合格性考试讲义 必修二 8-3 动能和动能定理

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合格性考试讲义必修二
第八章机械能守恒定律
第三节动能和动能定理
一、动能的表达式
1.定义:物体由于运动而具有的能量.
2.表达式:Ek= mv2.
3.单位:与功的单位相同,国际单位为焦耳.1 J=1 kg·m2·s-2.
4.物理量特点
(1)具有瞬时性,是状态量.
(2)具有相对性,选取不同的参考系,同一物体的动能一般不同,通常是指物体相对于地面的动能.
解析:选C.设当它的动能为2Ek时,其速度大小为v,根据动能定义式则有Ek= mv ,2Ek= mv2,解得v= v0,故选项C正确,A、B、D错误.
14.某人把质量为0.1 kg的一块小石头,从距地面为5 m的高处以60°角斜向上抛出,抛出时的初速度大小为10 m/s,则当石头着地时,其速度大小约为(g取10 m/s2,不计空气阻力)()
9.两个物体A、B的质量之比为mA∶mB=2∶1,二者初动能相同,它们和水平桌面间的动摩擦因数相同,则二者在桌面上滑行到停止经过的距离之比为()
A.xA∶xB=2∶1
B.xA∶xB=1∶2
C.xA∶xB=4∶1
D.xA∶xB=1∶4
解析:选B.物体滑行过程中只有摩擦力做功,根据动能定理,对A:-μmAgxA=0-Ek;对B:-μmBgxB=0-Ek.故 = = ,B对.
7.(多选)一物体在运动过程中,重力做了-2 J的功,合力做了4 J的功,则()
A.该物体动能减少,减少量等于4 J
B.该物体动能增加,增加量等于4 J
C.该物体重力势能减少,减少量等于2 J
D.该物体重力势能增加,增加量等于2 J
解析:选BD[重力做负功,重力势能增加,增加量等于克服重力做的功,选项C错误,选项D正确;根据动能定理得该物体动能增加,增加量为4 J,选项A错误,选项B正确.]
(3)是标量,没有方向,Ek≥0.
5.对动能的理解
(1)动能是标量,没有负值,与物体的速度方向无关.
(2)动能是状态量,具有瞬时性,与物体的运动状态(或某一时刻的速度)相对应.
(3)动能具有相对性,选取不同的参考系,物体的速度不同,动能也不同,一般以地面为参考系.
6.动能变化量ΔEk
物体动能的变化量是末动能与初动能之差,即ΔEk= mv - mv ,若ΔEk>0,则表示物体的动能增加,若ΔEk<0,则表示物体的动能减少.
A.14 m/sB.12 m/s
C.28 m/sD.20 m/s
解析:选A.由动能定理,重力对石头所做的功等于石头动能的变化,则mgh= mv - mv ,v2= =10 m/s≈14 m/s,A正确.
15.(多选)关于动能的理解,下列说法正确的是()
A.一般情况下,Ek= mv2中的v是相对于地面的速度
(3)合外力做功不等于零,物体的动能一定变化.(√)
(4)物体的速度发生变化,合外力做功一定不等于零.(×)
(5)物体的动能增加,合外力做正功.(√)
2.在水平路面上,有一辆以36 km/h行驶的客车,在车厢后座有一位乘客甲,把一个质量为4 kg的行李以相对客车5 m/s的速度抛给前方座位的另一位乘客乙,则行李的动能是()
18.一物体的速度为v0时,其动能为Ek,当其速度变为2v0时,其动能变为()
A.2EkB. Ek
C.4EkD. Ek
解析:选C由动能定义式Ek= mv2,可知当物体的速度增大为原来的2倍时,物体的动能变为Ek′= m(2v0)2=4Ek,故C正确,A、B、D错误。
19.一质量为m的滑块,以速度v在光滑水平面上向左滑行,从某一时刻起,在滑块上作用一向右的水平力,经过一段时间后,滑块的速度变为-2v(方向与原来相反),在这段时间内,水平力所做的功为()
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
解析:选A.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.
12.(2019·河北邯郸高一检测)如图所示,物体沿曲面从A点无初速度滑下,滑至曲面的最低点B时,下滑的高度为5 m,速度为6 m/s,若物体的质量为1 kg.则下滑过程中物体克服阻力所做的功为(g取10 m/s2)()
6.关于做功和物体动能变化的关系,正确的是()
A.只有动力对物体做功时,物体动能可能减少
B.物体克服阻力做功时,它的动能一定减少
C.动力和阻力都对物体做功,物体的动能一定变化
D.外力对物体做功的代数和等于物体的末动能和初动能之差
解析:选D根据动能定理得W合=ΔEk,合力做功量度动能的变化。只有动力对物体做功,总功是正功,所以动能一定增加,不可能减少,A错误;物体克服阻力做功,物体还有可能受动力做功,所以物体受各个力做功的代数和即总功是正功还是负功不明确,所以动能不一定减少,B错误;动力和阻力都对物体做功,物体受各个力做功的代数和可能为零,所以物体的动能可能不变,C错误;根据动能定理内容知道外力对物体做功的代数和等于物体的末动能与初动能之差,D正确。
10.(2019·黑龙江大庆四中期中)韩晓鹏是我国首位在冬奥会雪上项目夺冠的运动员.他在一次自由式滑雪空中技巧比赛中沿“助滑区”保持同一姿态下滑了一段距离,重力对他做功1 900 J,他克服阻力做功100 J.韩晓鹏在此过程中()
A.重力势能减小了2 000 J
B.重力势能减小了1 900 J
C.动能增加了1 900 J
A.物体的动能不变,则其速度也一定不变
B.物体的速度不变,则其动能也不变
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,所受的合外力必定为零
解析:选B在匀速圆周运动中,动能不变,速度时刻改变,A错误;速度不变,是指大小和方向都不变,所以动能不变,B正确;物体在合外力作用下做变速运动,如匀速圆周运动,则动能不变,故C错误;物体的动能不变,说明物体所受的合外力不做功或做功的代数和为零,所以合外力不一定为零,D错误。
21.物体在合外力作用下做直线运动的vt图像如图所示,下列表述正确的是()
A.在0~1 s内,合外力做正功
B.在0~2 s内,合外力总是做负功
C.在1~2 s内,合外力不做功
D.在0~3 s内,合外力总是做正功
解析:选A由vt图像知0~1 s内,v增加,动能增加,由动能定理可知,合外力做正功,A正确。1~2 s内v减小,动能减小,合外力做负功,可知B、C、D错误。
D.动能增加了2 000 J
解析:选B.重力对物体做功为1 900 J,是正功,则物体重力势能减小了1 900 J,故A错误,B正确;外力对物体所做的总功为W总=WG+W阻=1 900 J-100 J=1 800 J,是正功,根据动能定理得:动能增加了1 800 J,故C、D错误.
11.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()
二、动能定理
1.动能定理的内容:力在一个过程中对物体做Biblioteka 功,等于物体在这个过程中动能的变化.
2.动能定理的表达式
(1)W=Ek2-Ek1= mv - mv
说明:式中W为合外力做的功,它等于各力做功的代数和.
①物理意义:动能定理指出了合外力对物体所做的总功与物体动能变化之间的关系,即若合外力做正功,物体的动能增加,若合外力做负功,物体的动能减小,做了多少功,动能就变化多少.
②实质:动能定理从能量变化的角度反映了力改变运动的状态时,在空间上的累积效果.
3.动能定理的适用范围
不仅适用于恒力做功和直线运动,也适用于变力做功和曲线运动情况.
【学考演练】
1.思考判断(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)速度大的物体动能也大.(×)
(2)某物体的速度加倍,它的动能也加倍.(×)
17.一人用力踢质量为1 kg的静止足球,使足球以10 m/s的水平速度飞出,设人踢足球的平均作用力为200 N,足球在水平方向滚动的距离为20 m,则人对足球做的功为(g取10 m/s2)()
A.50 JB.200 J
C.4 000 JD.6 000 J
解析:选A人对足球做功的过程只是在踢球的瞬间,球在空中飞行以及在地面上滚动的过程中,都不是人在做功,所以人对足球做功的过程就是足球获得动能的过程.根据动能定义Ek= mv2得,人对足球做的功为50 J.
A.50 JB.18 J
C.32 JD.0 J
解析:选C.由动能定理得mgh-Wf= mv2,故Wf=mgh- mv2=1×10×5 J- ×1×62J=32 J,C正确.
13.(2019·吉林白山期末)一物体的速度大小为v0时,其动能为Ek,当它的动能为2Ek时,其速度大小为()
A. B.2v0
C. v0D.
D.某物体的动能保持不变,则速度一定不变
解析:选C.动能的表达式为Ek= mv2,即物体的动能大小由质量和速度大小共同决定,速度大的物体的动能不一定大,故A错误;速度加倍,它的动能变为原来的4倍,故B错误;速度只要大小保持不变,动能就不变,故C正确,速度方向变化,动能也可不变,故D错误.
4.下列关于动能的说法中,正确的是()
8.(多选)(2019·长春外国语学校期末)在下列几种情况中,甲、乙两物体的动能相等的是()
A.甲的质量是乙的4倍,甲的速度是乙的一半
B.甲的速度是乙的2倍,甲的质量是乙的一半
C.甲的质量是乙的2倍,甲的速度是乙的一半
D.质量相同,速度大小也相同,但甲向东运动,乙向西运动
解析:选AD.根据动能的表达式Ek= mv2可知:甲的质量是乙的4倍,甲的速度是乙的一半,甲的动能与乙的相等,故A正确;甲的速度是乙的2倍,甲的质量是乙的一半,甲的动能与乙的不相等,故B错误;甲的质量是乙的2倍,甲的速度是乙的一半,甲的动能与乙的不相等,故C错误;质量相同,速度大小也相同,但甲向东运动,乙向西运动,动能是标量,甲的动能与乙的相等,故D正确.
A. mv2B.- mv2
C. mv2D.- mv2
解析:选A由动能定理得:WF= m(-2v)2- mv2= mv2,A正确。
20.一质点做速度逐渐增大的匀加速直线运动,在时间间隔t内位移为s,动能变为原来的9倍。该质点的加速度为()
A. B.
C. D.
解析:选A质点在时间t内的平均速度v= ,设时间t内的初、末速度分别为v1和v2,则v= ,故 = 。由题意知: mv22=9× mv12,则v2=3v1,进而得出2v1= 。质点的加速度a= = = 。故选项A正确。
A.力F对甲物体做功多
B.力F对甲、乙两个物体做的功一样多
C.甲物体获得的动能比乙大
D.甲、乙两个物体获得的动能相同
解析:选BC由功的公式W=Flcosα=F·s可知,两种情况下力F对甲、乙两个物体做的功一样多,A错误,B正确;根据动能定理,对甲有Fs=Ek1,对乙有Fs-Ffs=Ek2,可知Ek1>Ek2,即甲物体获得的动能比乙大,C正确,D错误.
B.动能的大小由物体的质量和速率决定,与物体的运动方向无关
C.物体以相同的速率向东和向西运动,动能的大小相等、方向相反
D.当物体以不变的速率做曲线运动时其动能不断变化
解析:选AB动能是标量,由物体的质量和速率决定,与物体的运动方向无关.动能具有相对性,无特别说明,一般指相对于地面的动能.选A、B.
16.(多选)甲、乙两个质量相同的物体,用大小相等的力F分别拉它们在水平面上从静止开始运动相同的距离s.如图所示,甲在光滑面上,乙在粗糙面上,则下列关于力F对甲、乙两物体做的功和甲、乙两物体获得的动能的说法中正确的是()
5.关于动能定理,下列说法中正确的是()
A.某过程中外力的总功等于各力做功的绝对值之和
B.只要合外力对物体做功,物体的动能就一定改变
C.在物体动能不改变的过程中,动能定理不适用
D.动能定理只适用于受恒力作用而加速运动的过程
解析:选B公式W=ΔEk中W为合外力做的功,也可以是各力做功的代数和,A错,B对;动能不变,只能说明合外力的总功W=0,动能定理仍适用,C错;动能定理既适用于恒力做功,也可适用于变力做功,D项错误。
A.500 JB.200 J
C.450 JD.900 J
解析:选C行李相对地面的速度v=v车+v相对=15 m/s,所以行李的动能Ek= mv2=450 J,选项C正确.
3.下列关于动能的说法正确的是()
A.两个物体中,速度大的动能也大
B.某物体的速度加倍,它的动能也加倍
C.做匀速圆周运动的物体动能保持不变
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