高二智慧课堂 专题六动能定理与功能关系
功能关系 能量守恒定律
④压缩弹簧过程,弹力对物体做_负__功__,弹簧的弹性势能 增加,增加量_等__于__克服弹力做功的多少。 ⑤全过程中,物体与弹簧组成的系统,除重力和弹簧弹 力做功以外,只有_滑__动__摩__擦__力__做负功,系统的机械能 减少,减少量为__m_g_c_o_s__s_ihn__。
专题六 功能关系 能量守恒定律
【知识梳理】 知识点1 功能关系 1.功是_能__量__转__化__的量度,即做了多少功就有多少_能__量__ _发__生__了__转__化__。 2.做功的过程一定伴随着_能__量__的__转__化__,而且_能__量__的__转__ _化__必须通过做功来实现。
【解析】选B。夯杆被提上来的过程中,先受到滑动摩 擦力,然后受静摩擦力,故A错误;增加滚轮匀速转动的 角速度时夯杆获得的最大速度增大,可减小提杆的时间, 增加滚轮对杆的正压力,夯杆受到的滑动摩擦力增大, 匀加速运动的加速度增大,可减小提杆的时间,故B正确; 根据功能关系可知,滚轮对夯杆做的功等于夯杆动能、
A.夯杆被提上来的过程中滚轮先对它施加向上的滑动 摩擦力,后不对它施力 B.增加滚轮匀速转动的角速度或增加滚轮对杆的正压 力可减小提杆的时间 C.滚轮对夯杆做的功等于夯杆动能的增量 D.一次提杆过程系统共产生热量 1 mv2
2
【思考探究】 (1)夯杆被提升经历匀加速和匀速运动过程,分析这两 个过程的受力情况如何? 提示:匀加速运动过程受重力和向上的滑动摩擦力作用, 匀速运动过程受重力和向上的静摩擦力作用。
2a 2
2
故D错误。
动能定理及功能关系
动能定理专题【知识梳理】一．动能1．动能：物体由于运动而具有的能，叫动能。
其表达式为：221mv E k =。
单位： 。
2．对动能的理解（1）动能是一个状态量，它与物体的运动状态对应．动能是标量．它只有大小，没有方向，而且物体的动能总是大于等于零，不会出现负值．（2）动能具有相对性，它与参照物的选取密切相关．研究时一般取地面为参考系。
二．动能定理：1．内容：2．表达式：动能定理反映了合外力做功与动能的关系，合外力做功的过程，是物体的动能与其他形式的能量相互转化的过程，合外力做的功是物体动能变化的量度，即12k k E E W -＝合。
合W 的求解：①合W =合F S ；②合W ＝1W ＋2W ＋……（代数和）研究对象：单个物体或相对静止的可看作一个整体的几个物体组成的物体系3．应用动能定理的基本思路如下：（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，求出这些功的代数和。
（3）确定过程始、末态的动能。
（4）根据动能定理列方程求解。
注：在应用动能定理时，一定要注意所求的功是合力做的功，而不能局限于某个力做功。
例1．如图所示，将质量m=2kg 的一块石头从离地面H=2m 高处由静止开始释放，落入泥潭并陷入泥中h=5cm 深处，不计空气阻力，求泥对石头的平均阻力。
（g 取10m/s 2）（注:用动能定理解题时，对于过程能用整体法的就用整体法。
整体法的优点在于可以省略中间过程量的求解） 例2．一质量M ＝0.5kg 的物体，以v m s 04=/的初速度沿水平桌面上滑过S ＝0.7m 的路程后落到地面，已知桌面高h ＝0.8m ，着地点距桌沿的水平距离S m 112=.，求物体与桌面间的摩擦系数是多少？（g 取102m s /）例3．质量M ＝1kg 的物体，在水平拉力F 的作用下，沿粗糙水平面运动，经过位移4m 时，拉力F 停止作用，运动到位移是8m 时物体停止，运动过程中E k －S 的图线如图所示。
3.功能关系,动能定理教师用
1专题：功能关系功是能量转化的量度，不同形式的能量变化由不同形式的功量度。
一、重力势能的变化用重力的功量度1221()G P P P P P W E E E E E =-=--=-∆增重力做正功，重力势能减少；重力做负功，重力势能增加（物体克服重力做功，重力势能增加）。
即：000G P P W E E >−−→∆>∆<减增 000G P P W E E <−−→∆<∆>减增 000G P P W E E =−−→∆=∆=减增1、 在水平地面上平铺n 块砖，每块砖的质量为m,厚度为h ，若将砖一块一块地竖直叠放起来，人至少做多少功？2、 先将一质点m 从地球表面移到无限远处。
球在这一过程中，外力克服万有引力做功多少？若规定无限远为万有引力势能零点，你能写出引力势能P E 的一般表达式吗？（已知：地球质量为M ，地球半径为R ）二、弹性势能的变化用弹力的功量度1221()P P P P P W E E E E E =-=--=-∆弹增弹力做正功，弹性势能减少；弹力做负功，弹性势能增加（物体克服弹力做功，弹性势能增加）。
即：000P P W E E >−−→∆>∆<弹减增 000P P W E E <−−→∆<∆>弹减增 000P P W E E =−−→∆=∆=弹减增3、如图所示，一轻弹簧一端系在墙上的O 点，自由伸长到B 点，今将一质量m 的小物体靠着弹簧，将弹簧压缩到A 点，然后释放，小物体能在水平面上运动到C 点静止，AC 距离为S ；若将小物体系在弹簧上，在A 由静止释放，小物体将做阻尼运动到最后静止，设小物体通过总路程为L ，则下列答案中可能正确的是（ ）A ．L =2S ；B ．L ＝S ；C ．L ＝0．5S ；D ．L ＝0 三、质点动能的变化用合外力的功量度21K K K W E E E ∑=-=∆外增合外力对质点所做的功，等于质点动能的增量；质点动能的增量，等于作用在质点上的一切力的功之和。
高考物理专题复习 ——功能关系综合运用(附参考答案)
高考物理专题复习——功能关系综合运用(附参考答案)知识点归纳：一、动能定理1．动能定理的表述合外力做的功等于物体动能的变化。
（这里的合外力指物体受到的所有外力的合力，包括重力）。
表达式为W=ΔE K动能定理也可以表述为：外力对物体做的总功等于物体动能的变化。
实际应用时，后一种表述比较好操作。
不必求合力，特别是在全过程的各个阶段受力有变化的情况下，只要把各个力在各个阶段所做的功都按照代数和加起来，就可以得到总功2．对外力做功与动能变化关系的理解：外力对物体做正功，物体的动能增加，这一外力有助于物体的运动，是动力；外力对物体做负功，物体的动能减少，这一外力是阻碍物体的运动，是阻力，外力对物体做负功往往又称物体克服阻力做功．功是能量转化的量度，外力对物体做了多少功；就有多少动能与其它形式的能发生了转化．所以外力对物体所做的功就等于物体动能的变化量．即．3．应用动能定理解题的步骤（1）确定研究对象和研究过程。
和动量定理不同，动能定理的研究对象只能是单个物体，如果是系统，那么系统内的物体间不能有相对运动。
（原因是：系统内所有内力的总冲量一定是零，而系统内所有内力做的总功不一定是零）。
（2）对研究对象进行受力分析。
（研究对象以外的物体施于研究对象的力都要分析，含重力）。
（3）写出该过程中合外力做的功，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。
二、机械能守恒定律1．机械能守恒定律的两种表述（1）在只有重力做功的情形下，物体的动能和重力势能发生相互转化，但机械能的总量保持不变。
（2）如果没有摩擦和介质阻力，物体只发生动能和重力势能的相互转化时，机械能的总量保持不变。
2．对机械能守恒定律的理解：（1）机械能守恒定律的研究对象一定是系统，至少包括地球在内。
通常我们说“小球的机械能守恒”其实一定也就包括地球在内，因为重力势能就是小球和地球所共有的。
高中物理功能关系总结
专题 功、动能和势能和动能定理功： （单位：J ）力学： ①W = Fs cos θ (适用于恒力功的计算)①理解正功、零功、负功②功是能量转化的量度动能： E K =m2p mv 2122= 重力势能E p = mgh (凡是势能与零势能面的选择有关)③动能定理：外力对物体所做的总功等于物体动能的变化(增量)公式： W 合= W 合＝W 1+ W 2+…+W n = ∆E k = E k2 一E k1 = 12122212mV mV - ⑴W 合为外力所做功的代数和．(W 可以不同的性质力做功)⑵外力既可以有几个外力同时作用，也可以是各外力先后作用或在不同过程中作用： ⑶即为物体所受合外力的功。
④功是能量转化的量度(最易忽视)主要形式有： “功是能量转化的量度”这一基本概念含义理解。
⑴重力的功------量度------重力势能的变化物体重力势能的增量由重力做的功来量度：W G = -ΔE P ，这就是势能定理。
与势能相关的力做功特点:如重力,弹力,分子力,电场力它们做功与路径无关,只与始末位置有关.除重力和弹簧弹力做功外,其它力做功改变机械能，这就是机械能定理。
只有重力做功时系统的机械能守恒。
功能关系：功是能量转化的量度。
有两层含义：(1)做功的过程就是能量转化的过程, (2)做功的多少决定了能转化的数量,即:功是能量转化的量度强调：功是一种过程量，它和一段位移（一段时间）相对应；而能是一种状态量，它与一个时刻相对应。
两者的单位是相同的(都是J)，但不能说功就是能，也不能说“功变成了能”。
练习:一、单项选择题1．关于功和能的下列说法正确的是 （ ）A ．功就是能B ．做功的过程就是能量转化的过程C ．功有正功、负功，所以功是矢量D ．功是能量的量度2．一个运动物体它的速度是v 时，其动能为E 。
那么当这个物体的速度增加到3v 时，其动能应该是 （ ）A ．EB ． 3EC．6E D．9E3．一个质量为m的物体，分别做下列运动，其动能在运动过程中一定发生变化的是：（）A．匀速直线运动B．匀变速直线运动C．平抛运动D．匀速圆周运动4．对于动能定理表达式W=E K2-E K1的理解，正确的是：（）A．物体具有动能是由于力对物体做了功B．力对物体做功是由于该物体具有动能C．力做功是由于物体的动能发生变化D．物体的动能发生变化是由于力对物体做了功5．某物体做变速直线运动，在t1时刻速率为v，在t2时刻速率为n v，则在t2时刻的动能是t1时刻的A、n倍B、n/2倍C、n2倍D、n2/4倍6．打桩机的重锤质量是250kg，把它提升到离地面15m高处，然后让它自由下落，当重锤刚要接触地面时其动能为(取g=10m/s2)：（）A．1.25×104J B．2.5×104JC．3.75×104J D．4.0×104J7．质量为m=2kg的物体，在水平面上以v1= 6m/s的速度匀速向西运动，若有一个F=8N、方向向北的恒定力作用于物体，在t=2s内物体的动能增加了（）A．28J B．64JC．32J D．36J8．下列关于运动物体所受的合外力、外力做功和动能变化的关系中正确的是：（）A．如果物体受的合外力为零，那么合外力对物体做的功一定为零B．如果合外力对物体所做的功为零，则合外力一定为零C．物体在合外力作用下做变速运动，动能一定变化D．物体的动能不变，所受的合外力一定为零*9．一物体在水平方向的两个水平恒力作用下沿水平面做匀速直线运动。
动能定理、功能关系、机械能守恒定律 PPT课件 课件 人教课标版
C.无论是把斜面从 C 点锯断还是把斜面弯成圆 弧形，物体都不能升高 h，因为机械能不守恒
D.无论是把斜面从 C 点锯断还是把斜面弯成圆 弧形，物体都不能升高 h，但机械能守恒
一个物体机械能守恒
例、总长为L 链条放在光滑水平桌面上，下垂部分
解析：参考平面的选取不同，高度不同，重力 势能不同，但不会影响高度变化的数值和重力势能 变化，所以选 AD.
例5.如图 5－3－10 所示，一物体以初速度 v0 冲向
光滑斜面 AB，并能沿斜面升高 h，下列说法中正确
的是（ DD ）
图 5－3－10
A.若把斜面从 C 点锯断，由机械能守恒定律可 知，物体冲出 C 点后仍能升高 h
1 2m 12mgh11 2m 2 2mgh2
3.守恒条件
（1）只受重力和弹簧的弹力作用，没有其他力作用。 （2）除重力和弹簧弹力作用外，有其他力但不做功。 （3）除重力和弹簧弹力作用外，允许其他力做功，但W合=0
适用对象——系统
思维程序：
在涉及到的物理量主要是 S（h）、v 优先考虑。
细绳足够长，圆柱固定.若不计一切摩擦.求：
图 5－3－17
(1)A球沿圆柱截面滑至最低点时速度的大小； (2)A球沿圆柱截面运动的最大位移。
解析：（ 1 ）当 A 经过轨道最低点时速度水平向 左，这是 A 的实际速度也是合速度，所以根据其作
用效果将其分解为沿绳子方向和垂直绳子方向的两
个速度如图，则 v2=v1sin 45°= 2 v1.A 到达最低点
速度达到v 而与传送带保持相对静止。设工件质量为m，它
与传送带间的滑动摩擦系数为μ，则在工件相对传送带滑动
动能定理和功能原理
动能定理和功能原理抛砖引玉指点迷津思维基础学法指要思维体操心中有数动脑动手创新园地一.教法建议【抛砖引玉】在经典力学中，“动能定理”是“牛顿运动定律”的推论和发展，“功能原理”也是“牛顿运动定律”的进一步推导的结果。
因此我们建议：教师不要把本单元的内容当作新知识灌输给学生，而是引导学生运用“牛顿运动定律”对下述的这个匀加速运动问题进行分析和推导，使学生自己获得新知识──“动能定理”和“功能原理”。
具体的教学过程请参考下列四个步骤：第三步：运用牛顿第二定律和①、②两式导出“动能定理”。
若已知物体的质量为m、所受之合外力为、产生之加速度为a。
则根据牛顿第二定律可以写出：③将①、②两式代入③式：导出：④若以W表示外力对物体所做的总功⑤若以E ko表示物体通过A处时的动能，以E kt表示物体通过B处时的动能则：⑥⑦将⑤、⑥、⑦三式代入④式，就导出了课本中的“动能定理”的数学表达形式：W=E－E kokt若以△E k表示动能的变化E kt－E ko则可写出“动能定理”的一种简单表达形式：W=△E k它的文字表述是：外力对物体所做的总功等于物体动能的变化。
这个结论叫做“动能定理”。
第四步：在“动能定理”的基础上推导出“功能原理”。
在推导“动能定理”的过程中，我们曾经写出过④式，现抄列如下：④为了导出“功能原理”我们需要对其中的下滑分力做功项F1S进行分析推导。
我们知道，当斜面的底角为θ时，下滑分力F1和重力mg的关系如下：将⑩式代入④式后进行推导：若以代入⑾式，就导出了一种“功能原理”的数学表达形式：Fs－fs=△E+△E PK它的物理意义是：动力对物体做功Fs与物体克服阻力做功fs之差(不包括重力做的功)，等于物体动能的变化量与势能的变化量之和。
若在⑾式基础上进行移项变化可导出下式：⑿若以代入⑿式，就可以写为：Fs－fs=E－E0t再以代入上式就可以导出“功能原理”的另一种数学表达形式：W=△EF（不包括重力做的功），等于物体机械能的变化量它的物理意义是：外力对物体对所做的总功WF＞0时，△E＞0，机械能增加；当△E。
动能定理功能关系
动能定理和功能关系教学目标 知识点： 动能、动能定理、功能关系考点： 动能定理的应用，功与能能力： 能够理解动能定理并能运用动能定理解决问题方法： 知识的理解与运用重点难点动能定理的运用、功能关系 课前检查 作业完成情况：优□ 良□ 中□ 差□ 建议__________________________________________课前练习：【１】质点在恒力作用下，由静止开始做直线运动，关于质点动能的大小有以下说法正确的是 ( )A ．动能与它通过的位移成正比；B ．动能与它通过的位移的平方成正比；C ．动能与它运动的时间成正比；D ．动能与它运动的时间的平方成正比．【2】如图4-2-2所示，两人打夯，同时用与竖直方向成θ角的恒力F ，将质量为M 的夯锤举高H ，然后松手；夯锤落地后，打入地面下h 深处时停下．不计空气阻力，求地面对夯锤的平均阻力是多大?【3】一质量为1．0kg 的物体，以4m/s 的速度在光滑的水平面上向左滑行，从某一时刻起对物体施一水平向右的恒力，经过一段时间，物体的速度方向变为向右，大小仍为4m/s ，则在这段时间内水平力对物体所做的功为（ ）A ．0B ．－8JC ．-16JD ．-32J知识要点回顾：1．重力做功的特点： 与 无关．只取决于 . 2 重力势能；表达式（l ）具有相对性．与的选取有关．但重力势能的改变与此 （2）重力势能的改变与重力做功的关系．表达式 ．重力做正功时．重力势能 ．重力做负功时．重力势能 ．图4-2-23．弹性势能；发生形变的物体，在恢复原状时能对 ，因而具有 ． 这种能量叫弹性势能。
弹性势能的大小跟 有关 4．机械能．包括 、 、 ． 5．机械能守恒的条件；系统只 或 做功 6 机械能守恒定律应用的一般步骤；（1）根据题意．选取 确定研究过程（2）明确运动过程中的 或 情况．判定是否满足守恒条件 （3）选取 根据机械能守恒定律列方程求解二、典型例题：1．质量为m 的小球．从桌面上竖直抛出，桌面离地高为h ．小球能到达的离地面高度为H ， 若以桌面为零势能参考平面，不计空气气阻力 则小球落地时的机械能为（ ） A 、mgH B ．mgh C mg （H ＋h ） D mg （H-h ）2．如图，一小球自A 点由静止自由下落 到B 点时与弹簧接触．到C 点时弹簧被压缩到最短．若不计弹簧质量和空气阻力 在小球由A －B —C 的运动过程中（ ）A 、小球和弹簧总机械能守恒B 、小球的重力势能随时间均匀减少C 、小球在B 点时动能最大D 、到C 点时小球重力势能的减少量等于弹簧弹性势能的增加量3、 如图 一根铁链长为L ， 放在光滑的水平桌面上，一端下垂，下垂长度为a ， 若将链条由静止释放，则链条刚好离开桌子边缘时的速度是多少？4、如图所示，有一根轻杆AB ，可绕O 点在竖直平面内自由转动，在AB 端各固定一质量为m 的小球，OA 和OB 的长度分别为2a 和a ，开始时，AB 静止在水平位置，释放后，AB 杆转到竖直位置，A 、B 两端小球的速度各是多少？A B CA BO5．某同学在做“验证机械能守恒定律”的实验时，不慎将一条选择好的纸带的前面部分损坏了，剩下的一段纸带上各点间的距离，他测出并标在纸带上，如图1-66所示．已知打点计时器的周期为0．02ｓ，重力加速度为ｇ＝9．8ｍ／ｓ２．图1-66（1）利用纸带说明重锤（质量为ｍｋｇ）通过对应于2、5两点过程中机械能守恒． ________________________________________________________________________．（2）说明为什么得到的结果是重锤重力势能的减小量ΔＥＰ，稍大于重锤动能的增加量ΔＥＫ？ 针对练习1．如图4-2-3所示，DO 是水平面，AB 是斜面，初速为v 0的物体从D 点出发沿DBA 滑动到顶点A 时速度刚好为零．如果斜面改为AC ，让该物体从D 点出发沿DCA 滑动到A 点且速度刚好为零，则物体具有的初速度( )．(已知物体与路面之间的动摩擦因数处处相同且不为零．) A ．大于0v B ．等于0vC ．小于0vD ．取决于斜面的倾角2．如图4-2-4中ABCD 是一条长轨道，其中AB 段是倾角为θ的斜面，CD 段是水平的，BC AB CD 是与和都相切的一段小圆弧，其长度可以略去不计，一质量为A m 的小滑块在点从静止状态释放，沿轨道滑下，最后停在D A D 点，点和点的位置如图所示，现用一沿着轨道方向的力推滑块，使它缓慢地由D A 点推到点停下，设滑块与轨道间滑动摩擦系数为μ，则推力对滑块做的功等于（ ）图4－2－4A ．mghB ．2mghC ．μθmg s h +⎛⎝⎫⎭⎪sin D ．θμμmghctg mgs +图4-2-33．如图4－2－5所示，m A ＝4kg ，m B =1 kg ，A 与桌面间的动摩擦因数μ=0．2，B 与地面间的距离h=0．8m ，A 、B 原来静止，则B 落到地面时的速度为________m ／s ；B 落地后，A 在桌面上能继续滑行_________m 远才能静止下来．(g 取10rn ／s 2；)．图4－2－54． 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 的作用下，从平衡位置P 点很缓慢的移动到Q 点，如图4-2-6所示，则F 所做的功为（ ） θcos ..mgl A θsin .Fl B )cos 1(.θ-mgl C θFl D .5．总质量为M 的列车在平直的铁路上匀速前进，其末节车厢质量为m ，中途脱节，司机发觉时，机车已行驶L 的距离，于是立即关闭油门，除去牵引力，设运动的阻力与质量成正比，机车的牵引力是恒定的，当列车的两部分都停止时，它们的距离是多少？课堂训练：1．一质量为lkg 的物体被人用手由静止向上提升1m 时物体的速度是s m /2，下列说法中错误的是(g 取l0rn/s 2)； ( )A ．提升过程中手对物体做功12JB ．提升过程中合外力对物体做功12JC ．提升过程中手对物体做功２ＪD ．提升过程中物体克服重力做功l ０J2．某消防队员从一平台上跳下，下落2 m 后双脚触地，接着他用双腿弯曲的方法缓冲，使自身重心又下降了0．5 m ，在着地过程中地面对双脚的平均作用力估计为（ ）A ．自身重力的2倍B ．自身重力的5倍C ．自身重力的8倍D ．自身重力的10倍3．某人从12．5m 高的楼顶抛出一小球，不计空气阻力，小球落地时的动能是抛出时的11倍，小球的质量为0．6kg ，取g ＝l0m ／s 2，则人对小球做功是( )A ．7．5JB ．8．0JC ．6．5JD 以上答案都不正确4．质量为m 的汽车，以恒定功率Ｐ从静止开始沿平直公路行驶，经时间t 行驶距离为s 时速度达到最大值v m ，已知所受阻力恒为f ，则此过程中发动机所做的功为 ( )A ．PtB ．21mv m 2+fs C ．fv m t D ．s v Pm 221 FQPLOθ图4-2-65．如图4-2-7所示，一水平方向足够长的传送带以恒定的速率1v 沿顺时针方向转动，传送带右端有一与传送带等高的光滑水平面．一物块以初速度2v 沿直线向左滑向传送带后，经过一段时间又返回光滑水平面，此时其速率为2v '，则下列说法正确的是( )A ．只有1v =2v 时，才有2v '=1v B ．若1v <2v ，则2v =2v ' C ．若1v <2v ，则2v '=1v D ．不管多大，总有 2v '=2v 6．速度为v 0的子弹，恰可穿透一固定着的木板，如果子弹速度为2v 0，子弹穿透木板的阻力视为不变，则可穿透同样的木块 ( )A ．2块B ．3块C ．4块D ．1块7．汽车在平直的公路上行驶，在它的速度从零增加到v 的过程中，汽车发动机做的功为w 1，在它的速度从v 增加到2v 的过程中，汽车发动机做的功为w 2，设汽车在行驶过程中发动机的牵引力和所受的阻力都不变，则有( )A ．W 2=2W 1B ．W 2＝3W lC ．W 2＝4W lD ．仅能判定W 2>W 18．质量kg m 2=的物体以50J 的初动能在粗糙的水平地面上滑行，其动能与位移关系如图4－2－8所示，则物体在水平面上的滑行时间t 为( )A ．s 5B ．s 4C ．s 22D ．2s9．一艘由三个推力相等的发动机驱动的气垫船，在湖面上由静止开始加速前进s 距离后关掉一个发动机，气垫船匀速运动；将到码头时，又关掉两个发动机，最后恰好停在码头上，则三个发动机关闭后船通过的距离为多少？图4－2－7图4－2－811．质量为m 的物体以速度v 0竖直向上抛出，物体落回地面时度大小为043v ，设物体在运动中所受空气阻力大小不变，求：(1)物体运动过程中所受空气阻力的大小；(2)若物体与地面碰撞过程中无能量损失，求物体运动的总路程12．质量M=2×103kg 的汽车，额定功率P=80kW ，在平直公路上能达到的最大行驶速度为v m =20m／s ．若汽车从静止开始以加速度a=0．2m/s 2做匀加速直线运动，且经t=30 s 达到最大速度，则汽车做匀加速直线运动的最长时间及30s 内通过的总路程各是多少?。
秘籍06 动能定理、机械能守恒定律和功能关系-备战2023年高考物理抢分秘籍(解析版)
秘籍06动能定理、机械能守恒和功能关系高考预测概率预测☆☆☆☆☆题型预测选择题、计算题☆☆☆☆☆考向预测动力学和功能关系的综合应试秘籍能量观点是物理观念和科学思维的重要组成部分，高考中动能定理、机械能守恒定律和功能关系的考查分量比较重。
高考中，要灵活应用牛顿运动定律和能量观点解决机械运动的实际问题。
1．从考点频率看，动能定理、机械能守恒定律和功能关系是高频考点、必考点，所以必须完全掌握。
2．从题型角度看，可以是选择题、计算题其中小问，分值10分左右，着实不少！一、动能定理及其应用动能定理是高中物理知识中一个重要的定理，也是高考的热点题型。
动能定理是利用状态量来描述过程量，因此应用动能定理来解题时，只需要考虑始末运动状态，无需关注运动过程中的细节变化，这样更为简捷。
1．适用条件(1)(2)动能定理既适用于恒力做功，也适用于变力做功．(3)力可以是各种性质的力，既可以同时作用，也可以分阶段作用．2．解题流程3．注意事项(1)动能定理中的位移和速度必须是相对于同一个参考系的，一般以地面或相对地面静止的物体为参考系．(2)当物体的运动包含多个不同过程时，可分段应用动能定理求解；也可以全过程应用动能定理求解．(3)动能是标量，动能定理是标量式，解题时不能分解动能．二、机械能守恒定律及其应用在经典模型中的机械能守恒，可以分为单物体模型和多物体模型，考察形式一般是综合运用动能定理、机械能守恒定律和动量守恒定律，结合动力学方法解决 直线运动、抛体运动、圆周运动、多运动过程问题，试题中通常出现难度较大的选择题和综合性较强的计算题，命题情景新，密切联系实际，综合性强，突出考查考生综合运用物理规律解决实际问题的能力。
1．表达式2．应用机械能守恒定律解题的一般步骤三、常见的功能关系能量功能关系表达式势能重力做功等于重力势能减少量W ＝E p1－E p2＝－ΔE p弹力做功等于弹性势能减少量 静电力做功等于电势能减少量 分子力做功等于分子势能减少量一．动能定理与图像问题的结合1．解决图像问题的基本步骤(1)观察题目给出的图像，弄清纵坐标、横坐标所对应的物理量及图线所表示的物理意义． (2)根据物理规律推导出纵坐标与横坐标所对应的物理量间的函数关系式．(3)将推导出的物理规律与数学上与之相对应的标准函数关系式相对比，找出图线的斜率、截距、图线的交点、图与坐标轴围成的面积等所表示的物理意义，分析解答问题，或者利用函数图线上的特定值代入函数关系式求物理量． 2．图像所围“面积”和图像斜率的含义核心素养提升二、经典模型中的机械能守恒1．解决多物体系统机械能守恒的注意点(1)对多个物体组成的系统，要注意判断物体运动过程中系统的机械能是否守恒．一般情况为：不计空气阻力和一切摩擦，系统的机械能守恒．(2)注意寻找用绳或杆相连接的物体间的速度关系和位移关系．(3)列机械能守恒方程时，一般选用ΔE k＝－ΔE p或ΔE A＝－ΔE B的形式．2．几种实际情景的分析(1)速率相等情景注意分析各个物体在竖直方向的高度变化．(2)角速度相等情景①杆对物体的作用力并不总是沿杆的方向，杆能对物体做功，单个物体机械能不守恒．②由v＝ωr知，v与r成正比．(3)某一方向分速度相等情景(关联速度情景)两物体速度的关联实质：沿绳(或沿杆)方向的分速度大小相等．3.含弹簧的系统机械能守恒问题(1)．通过其他能量求弹性势能根据机械能守恒，列出方程，代入其他能量的数值求解．(2)．对同一弹簧，弹性势能的大小由弹簧的形变量决定，弹簧伸长量和压缩量相等时，弹簧弹性势能相等．(3)．物体运动的位移与弹簧的形变量或形变量的变化量有关．三、功能关系的理解1．功的正负与能量增减的对应关系(1)物体动能的增加与减少要看合外力对物体做正功还是做负功．(2)势能的增加与减少要看对应的作用力(如重力、弹簧弹力、静电力等)做负功还是做正功．(3)机械能的增加与减少要看重力和弹簧弹力之外的力对物体做正功还是做负功．2．摩擦力做功的特点(1)一对静摩擦力所做功的代数和总等于零；(2)一对滑动摩擦力做功的代数和总是负值，差值为机械能转化为内能的部分，也就是系统机械能的损失量；(3)说明：无论是静摩擦力还是滑动摩擦力，都可以对物体做正功，也可以做负功，还可以不做功．3．应用能量守恒定律解题的步骤(1)首先确定初、末状态，分清有几种形式的能在变化，如动能、势能(包括重力势能、弹性势能、电势能)、内能等．(2)明确哪种形式的能量增加，哪种形式的能量减少，并且列出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式．(3)ΔE减＝ΔE增．核心素养提升一、利用动能定理解决问题例1、(多选)如图所示为一滑草场．某条滑道由上下两段高均为h，与水平面夹角分别为45°和37°的滑道组成，载人滑草车与草地之间的动摩擦因数均为μ.质量为m 的载人滑草车从坡顶由静止开始自由下滑，经过上、下两段滑道后，最后恰好静止于滑道的底端(不计载人滑草车在两段滑道交接处的能量损失，重力加速度大小为g ，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)．则( )A ．动摩擦因数μ＝67B ．载人滑草车最大速度为2gh 7C ．载人滑草车克服摩擦力做功为mghD ．载人滑草车在下段滑道上的加速度大小为35g答案 AB解析 对载人滑草车从坡顶由静止开始滑到底端的全过程分析，由动能定理可知：mg ·2h －μmg cos 45°·hsin 45°－μmg cos 37°·h sin 37°＝0，解得μ＝67，选项A 正确； 滑草车通过上段滑道末端时速度最大，根据动能定理有mgh －μmg cos 45°·h sin 45°＝12m v m 2，解得：v m ＝2gh 7，选项B 正确；载人滑草车克服摩擦力做功为2mgh ，选项C 错误；载人滑草车在下段滑道上的加速度为a ＝mg sin 37°－μmg cos 37°m＝－335g ，故加速度大小为335g ，选项D 错误．例2、(多选)如图所示，一根轻弹簧一端固定在O 点，另一端固定一个带有孔的小球，小球套在固定的竖直光滑杆上，小球位于图中的A 点时，弹簧处于原长，现将小球从A 点由静止释放，小球向下运动，经过与A 点关于B 点对称的C 点后，小球能运动到最低点D 点，OB 垂直于杆，则下列结论正确的是( )A ．小球从A 点运动到D 点的过程中，其最大加速度一定大于重力加速度gB ．小球从B 点运动到C 点的过程，小球的重力势能和弹簧的弹性势能之和可能增大 C ．小球运动到C 点时，重力对其做功的功率最大D ．小球在D 点时弹簧的弹性势能一定最大答案 AD解析 在B 点时，小球的加速度为g ，在BC 间弹簧处于压缩状态，小球在竖直方向除受重力外还有弹簧弹力沿竖直方向向下的分力，所以小球从A 点运动到D 点的过程中，其最大加速度一定大于重力加速度g ，故A 正确；由机械能守恒定律可知，小球从B 点运动到C 点的过程，小球做加速运动，即动能增大，所以小球的重力势能和弹簧的弹性势能之和一定减小，故B 错误；小球运动到C 点时，由于弹簧的弹力为零，合力为重力G ，所以小球从C 点往下还会加速一段，所以小球在C 点的速度不是最大，即重力的功率不是最大，故C 错误；D 点为小球运动的最低点，即速度为零，弹簧形变量最大，所以小球在D 点时弹簧的弹性势能最大，故D 正确．三、应用能量守恒定律解决问题例3、如图所示，一弹射游戏装置由安装在水平台面上的固定弹射器、竖直圆轨道(在最低点E 分别与水平轨道EO 和EA 相连)、高度h 可调的斜轨道AB 组成．游戏时滑块从O 点弹出，经过圆轨道并滑上斜轨道．全程不脱离轨道且恰好停在B 端则视为游戏成功．已知圆轨道半径r ＝0.1 m ，OE 长L 1＝0.2 m ，AC 长L 2＝0.4 m ，圆轨道和AE 光滑，滑块与AB 、OE 之间的动摩擦因数μ＝0.5.滑块质量m ＝2 g 且可视为质点，弹射时从静止释放且弹簧的弹性势能完全转化为滑块动能．忽略空气阻力，各部分平滑连接．求：(1)滑块恰好能过圆轨道最高点F 时的速度v F 大小；(2)当h ＝0.1 m 且游戏成功时，滑块经过E 点对圆轨道的压力F N 大小及弹簧的弹性势能E p0； (3)要使游戏成功，弹簧的弹性势能E p 与高度h 之间满足的关系． 答案 见解析解析 (1)滑块恰好能过F 点的条件为mg ＝m v F 2r解得v F ＝1 m/s(2)滑块从E 点到B 点，由动能定理得 －mgh －μmgL 2＝0－12m v E 2在E 点由牛顿第二定律得F N ′－mg ＝m v E 2r解得F N ＝F N ′＝0.14 N从O 点到B 点，由能量守恒定律得： E p0＝mgh ＋μmg (L 1＋L 2) 解得E p0＝8.0×10－3 J(3)使滑块恰能过F 点的弹性势能 E p1＝2mgr ＋μmgL 1＋12m v F 2＝7.0×10－3 J到B 点减速到0E p1－mgh 1－μmg (L 1＋L 2)＝0 解得h 1＝0.05 m设斜轨道的倾角为θ，若滑块恰好能停在B 点不下滑， 则μmg cos θ＝mg sin θ解得tan θ＝0.5，此时h 2＝0.2 m 从O 点到B 点E p ＝mgh ＋μmg (L 1＋L 2)＝2×10－3(10h ＋3) J 其中0.05 m ≤h ≤0.2 m.一、小球与弹簧接触问题，加速度为零时速度最大例4、（2023·重庆·统考二模）如图甲，轻弹簧竖直放置，下端固定在水平地面上，质量为m 的小球，从弹簧上方0x 处静止下落。
【高中物理】动能定理
湛江市二中物理
组
、3
一、动能EK 1.定义：物体由于运动而具有的能叫动能， 2.公式：Ek=1/2mv2，单位：J. 3.动能是标量，是状态量，V 4.动能的变化△Ek=1/2mVt2-1/2mV02. △Ek＞0， 表示物体的动能增加； △Ek＜0，表示物体的 动能减少.
二、动能定理
我们在处理问题时可以从能量变化来求功，也可以从物体做功的多少来求能量的变化．
P初
P末,
力做功等于重力势能的增加量W =ΔE =E -E 动能是标量，是状态量，V是瞬时速度。
(2)动能定理适用于单个物体，也适用于系统； 外力对物体做的总功为正功，则物体的动能增加；
克
P增 P末 P
初应用：利用动能定理求变力的功
(3)应用动能定理解题，一般比牛顿第二定律解题要简便. 一般牵扯到力与位移关系的题目中，优先考虑使用动能 定理
3.应用动能定理解题的基本步骤： (1) (2)分析研究对象的受力情况和各个力的做功情 况：受哪些力?每个力是否做功，做正功还ห้องสมุดไป่ตู้做 负功?做多少功?然后求各个力做功的代数和. (3)明确物体在过程的始未状态的动能EK0和EKt (4)列出动能的方程W合=EKt-EK0，及其他必要辅 助方程，进行求解.
P91 题型二
4、使用动能定理应注意的问题：
①物体动能的变化是由于外力对物体做功 引起的.外力对物体做的总功为正功，则 物体的动能增加；反之将减小.外力对物 体所做的总功，应为所有外力做功的代数 和，包含重力.
②有些力在物体运动全过程中不是始终存在的， 若物体运动过程中包含几个物理过程，物体运动 状态、受力等情况均发生变化，因而在考虑外力 做功时，必须根据不同情况分别对待.
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解析
(1)设 B 从 A 的右端滑出时，A 的位
移为 l，A、B 的速度分别为 vA、vB，由动 能定理得 1 μmgl＝ mvA 2 2 1 (F－μmg)· (l＋L)＝ mvB 2 2 又由同时性可得
(2)求上述过程中滑块与木块之间产生的内能． vA＝vB(其中 aA＝μg，aB＝F－μmg) aA aB m
练习3： 一辆质量为m，速度为v0的汽车在关闭发 动机后于水平地面滑行了距离L后停下来， 试求汽车受到的阻力．
常 规 题
一架喷气式飞机，质量为m=5000kg,起 飞过程中从静止开始滑跑的路程为l=530m时， 达到起飞速度v=60m/s。在此过程中飞机受 到的平均阻力f阻是飞机重量的0.02倍
h mgh mg cos mgs2 0 sin h A cos s2 s sin h h s s
B
如图4所示，AB为1/4圆弧轨道， 半径为R=0.8m，BC是水平轨道， 长l=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。求物 体在轨道AB段所受的阻力对物体做 的功。
解析 (1)滑块由 A 到 B 的过程中，由机械能守恒定律得： ①
图7
1 mgR＝ mvB 2 2 物体在 B 点，由牛顿第二定律得： vB 2 FB－mg＝m R 由①②两式得：FB＝60 N
②
由牛顿第三定律得滑块到达底端 B 时对轨道的压力大小为 60 N，方向竖直向下．
【突破训练 2】如图 7 所示，一质量为 m＝2 kg 的滑块从半径为 R＝0.2 m 的光滑四分之 一圆弧轨道的顶端 A 处由静止滑下，A 点和圆弧对应的圆心 O 点等高，圆弧的底端 B 与水平传送带平滑相接．已知传送带匀速运行的速度为 v0＝4 m/s，B 点到传送带 右端 C 点的距离为 L＝2 m．当滑块滑到传送带的右端 C 时，其速度恰好与传送带的 速度相同．(g＝10 m/s2)，求： (1)滑块到达底端 B 时对轨道的压力； (2)滑块与传送带间的动摩擦因数 μ； (3)此过程中，由于滑块与传送带之间的摩擦而产生的热量 Q.
2．[几个重要功能关系的理解]从地面竖直上抛一个质量为 m 的小球， 小球上升的最大高度为 h.设上升和下降过程中空气阻力大小恒定 为 Ff.下列说法正确的是 A．小球上升的过程中动能减少了 mgh B．小球上升和下降的整个过程中机械能减少了 Ffh C．小球上升的过程中重力势能增加了 mgh D．小球上升和下降的整个过程中动能减少了 Ffh ( C )
图3
方法提炼
1． 物体克服摩擦力做功时， 能量由机械 能转化为内能．
2．摩擦力做功产生的内能：Q＝Ffs， s 为路程.
如图所示，一木块放在光滑水平面上，一子弹水平射入
木块中，射入深度为d，平均阻力为f．设木块离原点S
远时开始匀速前进，下列判断正确的是[ B D]
A．功fs量度子弹损失的动能
B．功f（s＋d）量度子弹损失的动能 C．功fd 量度子弹损失的动能 D．功fd 量度子弹、木块系统总机械能的损失
V0
A
P
练习3,一质量为 m的小球，用长为 L的轻绳悬挂于O点。小球在水平拉 力F作用下，从平衡位置P点很缓慢 地移动到Q点，细线偏离竖直方向 的角度为θ，如图所示。则拉力F 做的功是： A. mgLcosθ B. mgL(1－cosθ) C. FLcosθ D. FL
多阶段（分段情况）
质量为m的钢球从离坑面高H 的高处自由下落，钢球落入沙中， 陷入h后静止，则沙坑对钢球的平 均阻力F阻大小是多少？
2 2 W合＝mv2 /2－mv1 /2
恒力---直线过程
练习1： 一质量为1kg的物体被人用手由静止向上提高1m， 这时物体的速度是2m/s，下列说法正确的是: A、手对物体做功10J B、合外力对物体做功12J C、合外力对物体做功2J D、物体克服重力做功2J
练习2：A、B两物体放在光滑的水平面上，分别 在相同的水平恒力作用下，由静止开始通过相同 的位移，若A的质量大于B的质量，则在这一过程 A.A获得的动能大 B.B获得的动能大 F C.A、B获得的动能一样大 D.无法比较谁获得的动能大
考点梳理
一、功能关系
功 合外力做正功
能量的变化 动能 重力势能 弹性势能 电势能 机械能 增加
重力做正功
弹簧弹力做正功 电场力做正功 其他力(除重力、弹 力外)做 正功
减少
减少 减少
增加
1．在应用功能关系解决具体问题的过程中，若只涉及动能的变 化用动能定理分析．
2．只涉及重力势能的变化用重力做功与重力势能变化的关系分析．
3． 只涉及机械能变化用除重力和弹力之外的力做功与机械能变化 的关系分析．
4．只涉及电势能的变化用电场力做功与电势能变化的关系分析．
基础知识题组
1．[功和能的关系]对于功和能的关系，下列说法中正确的是 A．功就是能，能就是功 B．功可以变为能，能可以变为功 C．做功的过程就是能量转化的过程 D．功是物体能量的量度 (C )
深化拓展
从功的角度看， 一对滑动摩擦力对系统做的功等于系统内能的增加量； 从能 量的角度看，其他形式能量的减少量等于系统内能的增加量．
【例 2】如图 6 所示，质量为 m 的长木块 A 静止 于光滑水平面上，在其水平的上表面左端放一 质量为 m 的滑块 B，已知木块长为 L，它与滑 块之间的动摩擦因数为 μ.现用水平向右的恒 力 F 拉滑块 B. (1)当长木块 A 的位移为多少时， B 从 A 的右端 滑出？
1 解析 运动员的加速度为 g，小于 gsin 30° ，所以运 3 1 动员下滑的过程中必受摩擦力，且大小为 mg，克服 6 1 h 1 摩擦力做功为 mg· ＝ mgh，故 C 错； 6 sin 30° 3
(
D
)
摩擦力做功，机械能不守恒，减少的重力势能没有全 1 部转化为动能， 而是有 mgh 的重力势能转化为内能， 3 故 A 错，D 对； 1 h 由动能定理知，运动员获得的动能为 mg· ＝ 3 sin 30° 2 mgh，故 B 错． 3
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
答 案
-6J
例．质量为m的滑块与倾角为θ的斜面间的动摩擦因 数为 , tg ，斜面底端有一个和斜面垂直放置 的弹性挡板,滑块滑到底端与 它碰撞时没有机械能损 失,如图所示．若滑块从斜面上高为h处以速度v0开始 沿斜面下滑,设斜面足够长,求：(1)滑块最终停在何处? (2)滑块在斜面上滑行的总路程是多少? 解：（1）滑块最终停在挡板处。 （2）由动能定理得：
答 案
H
mg(H+h)/h
h
如图所示，质量为m的物体从斜面上的A处由静止 滑下,在由斜面底端进入水平面时速度大小不变 ,最后 停在水平面上的 B 处。量得 A 、 B 两点间的水平距离 为s，A高为h，已知物体与斜面及水平面的动摩擦因 数相同，则此动摩擦因数 。 h/ s 解： 由动能定理得
3．[几个重要功能关系的应用]如图 3 所示，某段滑雪雪道倾角为 30° ，总质量为 m(包括 雪具在内)的滑雪运动员从距底端高为 h 处的雪道上由静止开始匀加速下滑，加速度 1 为 g.在他从上向下滑到底端的过程中，下列说法中正确的是 3 A．运动员减少的重力势能全部转化为动能 1 B．运动员获得的动能为 mgh 3 2 C．运动员克服摩擦力做功为 mgh 3 1 D．下滑过程中系统减少的机械能为 mgh 3
μmgL 解得 l＝ . F－2μmg (2)由功能关系知，拉力 F 做的功等于 A、B 动
能的增加量和 A、B 间产生的内能，即有 1 1 F(l＋L)＝ mvA 2＋ mvB 2＋Q 2 2 解得 Q＝μmgL.
图6
审题指导
当把滑块 B 拉离 A 时，B 的位移
为 A 的位移与 A 的长度之和．注意：审题时 要画出它们的位移草图．
mv m v 解： 8F F 0.5r r 2 2 mv2 4Fr mv1 Fr 1 1 3 2 2 W Ek mv 2 mv 1 Fr 2 2 2
2 1
2 2
练习2、如图所示，质量为m的物体A，从弧形 面的底端以初速度v。往上滑行，达到某一高 度后又沿原路返回，且继续沿水平面滑行至P 点而停止，求整个过程摩擦力对物体做的功为 多少？
1 2 mgh mv0 mg cos S 2
θ
m
滑块在斜面上滑行的总路程S
2 v0 2 gh S 2g cos
功能关系
1、功与能量转化的关系 2、也可求变力做功的问题
我们对动能定理的理解
W EK 2 EK1
总功 末动能 初动能
动能定理说明了功和能的密切关系，即做功的过程 是能量转化的过程 等号并不意味着“功转化成动能”，而是“功引起 动能的变化”。体会“功是能量转化的量度”
高二智慧课堂
专题六
动能定理与功能关系
动 能 定 理 理 解
合力做的 功即总功
W＝Ek2－Ek1
末动能
初动能
说明：对任何过程的恒力、变力；
匀变速、非匀变速；直线运动、曲线 运动；时间长或短过程、瞬间过程都 能运用。
1、物体的动能表达式：
Ek
2 ＝mv /2
2、动能定理：
W 合 ＝ Ek 2 － E k 1
S
d
考点二 摩擦力做功的特点及应用
1．静摩擦力做功的特点
(1)静摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功． (2)相互作用的一对静摩擦力做功的代数和总等于零． (3)静摩擦力做功时，只有机械能的相互转移，不会转化为内能．
2．滑动摩擦力做功的特点
(1)滑动摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功． (2)相互间存在滑动摩擦力的系统内， 一对滑动摩擦力做功将产生两种可能效果： ①机械能全部转化为内能； ②有一部分机械能在相互摩擦的物体间转移，另外一部分转化为内能． (3)摩擦生热的计算：Q＝Ffs 相对．其中 s 相对为相互摩擦的两个物体间的相对路程．