2020年高考物理一轮复习热点题型专题12 动能定理的理解与应用(解析版)

2020年高考物理一轮复习热点题型归纳与变式演练

专题12 动能定理的理解与应用

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目录

热点题型一 动能定理的理解 ...................................................................................................... 1 热点题型二 动能定理在直线运动中的应用 .............................................................................. 2 热点题型三动能定理在曲线运动中的应用 .................................................................................. 4 热点题型四 动能定理与图象的结合问题 .................................................................................. 5

F?x图像 ............................................................................................................................... 5 v?t图像 ................................................................................................................................. 6 a?t图像 ................................................................................................................................. 8

Ek?x图像 .............................................................................................................................. 9

热点题型五动能定理在多阶段、多过程综合问题中的应用 .................................................... 10

运用动能定理巧解往复运动问题 ........................................................................................ 10 动能定理解决平抛、圆周运动相结合的问题 .................................................................... 11 【题型演练】 ................................................................................................................................ 14

【题型归纳】

热点题型一 动能定理的理解 1．定理中“外力”的两点理解

(1)重力、弹力、摩擦力、电场力、磁场力或其他力，它们可以同时作用，也可以不同时作用． (2)既可以是恒力，也可以是变力． 2．公式中“＝”体现的三个关系

【例1】(2019·广东六校联考)北京获得2022年冬奥会举办权，冰壶是冬奥会的比赛项目．将 一个冰壶以一定初速度推出后将运动一段距离停下来．换一个材料相同、质量更大的冰壶， 以相同的初速度推出后，冰壶运动的距离将

A．不变 B．变小 C．变大 D．无法判断 【答案】 A

【解析】 冰壶在冰面上以一定初速度被推出后，在滑动摩擦力作用下做匀减速运动，根据动能定理有－12v2

μmgs＝0－mv，得s＝，两种冰壶的初速度相等，材料相同，故运动的距离相等．故选项A正确．

22μg【变式1】(2018·高考全国卷Ⅱ)如图，某同学用绳子拉动木箱，使它从静止开始沿粗糙水平路面运动至具有某一速度．木箱获得的动能一定( )

( )

A．小于拉力所做的功 B．等于拉力所做的功 C．等于克服摩擦力所做的功 D．大于克服摩擦力所做的功 【答案】 A

【解析】 由动能定理WF－Wf＝Ek－0，可知木箱获得的动能一定小于拉力所做的功，A正确． 【变式2】关于运动物体所受的合外力、合外力做的功及动能变化的关系．下列说法正确的是( ) A．合外力为零，则合外力做功一定为零 B．合外力做功为零，则合外力一定为零 C．合外力做功越多，则动能一定越大 D．动能不变，则物体合外力一定为零 【答案】A.

【解析】由W＝Flcos α可知，物体所受合外力为零，合外力做功一定为零，但合外力做功为零，可能是α＝90°，故A正确，B错误；由动能定理W＝ΔEk可知，合外力做功越多，动能变化量越大，但动能不一定越大，动能不变，合外力做功为零，但合外力不一定为零，C、D均错误．

热点题型二 动能定理在直线运动中的应用

1. 若在直线运动中知道初、末状态，而不需要考虑中间过程时，一般用动能定理处理位移与速度的关系 2. 一般用分段法来处理问题，找准直线运动中转折处其动能有无损失

【例2】(2019·吉林大学附中模拟)如图所示，小物块从倾角为θ的倾斜轨道上A点由静止释放滑下，最终停在水平轨道上的B点，小物块与水平轨道、倾斜轨道之间的动摩擦因数均相同，A、B两点的连线与水平方

向的夹角为α，不计物块在轨道转折时的机械能损失，则动摩擦因数为( )

A．tan θ B．tan α C．tan(θ＋α) D．tan(θ－α) 【答案】B

【解析】.如图所示，设B、O间距离为s1，A点离水平面的高度为h，A、O间的水平距离为s2，物块的质s2h

量为m，在物块下滑的全过程中，应用动能定理可得mgh－μmgcos θ·－μmg·s1＝0，解得μ＝＝tan

cos θs1＋s2α，故选项B正确．

【变式1】如图所示，质量为m的小球，从离地面H高处从静止开始释放，落到地面后继续陷入泥中h深 度而停止，设小球受到空气阻力为f，重力加速度为g，则下列说法正确( )

A．小球落地时动能等于mgH

B．小球陷入泥中的过程中克服泥的阻力所做的功小于刚落到地面时的动能

H

C．整个过程中小球克服阻力做的功等于mg(H＋h) D．小球在泥土中受到的平均阻力为mg(1＋)

h【答案】C

1

【解析】小球从静止开始释放到落到地面的过程，由动能定理得mgH－fH＝mv2，选项A错误；设泥的平

20112

均阻力为f0，小球陷入泥中的过程，由动能定理得mgh－f0h＝0－mv20，解得f0h＝mgh＋mv0＝mgh＋mgH22HfH

－fH，f0＝mg(1＋)－，选项B、D错误；全过程应用动能定理可知，整个过程中小球克服阻力做的功等

hh于mg(H＋h)，选项C正确．

【变式2】如图为某同学建立的一个测量动摩擦因数的模型．物块自左侧斜面上A点由静止 滑下，滑过下面一段平面后，最高冲至右侧斜面上的B点．实验中测量出了三个角度，左、 右斜面的倾角α和β及AB连线与水平面的夹角为θ.物块与各接触面间动摩擦因数相同且为μ，

忽略物块在拐角处的能量损失，以下结论正确的是 ( )

A．μ＝tan α B．μ＝tan β C．μ＝tan θ D．μ＝tan 【答案】C

【解析】对全过程运用动能定理，结合摩擦力做功的大小，求出动摩擦因数大小．设A、B间的水平长度为x，竖直高度差为h，对A到B的过程运用动能定理得mgh－μmgcos α·AC－μmg·CE－μmgcos β·EB＝0，因h为AC·cos α＋CE＋EB·cos β＝x，则有mgh－μmgx＝0，解得μ＝＝tan θ，故C正确．

x

热点题型三动能定理在曲线运动中的应用

【例3】.如图，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的质点自P点上方高度R处由静止开始下落，恰好从P点进入轨道．质点滑到轨道最低点N时，对轨道的压力为4mg，g为重力加速度的大小．用W表示质点从P点运动到N点的过程中克服摩擦力所做的功．则( )

α－β

2

11

A．W＝mgR，质点恰好可以到达Q点 B．W>mgR，质点不能到达Q点

22

11

C．W＝mgR，质点到达Q点后，继续上升一段距离 D．W

22【答案】C

mv2N

【解析】.设质点到达N点的速度为vN，在N点质点受到轨道的弹力为FN，则FN－mg＝，已知FN＝F′N

R123

＝4mg，则质点到达N点的动能为EkN＝mvN＝mgR.质点由开始至N点的过程，由动能定理得mg·2R＋Wf

2211

＝EkN－0，解得摩擦力做的功为Wf＝－mgR，即克服摩擦力做的功为W＝－Wf＝mgR.设从N到Q的过程

221121

中克服摩擦力做功为W′，则W′

2Q

【变式】如图，一固定容器的内壁是半径为R的半球面；在半球面水平直径的一端有一质量为m的质点P.