1.深入掌握动能定理,体会其在解题中的优势。
2.能运用动能定理分析变力做功。
一、
如图1所示,质量为m的小球从静止自由下落d后,沿竖直面内的固定轨道ABC运动,其中AB为半径为d的光滑圆弧轨道,BC为直径为d的粗糙半圆弧轨道(B点为最低点)。小球恰好通过圆弧轨道最高点C。已知重力加速度为g,求:
得:
根据牛顿第三定律:
FN′=
小球从B运动到C的过程:
针对训练1(2018·厦门市高一下学期期末)如图2所示,有一半径为r=0.5m的粗糙半圆轨道,A与圆心O等高,有一质量为m=0.2kg的物块(可视为质点),从A点静止滑下,滑至最低点B时的速度为v=1m/s,取g=10
A.物块过B点时,对轨道的压力大小是0.4
B.物块过B点时,对轨道的压力大小是2.0
C.A到B的过程中,克服摩擦力做的功为0.9
D.A到B的过程中,克服摩擦力做的功为0.1
解析在B点由牛顿第二定律可知FN-mg=m,解得:FN=2.4N,由牛顿第三定律可知物块对轨道的压力大小为2.4N,故A、B均错误;A到B的过程,由动能定理得mgr+Wf=mv2-0,解得Wf=-0.9J,故克服摩擦力做功为0.9
二、
在应用动能定理时,将复杂过程分解为多个子过程,并详细分析每个子过程中的做功情况及初始状态。
(2)全程应用动能定理时,分析各力在整个过程中的做功情况,计算每个力所做的功,确定合外力的总功,进而确定整个过程的初态。
注意:
如图3所示,右端连有一个光滑弧形槽的水平桌面AB长L=1.5m,一个质量为m=0.5kg的木块在F=1.5在N的水平拉力作用下,木块从桌面上A端静止开始向右运动,到达B端后撤去拉力F。木块与桌面间的动摩擦系数μ为0.2,重力加速度g取10。m/s2.求:
答案(1)0.15m(2)0.75
分析:设木块沿弧形槽上升的最大高度为h,最高点速度为零。从开始运动至达到最大高度,根据动能定理可得:
其中Ff=μFN=μmg=0.2×0.5×10N=1.0
所以h==m=0.15
(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:
所以x==m=0.75
A.mgh
C.μmg(s+)D.μmg(s+hcos
分析:滑块从A点移动到D点,克服摩擦力做功为W_{AD}。根据动能定理,有mgh-W_{AD}=0,从而得出W_{AD}=mgh。①滑块从D点返回A点,因推力缓慢,动能变化为零。设克服摩擦力做功为W_{DA},根据动能定理,有W_F-mgh-W_{DA}=0…②,由A点运动至D点,克服摩擦力做的功为WAD=μmgcosθ·+μmgs…③,从D→A的过程克服摩擦力做的功为WDA=μmgcosθ·+μmgs…④,③④联立得WAD=WDA…⑤,①②⑤联立得WF=2mgh,故A、C、
三、动能定理在平抛、
动能定理常与平抛运动、圆周运动相结合,解决这类问题要特别注意:
(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:
如图5所示,一可以看成质点的质量m=2一个质量为kg的小球以初速度v0在光滑水平桌面上飞出,恰好从A点沿切线方向进入半径R=0.5的圆弧轨道。其中,B点为轨道最低点,C点为最高点,与水平桌面等高,圆心角θ=53°。m.已知sin53°=0.8,cos53°=0.6,不计空气阻力,g取10
答案(1)3m/s(2)-4
解析(1)在A点由平抛运动规律得:
mg(R+Rcos
联立得:v0=3
代入数据解得Wf=-4
四、
某游乐场的滑梯可以简化为如图6所示竖直面内的ABCD轨道,AB为长L=6m、倾角α=37°的斜轨道,BC为水平轨道,CD为半径R=15m、一个圆心角为37°的圆弧轨道,其中AB段粗糙,其余部分光滑。一小孩(视为质点)从A点以初速度v0=2小孩以m/s的速率下滑,沿轨道运动至D点时速度恰好为零(不计B点的能量损失)。已知小孩质量为30kg。kg,sin37°=0.6,cos37°=0.8,取g=10m/s2,不计空气阻力,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,求:
答案(1)420N,方向向下(2)0.25(3)21
-mg(R-Rcosβ)=0-mvC2,vC=2
在C点,由牛顿第二定律得FN-mg=m,可得:FN=420
根据牛顿第三定律,小孩第一次经过圆弧轨道C点时,对圆弧轨道的压力为420
(2)小孩从A运动到D的过程中,由动能定理得:
mgLsinα-μmgLcosα-mgR(1-cos
可得:
(3)在AB斜轨道上,μmgcosαmgsinα,小孩在斜轨道上无法保持静止,因此从A点以初速度v0滑下,最终在BC轨道的B处停止。根据动能定理:
mgLsinα-μmgscosα=0-mv02,解得s=21
1.在有摩擦力做功的往