1】一质量为m的小球，用长为L的轻绳悬挂于天花板上，小
球在水平力F的作用下，从最低点P点缓慢地移到Q点，此时绳
子转过了θ角，如图所示，则力F做的功为（
）
解析： h= L(1－cosθ)
WG= － mgL(1－cosθ)
创新微课
解：以皮球为研究对象，在脚接触球到球脱离脚的过
程中，不知道对应位移，故无法根据做功公式W=FL
求解.
W
1 2
mv22
1 2
mv12
v1=0 v2=10m/s
解得：W =50J
运用动能定理求变力做功
3.机车变力做功问题
创新微课
【例3】质量为m的汽车发动机的功率恒为P，摩擦阻力恒
为f，牵引力为F．汽车由静止开始，经过时间t行驶了位移