第六章　第28课时　动能定理在多过程问题中的应用.docx

第28课时动能定理在多过程问题中的应用

目标要求1.会用动能定理解决多过程、多阶段的问题。2.掌握动能定理在往复运动问题中的应用。

考点一动能定理在多过程问题中的应用

1.应用动能定理解决多过程问题的两种思路

(1)分阶段应用动能定理

①若题目需要求某一中间物理量，应分阶段应用动能定理。

②物体在多个运动过程中，受到的弹力、摩擦力等力若发生了变化，力在各个过程中做功情况也不同，不宜全过程应用动能定理，可以研究其中一个或几个分过程，结合动能定理，各个击破。

(2)全过程(多个过程)应用动能定理

当物体运动过程包含几个不同的物理过程，又不需要研究过程的中间状态时，可以把几个运动过程看作一个整体，巧妙运用动能定理来研究，从而避开每个运动过程的具体细节，大大减少运算。

2.全过程列式时要注意

(1)重力、弹簧弹力做功取决于物体的初、末位置，与路径无关。

(2)大小恒定的阻力或摩擦力做功的数值等于力的大小与路程的乘积。

例1小球由水平地面竖直向上抛出，上升的最大高度为H，设所受阻力大小恒定，选地面为参考平面，在上升至离地h高处，小球的动能是重力势能的2倍，到达最高点后再下落至离地高h处，小球的重力势能是动能的2倍，则h等于()

A.H9 B.2H9 C.

答案D

解析设小球受到的阻力大小恒为Ff，小球上升至最高点过程，由动能定理得－mgH－FfH＝0－12mv02，小球上升至离地高度h处时速度设为v1，由动能定理得－mgh－Ffh＝12mv12－12mv02，又由题有12mv12＝2mgh，小球上升至最高点后又下降至离地高度h处时速度设为v2，此过程由动能定理得－mgh－Ff(2H－h)＝12mv22

例2(2023·湖北卷·14)如图为某游戏装置原理示意图。水平桌面上固定一半圆形竖直挡板，其半径为2R、内表面光滑，挡板的两端A、B在桌面边缘，B与半径为R的固定光滑圆弧轨道在同一竖直平面内，过C点的轨道半径与竖直方向的夹角为60°。小物块以某一水平初速度由A点切入挡板内侧，从B点飞出桌面后，在C点沿圆弧切线方向进入轨道内侧，并恰好能到达轨道的最高点D。小物块与桌面之间的动摩擦因数为12π，重力加速度大小为g，忽略空气阻力，小物块可视为质点。求：

(1)小物块到达D点的速度大小；

(2)B和D两点的高度差；

(3)小物块在A点的初速度大小。

答案(1)gR(2)0(3)3

解析(1)由题知，小物块恰好能到达轨道的最高点D，则在D点有mvD2R＝mg，解得v

(2)由题知，小物块从C点沿圆弧切线方向进入轨道内侧，则在C点有cos60°＝vB

小物块从C到D的过程中，根据动能定理有

－mg(R＋Rcos60°)＝12mvD

则小物块从B到D的过程中，根据动能定理有

mgHBD＝12mvD

联立解得vB＝gR，HBD＝0

(3)小物块从A到B的过程中，根据动能定理有

－μmgs＝12mvB2－12m

解得vA＝3gR

多过程问题的分析方法

1.将“多过程”拆分为许多“子过程”，各“子过程”间由“衔接点”连接。

2.对各“子过程”进行受力分析和运动分析，必要时画出受力图和过程示意图。

3.根据“子过程”和“衔接点”的模型特点选择合理的物理规律列方程。

4.分析“衔接点”速度、加速度等的关联，确定各段间的时间关联，并列出相关的辅助方程。

5.联立方程组，分析求解，对结果进行必要的验证或讨论。

考点二动能定理在往复运动问题中的应用

1.往复运动问题：在有些问题中物体的运动过程具有重复性、往返性，描述运动的物理量多数是变化的，而且重复的次数又往往是无限的或者难以确定的。

2.解题策略：此类问题多涉及滑动摩擦力或其他阻力做功，其做功的特点是与路程有关，运用牛顿运动定律及运动学公式将非常烦琐，甚至无法解出，由于动能定理只涉及物体的初、末状态，所以用动能定理分析这类问题可使解题过程简化。

例3如图所示，固定斜面的倾角为θ，质量为m的滑块从距挡板P的距离为x0处以初速度v0沿斜面上滑，滑块与斜面间的动摩擦因数为μ，滑块所受摩擦力小于重力沿斜面向下的分力。若滑块每次与挡板相碰均无机械能损失，重力加速度为g，则滑块经过的总路程是()

A.1μ(v022

B.1μ(v022

C.2μ(v022

D.1μ

答案A

解析滑块最终要停在斜面底部，设滑块经过的总路程为x，对滑块运动的全程应用动能定理得

mgx0sinθ－μmgxcosθ＝0－12mv

解得x＝1μ(v022gcosθ＋

例4(2022·浙江1月选考·20)如图所示，处于竖直平面内的一探究装置，由倾角α＝37°的光滑直轨道AB、圆心为O1的半圆形光滑轨道BCD、圆心为O2的半圆形光滑细圆管轨道DEF、倾角也为37°的粗糙直轨道FG组成，B、D和F为轨道间的相切