8.3动能和动能定理 学案 (有答案)

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名称 8.3动能和动能定理 学案 (有答案)
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文件大小 3.9MB
资源类型 试卷
版本资源 人教版(2019)
科目 物理
更新时间 2022-12-13 16:05:34

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文档简介

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8.3动能和动能定理
一学科核心素养
物理观念:树立动能的观念,理解动能定理的表达式
科学思维:培养学生的创造能力和创造性思维,培养学生演绎推理的能力。
科学探究:通过探究外力对物体所做的功与物体动能的变化关系,学会获取知识与实验技能的方法。
科学态度与责任:通过对动能和动能定理的演绎推理,使学生从中领略到物理等自然学科中所蕴含的严谨的逻辑关系。反映了自然界的真实美。
二学习重难点
重点:理解动能定理,应用动能定理解决问题
难点:通过研究外力做功来推导得出动能定理的表达式
三课前预习
1.共享电动车给我们的生活带来了许多便利。某共享电动车和驾驶员的总质量为100kg,行驶时所受阻力大小为车和人所受总重力的,电动车从静止开始以额定功率在水平公路上沿直线行驶,10s内行驶了23m,速度达到2m/s。取重力加速度大小。该电动车的额定功率为______W,在这次行驶中,该电动车行驶的最大速度为______m/s。
2.在一次国际比赛中,我国运动员刘春红以抓举112.5kg、挺举153kg、总成绩275.5kg夺得女子69公斤级举重冠军。假设刘春红在挺举中用4s的时间把153kg的杠铃举高160cm后静止,在此过程中刘春红对杠铃做的功是 __________ J,平均功率是_______ W,合力对杠铃做的功是________ J。()
3.推导动能定理:建立情景,如图所示,质量为m的物体,在恒力F作用下,经位移l后,速度由增加到。推导依据:外力做的总功W=___________,由牛顿第二定律知F=___________,由运动学公式知l=___________,
结论:,即。
4.质量m=60kg的跳水运动员从距水面高h=10m的跳台上以v0=5m/s的速度斜向上起跳,则运动员起跳时的动能为___________J。
5.电动机通过一轻绳从静止开始竖直吊起质量为8kg的物体,在前2s内绳的拉力恒定,此后电动机一直以最大的输出功率工作,物体被提升到90m高度时恰开始以15m/s 的速度匀速上升。上述过程的v-t图如图所示。则前2s内绳的拉力大小为________N,物体从静止开始被提升90m所需时间为________s。(取g=10m/s2)
6.质量m=2kg的小球,自h=20m的高处由静止释放,①下落过程加速度恒为2m/s2,则下落阶段重力做功为_________J,克服空气阻力做功的平均功率为_________W;②实际上,空气阻力与物体运动速度和接触面积有关,速度较小时,空气阻力大小与速度一次方成正比,若落地时速度大小为8m/s,则克服空气阻力做功为_________J。(g取10m/s2)
7.如图所示为一滑草场。某条滑道由上下两段高均为h,与水平面倾角分别为45°和37°的滑道组成,滑草车与草地之间的动摩擦因数为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,不计滑草车在两段滑道交接处的能量损失,取sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,重力加速度大小为g。则动摩擦因数μ=___________。载人滑草车最大速度大小为v=___________,载人滑草车克服摩擦力做功为___________,载人滑草车在下段滑道上的加速度大小为___________。
8.做自由落体运动的物体,在下落1秒、2秒、3秒时的动能之比为__________,在下落1米、2米、3米时的动能之比为__________。
9.雨滴落到地面的速度通常仅为几米每秒,这与雨滴下落过程中受到空气阻力有关,雨滴间无相互作用且雨滴质量不变。(重力加速度为g,球的体积)
(1)质量为m的雨滴由静止开始,下落高度h时速度为v,求这一过程中克服空气阻力所做的功_______。
(2)将雨滴看作半径为r、密度为的球体,设其竖直落向地面的过程中所受空气阻力,其中ν是雨滴的速度,k是比例系数。则雨滴下落趋近的最大速度_______
参考答案:
四自我检测
1.如图所示,质量为M、半径为R的半球形碗放置于水平地面上,碗内壁光滑。现使质量为m的小球沿碗壁做匀速圆周运动,其轨道平面与碗口平面的高度差用h表示,运动过程中碗始终保持静止,设碗与地面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,下列说法正确的是(  )
A.h越小,地面对碗的摩擦力越小
B.h越小,地面对碗的支持力越大
C.若h=,则小球的动能为mgR
D.若h=,M=10m,则碗与地面之间的动摩擦因数可以小于
2.如图,在竖直平面内的xOy坐标系中,完全相同的a、b两小球分别从点(0,2y0)处和点(x0,y0)处被水平抛出,落地点在同一点M(2x0,0)。不计空气阻力,重力加速度为g,则(  )
A.a球的初动能是b球初动能的2倍
B.a球的初动能是b球初动能的4倍
C.a、b两球到达M点时的速度方向不同
D.要想a、b两球同时到达M点,a球应比b球早抛出
3.北斗卫星导航系统是由24颗中圆地球轨道卫星、3颗地球静止同步轨道卫星和3颗地球倾斜同步轨道卫星共30颗卫星组成.已知地球半径为R,表面重力加速度为g,两种地球同步卫星到地心的距离均为kR,中圆地球轨道卫星周期为同步卫星的一半,如图所示。有关倾斜地球同步轨道卫星A与中圆地球轨道卫星B,下列说法正确的是(  )
A.中圆地球轨道卫星B加速度大小为
B.倾斜地球同步轨道卫星A与中圆地球轨道卫星B线速度大小之比为
C.某时刻两卫星相距最近,则再经12小时两卫星间距离为
D.中圆地球轨道卫星B的动能大于倾斜地球同步轨道卫星A的动能
4.如图所示,一质量为1kg的物体以3m/s的速度从A点沿AB圆弧下滑,滑到B点时的速度仍为3m/s,则物体从A到B的过程中合外力做功为(  )
A.4.5J B.0 C.9J D.无法计算
5.如图所示,在光滑水平桌面上有一个质量为m的质点,在沿平行于桌面方向的恒定外力F作用下,以初速度v0从A点开始做曲线运动,图中曲线是质点的运动轨迹。已知在ts末质点的速度达到最小值v,到达B点时的速度方向与初速度v0的方向垂直,则下列说法不正确的是(  )
A.恒定外力F的方向与初速度的反方向成θ角指向曲线内侧,且
B.质点所受合外力的大小为
C.质点到达B点时的速度大小为
D.ts内恒力F做功为
6.氢气球在空中匀速上升的过程中,它的(  )
A.动能减小,重力势能增大 B.动能不变,重力势能增大
C.动能减小,重力势能不变 D.动能不变,重力势能不变
7.随着高铁时代的到来,人们出行也是越来越方便,高铁列车在启动阶段的运动可看作初速度为零的匀加速直线运动。在启动阶段,列车的动能(  )
A.与它所经历的时间成正比 B.与它的位移成正比
C.与它的速度成正比 D.与它的加速度成正比
8.如图所示,某同学疫情期间在家锻炼时,对着墙壁练习打乒乓球,球拍每次击球后,球都从空中同一位置斜向上飞出,其中有两次球在不同高度分别垂直撞在竖直墙壁上,不计空气阻力,则球在这两次从飞出到撞击墙壁前(  )
A.在空中飞行的时间可能相等
B.飞出时的初速度竖直分量可能相等
C.飞出时的初动能可能相等
D.撞击墙壁的速度大小可能相等
9.如图所示,世界上第一条商业运行的磁悬浮列车(“上海磁浮”)线路,列车运行的最高速度可达430km/h。在减速进站的过程中,列车的动能(  )
A.保持不变 B.逐渐增大 C.逐渐减小 D.先减小后增大
10.如图所示,一男孩欲拿石子击打苹果,第一次以抛射角(抛出时速度与水平方向的夹角)抛出石子,第2次以(图中未画出)抛出(),假设两次抛出时的位置相同,且初速度大小相等,两次均击中苹果。则(  )
A.第一次石子在空中运动的时间比第二次长
B.若仅减小,欲击中苹果,则抛射角、均变大
C.改变大小和抛射角,石子不可能水平击中苹果
D.两次击中苹果前瞬间的速度大小相等
三课前预习
1. 250 2.5
2. 2448 612 0
3. Fl ma
4.750
5. 120 7.75
6. 400 336
7. 2mgh g
8. 1:4:9 1:2:3
9.
四自我检测
参考答案:
1.C
【详解】A.对小球受力分析,其受到重力和支持力,二力的合力提供向心力,则
F向=mgtanθ
θ为小球与半球形碗球心连线与竖直方向的夹角。由几何关系知:h越小,θ越大;则向心力F向越大,对碗和小球组成的整体,由牛顿第二定律有
f=F向=mgtanθ
故h越小,地面对碗的摩擦力越大,A错误;
B.对碗和小球组成的整体受力分析,竖直方向合力为零,故地面对碗的支持力始终等于碗和小球的重力,故B错误;
C.若h=,则
θ=60°
对小球根据牛顿第二定律可知
mgtan60°=m
则小球的动能
Ek=mv2=mgR
C正确;
D.若h=,根据
mgtan60°=man
解得
an=g
结合AB选项的分析可知
μ(M+m)g≥f=man
解得
μ≥
D错误。
故选C。
2.A
【详解】AB.a、b两球均做平抛运动,设它们的初速度大小分别为v1、v2,两球到达M点的时间分别为t1、t2,则

解得
即a球的初动能应是b球初动能的2倍。故A正确;B错误;
C.由于两球抛出点与M点的连线为同一斜线,相当于两小球均由同一斜面上抛出,且落到斜面上同一点,故两者速度方向相同。故C错误;
D.要想a、b两球同时到达M点,a球应比b球早抛出的时间
故D错误。
故选A。
3.C
【详解】A.设中圆地球轨道卫星B的轨道半径为,倾斜地球同步轨道卫星A的轨道半径
根据开普勒第三定律,有

由牛顿第二定律
由黄金代换公式

选项A错误;
B.卫星做圆周运动线速度大小
则倾斜地球同步轨道卫星A与中圆地球轨道卫星B线速度大小之比
选项B错误;
C.某时刻两卫星相距最近,即两卫星与地心连线在一条直线上,则再过12小时中圆轨道卫星B回到原位置,但倾斜地球同步轨道卫星A位于原位置关于地心的对称点,两卫星间距离
选项C正确;
D.中圆地球轨道卫星B的速度大于倾斜地球同步轨道卫星A的速度,由于两卫星质量不确定,不能比较其动能大小,选项D错误。
故选C。
4.B
【详解】由动能定理可知,合外力做功为
故选B。
5.D
【详解】AB.到达B点时的速度方向与初速度v0的方向垂直,恒力F的方向与速度方向成钝角π﹣θ,建立坐标系

v=v0sinθ,v0cosθ=ayt,
根据牛顿第二定律有
F=may
解得
F,sinθ
即恒定外力F的方向与初速度的反方向成θ角指向曲线内侧,且sinθ,故AB正确,不符合题意;
C.设质点从A点运动到B经历时间t1,设在v0方向上的加速度大小为a1,在垂直v0方向上的加速度大小为a2,根据牛顿第二定律可得
Fcosθ=ma1,Fsinθ=ma2
根据运动学公式可得
v0=a1t1,vB=a2t1
解得质点到达B点时的速度大小为
vB
故C正确,不符合题意;
D.从A到B过程,根据动能定理
W
即ts内恒力F做功为,故D错误,符合题意。
故选D。
6.B
【详解】氢气球在空中匀速上升,质量不变,速度不变,动能不变,高度增大,重力势能变大。
故选B。
7.B
【详解】A.根据
v=at
Ek=mv2
整理得
Ek=ma2t2
可知动能和时间的平方成正比,选项A错误;
B.根据动能定理
Ek=mv2=Fl
可知动能和位移成正比,选项B正确;
C.根据
Ek=mv2
动能与速度的平方成正比,选项C错误;
D.加速度是不变的,所以动能与加速度不成正比,选项D错误。
故选B。
8.C
【详解】A.将乒乓球的运动逆过程处理,即为平抛运动,两次的竖直高度不同,根据
可知两次运动时间不同,故A错误;
B.在竖直方向上做自由落体运动,因两次运动的时间不同,根据
故初速度在竖直方向的分量不同,故B错误;
D.两次水平射程相等,但两次运动的时间不同,根据
墙壁可知,两次撞击墙壁时速度大小不相等,故C错误;
C.竖直速度大的,运动时间长,因此其水平速度就小,根据速度的合成
可知飞出时的初速度大小可能相等,初动能可能相等,故C正确。
故选C。
9.C
【详解】由
可知在减速进站的过程中,列车的动能逐渐减小,故ABD错误,C正确。
故选C。
10.D
【详解】A.石子做斜抛运动,水平方向做匀速运动
故石子在空中的运动时间
所以
因为,故,所以,第一次运动时间较短,A错误;
C.石子竖直方向做竖直上抛运动
竖直方向上升的高度为
联立可得
故只需要大小和抛射角满足上式即可击中苹果,C错误;
B.由可知,减小时,不一定增大,B错误;
D.由动能定理
故两次击中苹果前瞬间的速度大小相等,D正确。
故选D。
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