浅谈摩擦力做功的特点
摩擦力大小和方向的不确定性，使得摩擦力做功有其自身的特殊性，本文简单归纳摩擦力做功的一些特点，供大家参考。
一. 静摩擦力对物体可以做正功，可以做负功，也可以不做功；滑动摩擦力对物体可以做正功，可以做负功，也可以不做功。
例1. 如图1所示，物体在水平拉力下静止在粗糙水平面上，物体与桌面间有静摩擦力，该摩擦力不做功。
图1
如图2所示，光滑水平面上物体A、B在外力F作用下能保持相对静止地匀加速运动，则在此过程中，A对B的静摩擦力对B做正功。
图2
如图3所示，物体A、B以初速度滑上粗糙的水平面，能保持相对静止地减速运动，则在此过程中A对B的静摩擦力对B做负功。
图3
例2. 在光滑的水平地面上有质量为M的长平板A（如图4），平板上放一质量
的物体B，A、B之间动摩擦因数为。今在物体B上加一水平恒力F，B和A发
生相对滑动，经过时间，求：（1）摩擦力对A所做的功；（2）摩擦力对B所做的功；（3）若长木板A固定时B对A的摩擦力对A做的功。
图4
解析
（1）平板A在滑动摩擦力的作用下，向右做匀加速直线运动，经过时间，A的位移为
因为摩擦力的方向和位移相同，即对A做正功，其大小为
。
（2）物体B在水平恒力F和摩擦力的合力作用下向右做匀加速直线运动，B的位移为
摩擦力方向和位移方向相反，所以对B做负功为
。
（3）若长木板A固定，则A的位移，所以摩擦力对A做功为0，即对A不做功。
二. 一对相互作用的静摩擦力做功的代数和必为零，即
对相互有静摩擦力作用的两物体A和B来说，A对B的摩擦力和B对A的摩擦力是一对作用力和反作用力：大小相等，方向相反。由于两物体相对静止，其对地位移必相同，所以这一对静摩擦力一个做正功，一个做负功，且大小相等，其代
数和必为零，即
三. 滑动摩擦力做功与路程有关，其值等于滑动摩擦力的大小和物体沿接触面滑动的路程的乘积，即
例3. 滑雪者从山坡上A点由静止出发自由下滑，设动摩擦因数为常数，他滑到B点时恰好停止，此时水平位移为（如图5所示）。求 A、B两点间的高度差。
图5
解析：设滑雪者质量为，取一足够小的水平位移，对应的滑行路线可视为
小直线段，该处滑雪者所受的摩擦力为
所以在段摩擦力所做的功为
对滑行路线求和可得摩擦力的总功
从A到B的过程中，重力做功，而动能的变化为，所以由动能定理得，即，可解得A、B两点间的高度差为。
四. 一对滑动摩擦力做功的代数和必不为零，且等于滑动摩擦力的大小与两物
体间相对位移的乘积，即
例4. 如图6，一质量为M的木板，静止在光滑水平面上，一质量为的木块以水平速度滑上木板。由于木块和木板间有摩擦力，使得木块在木板上滑动一段
距离后就跟木板一起以相同速度运动。试求此过程中摩擦力对两物体做功的代数和。
图6
解析：设木块与木板的共同速度为，以木块和木板整体为研究对象，则由动量
守恒定律可得①
摩擦力对木板做正功，对木块做负功。由动能定理得
②
③
由①②③可知，摩擦力对两物体做功的代数和为
④
上式即表明：一对滑动摩擦力做功的代数和必不为零，且等于滑动摩擦力的大小与两物体间的相对位移的乘积。
五. 对于与外界无能量交换的孤立系统而言，滑动摩擦产生的热等于滑动摩擦
力的大小与两物体间相对路程的乘积，即
六. 系统机械能的损失等于滑动摩擦力的大小与两物体间的相对位移的乘积，即
例6. 设木块与木板间的摩擦系数为，则木块在木板上滑动过程中，在摩擦力作用下，木板做匀加速运动，木块做匀减速运动直至达到共同速度为止。
图8
以木块和木板整体为研究对象，由动量守恒定律可得
这一过程中，木板的位移为
木块的位移为
摩擦力对木板做正功
对木块做负功
则摩擦力对两物体做功的代数和为
①整个过程中木板动能的增量为
木块动能的增量为
系统动能的总增量为
②
上述①、②表明：系统机械能的减少刚好与一对摩擦力做功的代数和的绝对值对等。
二)摩擦力做功:
①公式:W f =-f ×路程 ②特点:可以做正功、负功或不做功 1） 摩擦力做负功：
关于摩擦力的功，下列说法中正确的是（ ） A ．静摩擦力总是做正功，滑动摩擦力总是做负功
B ．静摩擦力对物体不一定做功，滑动摩擦力对物体一定做功
C ．静摩擦力对物体一定做功，滑动摩擦力对物体可能不做功
D ．静摩擦力和滑动摩擦力都可能对物体不做功
15.一个质量m ＝10kg 的静止物体与水平地面间滑动摩擦系数μ＝0.2，受到一个大小为100N 与水平方向成θ＝37°的斜向上拉力作用而运动.若作用时间为t ＝2s ，则拉力对物体做功为 ，物体克服摩擦力做的功为 ，
16．如图所示，B 物体在拉力F 的作用下向左运动，在运动的过程中，A 、B 间有相互作用的摩擦力，则摩擦力做功的情况是( ).
（A ）A 、B 都克服摩擦力做功 （B ）摩擦力对A 不做功，B 克服摩擦力做功
（C ）摩擦力对A 做功，B 克服摩擦力做功 （D ）摩擦力对A 、B 都不做功
17．一质量为m 的物体在水平恒力F 的作用下沿水平面运动，在t 0时刻撤去力F ，其v-t 图象如图所示。已知物体与水平面间的动摩擦因数为μ，则下列关于力F 的大小和力F 做的功W 的大小关系式，正确的是（ ）
A.F mg μ=
B.2F mg μ=
C.00
W mgv t μ= D.
003
2W mgv t μ=
18. 有一个斜面，其底边固定且水平，斜面倾角在090~?内变化，一质量为1kg 的物体以初速度v 0自斜面底端沿斜面上滑，滑到最高点时的位移随θ角变化的规律如图所示，则在θ=?60时，物体上滑的位移x 和此过程中摩擦力所做的功W 分别为（ ） A.x m =5 B.x m =53 C.W J =25 D.
W J =25
33
19. 如图所示，水平传送带正以v ＝2m ／s 的速度运行，两端的距离为l ＝10m.
把一质量为m ＝1kg 的物体轻轻放到传送带上，物体在传送带的带动下向右运动.如物体与传送带间的动摩擦因数μ＝0.1，则把这个物体从传送带左端传送到右端的过程中，摩擦力对其做了多少功?摩擦力对皮带做功为多少?
20.装有装饰材料的木箱A 质量为50kg ，放在水平地面上，要将它运送到90m 远处的施工现场。如果用450N 的水平恒力使A 从静止开始运动，经过6s 钟可到达施工现场。
（1）求木箱与地面间的动摩擦因数。
（2）若用大小为450N ，方向与水平方向夹角为)8.0(cos =αα斜向上的拉力拉木箱
A 从静止开始运动，使木箱A 能够到达90m 远处的施工现场，拉力至少做多少功？
（运动过程中动摩擦因数处处相同，取2
/10s m g =，结果保留2位有效数字）。
三)作用力和反作用力做功
21.关于作用力与反作用力做功的关系，下列说法不正确的是 （ ） A ．当作用力作正功时，反作用力一定作负功 B ．当作用力不作功时，反作用力也不作功 C ．作用力与反作用力所做的功一定是大小相等 D ．作用力做正功时，反作用力也可以做正功
学习目标:
1. 知道机械能的概念，理解物体的动能和势能可以相互转化。
2. 会正确推导自由落体运动过程中的机械能守恒定律。
3. 理解机械能守恒定律的内容和守恒的条件。
4. 会判定具体问题中机械能是否守恒，初步掌握用机械能守恒定律解决力学问题。
学习重点: 1. 机械能。
2. 机械能守恒定律以及它的含义和适用条件。
学习难点: 机械能守恒定律以及它的含义和适用条件。
1、机械能概念：物体的 与 的称为机械能，即 E 。
2、分析下列几种情况动能，重力势能，弹性势能之间如何转化？ （1）自由落体运动过程中
(2) 竖直上抛运动过程
(3) 如图，弹簧一端固定在墙上，另一端与滑块相连，现滑块以某一速度向左沿光滑水平面压缩弹簧的过程。
3、机械能守恒定律推导
如图所示，一个质量为m 的物体自由下落，经过离地面高度为h 1的Ａ点时速度为v 1，下落到离地面高度为h 2的Ｂ点时速度为v 2。
（1） 根据动能定律列出方程，描述小球在A 、B 两点间动能的关系。
（2）把以上方程变形，探求小球在A 点和B 点的机械能是否相等？
按由简单到复杂，由特殊到一般的原则，引导学生推导小球从曲面上滑下的过程中能量转化所遵循的规律。（见物理必修ⅡP 78第一题） 总结：机械能守恒定律的内容是什么？ 机械能守恒定律的条件是什么？ 表达式是什么？ 5、提问：如何理解“只有重力做功”？
1．机械能守恒的条件是“只有重力对物体做功”这句话的意思是( ) A ．物体只能受重力的作用，而不能受其他力的作用
B ．物体除受重力以外，还可以受其他力的作用，但其他力不做功或做功的代数和为零
C ．只要物体受到的重力做了功，物体的机械能就守恒，与其他力做不做功无关
D ．以上说法均不正确
例1：学生判断以下几种情况机械能是否守恒？ A 竖直上抛运动 B 做平抛运动的小球 C 沿光滑的斜面下滑的物体
D 拉着一个物体沿光滑的斜面匀速上升
E 用细线拴着一个小球在竖直平面内做圆周运动
例2、把质量为0.5kg的石块从离地面高为10m的高处以与水平面成30°斜向上方抛出，石块落地时的速度为15m/s。不计空气阻力，求石块抛出的初速度大小。（g=10m/s2）
小结：应用机械能守恒定律解题的基本步骤
例题分析：
1、神州号载人飞船在发射至返回的过程中，以下哪些阶段中返回舱的机械能是守恒的（）
A.飞船升空的阶段
B．飞船在椭圆轨道上绕地球运行的阶段
C．返回舱在大气层以外向着地球做无动力飞行的阶段
D．降落伞张开后，返回舱下降的阶段
2．从离地面h高处以初速v0，分别向水平方向、竖直向上、竖直向下抛出a，b，c三个质量相同的小球，则它们( )
A．落地时的动能相同 B．落地时的动能大小是E kc＞E ka＞E kb
C．落地时重力势能的减少量相同 D．在运动过程中任一位置上的机械能都相同。
3、如图所示，桌顶高为h，质量为m的小球从离桌面高H处自由
落下，不计空气阻力，假设桌面处的重力势能为零，则小球落到地
面前瞬间的机械能为( )
A．mgh；B．mgH；
C. mg(H十h)；D．mg(H—h)．
4、如图所示，距地面h高处以初速度Vo沿水平方向抛出一个物体，不计空气阻力，物体在下落过程中，下列说法正确的是( )
A．物体在c点比a点具有的机械能大。
B．物体在a点比c点具有的动能大。
C．物体在a、b、c三点具有的动能一样大。
D．物体在a、b、c三点具有的机械能相等。
5、用一根长L的细线，一端固定在项板上，另一端拴一个质量为m的小球。现使细线偏离竖直方向α角后，从A处无初速地释放小球(如图)，试问：
(1)小球摆到最低点O时的速度?
(2)小球摆到左方最高点的高度(相对最低点)?
(3)若在悬点正下方P 处有一钉子，3
L
P O =
'，则小球碰钉后，向左摆动过程中能达到的最大高度有何变化?
6.有一种地下铁道，车站的路轨建得高些，车辆进站时要上坡，出站时要下坡，如图所示。设坡高h 为2m ，进站车辆到达坡下的A 点时，速度为25.2km/h ，此时切断电动机的电源，车辆能不能“冲”到坡上？如果能够，到达坡上的速度多大？
如图所示，一辆汽车通过图中的细绳拉起井中质量为m 的物体，开始时，车在A 点，绳子已经拉紧且是竖直的，
左侧绳长为H 。提升时，车加速向左运动，沿水平方向从A 经过B 驶向c ，设A 到B 的距离也为H ，车过B 点时的速度为v ，求车由A 移动到B 的过程中，绳Q 端的拉力对物体做的功．设绳和滑轮的质量及摩擦力不计，滑轮尺寸不计．
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一、选择题（40）
1．下列哪些情况中力做的功为零( )
A.向上抛出一物体上升过程中，重力对物体做的功
B.卫星做匀速圆周运动时，卫星受到的引力对卫星所做的功
C.汽车匀速上坡时，车厢底部对货物的支接力对货物所做的功
D.汽车匀速上坡时，车厢底部摩擦力对货物所做的功
2．如图所示，质量分别为m 1和m 2的两个物体放在光滑水平面上，m 1 做的功为W 1，F 2做的功为W 2，则( ) A.W 1 C.W l =W 2 D.条件不足，无法确定 3 ．同一恒力按同样方式施于物体上，使物体分别沿着粗糙 m 水平地面和光滑水平地面移动相同一段距离过程中，恒力对物体做的功和平均功率分别为W 1、P 1，和W 2、P 2，则二者的关系是( ) A.W 1>W 2，P 1>P 2 B.W 1=W 2，P 1 P 2 D.W 1 4．下列关于运动物体所受的合外力,合外力做功和功能变化的关系，正确的是( ) A.如果物体所受合外力为零，那么合外力对物体做的功一定为零 B.如果合外力对物体做的功为零则合外力一定为零 C.物体在合外力作用下做匀变速直线运动，动能一定变化 D.物体的动能不发生变化，物体所受合力一定是零 5．如图所示，电梯质量为M ，在它的水平地板上放置一质量为m 的物体，电梯在钢索拉力作用下由静止开始竖直向上加速运动，当上升高度为H 时，电梯的速度达到v ，则在这过程中以下说法正确的是( ) A.电梯地板对物体的支持力所做的功等于2 12mv B.电梯地板对物体的支持力与重力的合力所做的功等于2 12mv C.钢索的拉力所做的功等于2 1 2 Mv MgH + D.钢索的拉力所做的功大于2 12Mv MgH + 6．起重机将质量为m 的货物竖直吊起，上升高度为h ，上升加速度为a ，则起重机对货物所做的功是( ) A.mgh B.mah C.mgh+mah D.mgh-mah 7．如图所示，在加速运动的车厢中，一个人用力沿车前进的方向推车 厢，已知人与车厢始终保持相对静止，那么人对车厢做功的情况是( ) A.做正功 B.做负功 C.不做功 D.无法确定 8．设在平直公路上以一般速度行驶的自行车所受阻力约为车、人总重力的0.02倍，则骑车人的功率最接近于( ) A.10-1kW B.10-3 kW C.1kW D.10kW 9.如图所示，用竖直向下的恒力F 通过跨过光滑定滑轮的细线拉动光滑水平面上的物体，物体沿水平面移动过程中经过A 、B 、C 三点，设AB=BC ，物体经过A 、B 、C 三点时的动能分别为E KA ，E KB ，E KC ，则它们间的关系应是( ) A ．E K B -E KA =E K C -E KB B ．E KB -E KA D ． E KC <2E KB 10.质量不计的直角形支架两端分别连接质量为m 和2m 的小球A 和B 。支架的两直角边长度分别为2l 和l ，支架可绕固定轴O 在竖直平面内无摩擦转动，如图所示。开始时OA 边处于水平位置，由静止释放，则（ ） A ．A 球的最大速度为gl )12(63 2 B ．A 球的速度最大时，两小球的总重力势能为零 C.A B 两球的最大速度之比v 1∶v 2=2∶1 D.A 球的速度最大时两直角边与竖直方向的夹角为45° 二、实验题（20） 11．用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验: （1）（6分）为进行该实验，备有下列器材可供选择铁架台、打点计时器、复写纸片、纸带、低压直流电源、天平、秒表、导线、开关。其中不必要的器材是 。缺少的器材是 。 （2）（8分）若实验中所用重物的质量m =1㎏，打点时间间隔为0.02s ，打出的纸带如下图所示，O 、A 、B 、C 、D 为相邻的几点，测的OA =0.18cm 、OB =0.76㎝、OC =1.71㎝、OD =3.04㎝，查出当地的重力加速度g=9.80m/s 2，则重物在B 点时的动能E AB = J 。从开始下落到B 点的过程中，重物的重力势能减少量是 J ，由此得出的结论是 。(计算结果保留三位有效数字) （3）（6分）根据纸带算出相关各点的速度v 量出下落的距离h ，以v 2/2为纵轴，以h 为横轴画出的图线应是图中的 ，就证明机械能是守恒的，图像的斜率代表的物理量是 。 三、计算题（40） 12．质量m =0.02kg 的物体置于水平桌面上，在F =2N 的水平拉力作用下前进了1l =0.6 m ，如图所示，此时F 停止作用，物体与桌面间的动摩擦因数μ=0.2，求： (1)物体滑到2l =1.0 m 处时的速度； (2)物体能滑多远?(g 取9.8 m ／s 2 ) 13．质量为m 的物体以速度v 0竖直向上抛出，物体落回地面时，速度大小为03 4 v ，设物体在运动中所受空气阻力大小不变，求： (1)物体运动过程中所受空气阻力的大小； (2)若物体落地碰撞过程中无能量损失，求物体运动的总路程． 14．质量m =1.5 kg 的物块(可视为质点)在水平恒力F 作用下，从水平面上A 点由静止开始运动，运动一段距离后撤去该力，物块继续滑t =2.0 s 停在B 点．已知A 、B 两点间的距离s =5m ，物块与水平面间的动摩擦因数μ=0.20，求恒力F 多大．(g 取10m ／s 2) 15、如图所示，ABC 和DEF 是在同一竖直平面内的两条光滑轨道，其中ABC 的末端水平，DEF 是半径为r=0.4m 的半圆形轨道，其直径DF 沿竖直方向，C 、D 可看作重合。现有一可视为质点的小球从轨道ABC 上距C 点高为H 的地方由静止释放， （1）若要使小球经C 处水平进入轨道DEF 且能沿轨道运动，H 至少要有多高？ （2）若小球静止释放处离C 点的高度h 小于（1）中H 的最小值，小球可击中与圆心等高的E 点，求h 。（取g=10m/s 2） 一、选择题 1.B; 2.C; 3.C; 4.AC; 5.BD; 6.C; 7.B; 8.A 9.CD 10.ACD 二、实验题 11、（1）天平、秒表、低压直流电源 重锤、直尺、低压交流电源（或交流电源） （2） 0.0722 0.0745 在实验误差允许的范围内减少的物体重力势能等于其增加的动能，物体自由下落过程中机械能守恒 （3）C 重力加速度 三、计算题 12.(1)由动能定理得:2 1212 Fl mgl mv μ-= ,v = (2)由动能定理得:10Fl mgs μ-=,1 Fl s mg μ= =30.6m 13.(1)上升过程:2 0102 mgh fh mv --=-,下落过程:2 013()024 mgh fh m v -= - 两式联立得7 25 f m g = (2)由动能定理:20102fs mv -=-总,2 012mv s f =总=2 2514v g 14.撤去力F 后,物块的加速度mg a g m μμ= ==2m/s 2,2s 内滑行的位移2 12 x at = =4m, 全过程使用动能定理:()0F s x mgs μ--=,得: mgs F s x μ= -=15N 15.【解析】（1）小球从ABC 轨道下滑，机械能守恒，设到达C 点时的速度大小为υ。则： 22 1 υm mgH = …① …3分 小球能在竖直平面内做圆周运动，在圆周最高点必须满足： r m mg 2 υ≤……②……3分 ①、②联立并代入数据得：m H 2.0≥ ……2分 （2）若H h <，小球过C 点后做平抛运动，设球经C 点时的速度大小为x υ，则击中E 点时：竖直方向：2 2 1gt r =……③…3分 水平方向：t r x υ=…④……3分 由机械能守恒有：2 2 1x m mgh υ=…………⑤ …………3分 联立③、④、⑤并代入数据得m h 1.0= …………2分 功习题课：变力做功和摩擦力做功 、摩擦力做功1如图2所示，在光滑水平地面上有一辆平板小车，车上放着一个滑块，滑块和平板小车间有摩擦，滑块在水平恒力F作用下从车的一端拉到另一端.第一次拉滑块时将小车固定，第 次拉时小车没有固定.在这先后两次拉动木块的过程中, 下 列说法中正确的是() A.滑块所受的摩擦力一样大 B.拉力F做的功一样大 C.滑块获得的动能一样大 D.系统增加的内能一样大2、质量为M的长木板放在光 滑的水平地面上，如图1-1-10所示，一个质量为m的滑块以某一速度沿木板表面从A端滑到B 点，在木板上前进了L，而木板前进s，若滑块与木板间的动摩擦因数为卩求： (1)摩擦力对滑块所做功的大小； (2)摩擦力对木板所做功的大小. (3)摩擦力对滑块和木板做功的代数和 "A# I 「1 图1-1-10 ①相互摩擦的系统内，一对静摩擦力所做的总功等于零。 ②相互摩擦的系统内，一对滑动摩擦力所做的功总是负值，其绝对值等于滑动摩擦力与相对位移的乘积，即恰等于系统损失的机械能。 二、变力做功 功的计算公式W=FScosa只能用于恒力做功情况，对于变力做功的计算则没有一个固定公式可 用，对变力做功问题归纳如下： 1、微元法：当力的大小不变，而力的方向始终与运动方向相同或相反时，这类变力的功等于力和路程的乘积，如：滑动摩擦力、空气阻力做功等等。始终垂直呢？ (1)马用水平力拉着碌子在场院上轧谷脱粒，若马的拉力为800牛顿，碌子在场院上转圈的半径是10米，求转一圈马对碌子做的功。 (2)用细绳系一小球，在水平面内运动一周，求绳的拉力做的功 (3)如图，设物体的质量为m,放在木板上，木板一端抬高的过程中，物体始终相对木板 静止，设物体升高了h，在这一过程中，判断摩擦力、支持力重力对物体做功情况。 最新高考物理动能定理的综合应用常见题型及答题技巧及练习题(含答案) 一、高中物理精讲专题测试动能定理的综合应用 1．如图所示，半径为R ＝1 m ，内径很小的粗糙半圆管竖直放置，一直径略小于半圆管内径、质量为m ＝1 kg 的小球，在水平恒力F ＝250 17 N 的作用下由静止沿光滑水平面从A 点运动到B 点，A 、B 间的距离x ＝ 17 5 m ，当小球运动到B 点时撤去外力F ，小球经半圆管道运动到最高点C ，此时球对外轨的压力F N ＝2.6mg ，然后垂直打在倾角为θ＝45°的斜面上(g ＝10 m/s 2)．求： (1)小球在B 点时的速度的大小； (2)小球在C 点时的速度的大小； (3)小球由B 到C 的过程中克服摩擦力做的功； (4)D 点距地面的高度． 【答案】(1)10 m/s (2)6 m/s (3)12 J (4)0.2 m 【解析】 【分析】 对AB 段，运用动能定理求小球在B 点的速度的大小；小球在C 点时，由重力和轨道对球的压力的合力提供向心力，由牛顿第二定律求小球在C 点的速度的大小；小球由B 到C 的过程，运用动能定理求克服摩擦力做的功；小球离开C 点后做平抛运动，由平抛运动的规律和几何知识结合求D 点距地面的高度． 【详解】 (1)小球从A 到B 过程，由动能定理得：212 B Fx mv = 解得：v B ＝10 m/s (2)在C 点，由牛顿第二定律得mg ＋F N ＝2 c v m R 又据题有：F N ＝2.6mg 解得：v C ＝6 m/s. (3)由B 到C 的过程，由动能定理得：－mg ·2R －W f ＝22 1122 c B mv mv - 解得克服摩擦力做的功：W f ＝12 J (4)设小球从C 点到打在斜面上经历的时间为t ，D 点距地面的高度为h ， 则在竖直方向上有：2R －h ＝ 12 gt 2 最新高考物理动能与动能定理练习题及答案 一、高中物理精讲专题测试动能与动能定理 1．如图所示，质量m =3kg 的小物块以初速度秽v 0=4m/s 水平向右抛出，恰好从A 点沿着圆弧的切线方向进入圆弧轨道。圆弧轨道的半径为R = 3.75m ，B 点是圆弧轨道的最低点，圆弧轨道与水平轨道BD 平滑连接，A 与圆心D 的连线与竖直方向成37?角，MN 是一段粗糙的水平轨道，小物块与MN 间的动摩擦因数μ=0.1，轨道其他部分光滑。最右侧是一个半径为r =0.4m 的半圆弧轨道，C 点是圆弧轨道的最高点，半圆弧轨道与水平轨道BD 在D 点平滑连接。已知重力加速度g =10m/s 2，sin37°=0.6，cos37°=0.8。 （1）求小物块经过B 点时对轨道的压力大小； （2）若MN 的长度为L 0=6m ，求小物块通过C 点时对轨道的压力大小； （3）若小物块恰好能通过C 点，求MN 的长度L 。 【答案】（1）62N （2）60N （3）10m 【解析】 【详解】 （1）物块做平抛运动到A 点时，根据平抛运动的规律有：0cos37A v v ==? 解得：04 m /5m /cos370.8 A v v s s = ==? 小物块经过A 点运动到B 点，根据机械能守恒定律有： ()2211cos3722 A B mv mg R R mv +-?= 小物块经过B 点时，有：2 B NB v F mg m R -= 解得：()232cos3762N B NB v F mg m R =-?+= 根据牛顿第三定律，小物块对轨道的压力大小是62N （2）小物块由B 点运动到C 点，根据动能定理有： 22011222 C B mgL mg r mv mv μ--?= - 在C 点，由牛顿第二定律得：2 C NC v F mg m r += 代入数据解得：60N NC F = 根据牛顿第三定律，小物块通过C 点时对轨道的压力大小是60N 专题 摩擦力做功与能量转化问题 【学习目标】 1.理解静摩擦力和滑动摩擦力做功的特点； 2.理解摩擦生热及其计算。 【知识解读】 1.静摩擦力做功的特点 如图5－15－1，放在水平桌面上的物体A 在水平拉力F 的作用下未动，则桌面对A 向左的静摩擦力不做功，因为桌面在静摩擦力的方向上没有位移。如图5－15－2，A 和B 叠放在一起置于光滑水平桌面上，在拉力F 的作用下，A 和B 一起向右加速运动，则B 对A 的静摩擦力做正功，A 对B 的静摩擦力做负功。可见静摩擦力做功的特点是： （1）静摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功。 （2）相互作用的一对静摩擦力做功的代数和总等于零。 （3）在静摩擦力做功的过程中，只有机械能的相互转移（静摩擦力起着传递机械能的作用），而没有机械能转化为其它形式的能。 2.滑动摩擦力做功的特点 如图5－15－3，物块A 在水平桌面上，在外力F 的作用下向右运动，桌面对A 向左的滑动摩擦力做负功，A 对桌面的滑动摩擦力不做功。 如图5－15－4，上表面不光滑的长木板，放在光滑的水平地面上，一小铁块以速度 v 从木板的左端滑上木板，当铁块和木板相对静止时木板相对地面滑动的距离为s ，小铁 块相对木板滑动的距离为d ，滑动摩擦力对铁块所做的功为：W 铁＝－f(s+d)―――① 根据动能定理，铁块动能的变化量为： k w =f s+d E ?铁铁＝－（）―――② ②式表明，铁块从开始滑动到相对木板静止的过程中，其动能减少。那么，铁块减少的动能转化为什么能量了呢？ 以木板为研究对象，滑动摩擦力对木板所做的功为：w fs 板＝――――――③ 根据动能定理，木板动能的变化量为：k E w fs ?板板＝＝――④ 5-15-1 图 5152 图－ －5153 图－－ 5154 图－－ 1、如图所示，质量m=0.5kg的小球从距地面高H=5m处自由下落，到达地面恰能沿凹陷于地面的半圆形槽壁运动，半圆槽半径R=0.4m.小球到达槽最低点时的速率为10m／s，并继续滑槽壁运动直至槽左端边缘飞出，竖直上升，落下后恰好又沿槽壁运动直至从槽右端边缘飞出，竖直上升、落下，如此反复几次.设摩擦力大小恒定不变:(1)求小球第一次离槽上升的高度h.(2)小球最多能飞出槽外几次 (g取10m／s2) 2、如图所示，斜面倾角为θ，滑块质量为m，滑块与斜 面的动摩擦因数为μ，从距挡板为s0的位置以v0的速度 沿斜面向上滑行.设重力沿斜面的分力大于滑动摩擦 力，且每次与P碰撞前后的速度大小保持不变，斜面足 够长.求滑块从开始运动到最后停止滑行的总路程s. 3、有一个竖直放置的圆形轨道，半径为R，由左右两部分组成。如图所示，右半部分AEB是光滑的，左半部分BFA 是粗糙的．现在最低点A给一个质量为m的小球一个水平向右的初速度，使小球沿轨道恰好运动到最高点B，小球在B 点又能沿BFA轨道回到点A，到达A点时对轨道的压力为4mg 1、求小球在A点的速度v0 2、求小球由BFA回到A点克服阻力做的功 * 4、如图所示，质量为m的小球用长为L的轻质细线悬于O点，与O 点处于同一水平线上的P点处有一根光滑的细钉，已知OP = L/2，在A点给小球一个水平向左的初速度v ，发现小球恰能到达跟P点在同一竖直线上的最高点B．则：（1）小球到达B点时的速率（2）若不计空气阻力，则初速度v0为多少 （3）若初速度v0=3gL，则在小球从A到B的过程中克服空气阻力做了多少功v0 E F… R 5、如图所示，倾角θ=37°的斜面底端B 平滑连接着半径r =0.40m 的竖直光滑圆轨道。质量m =0.50kg 的小物块，从距地面h =2.7m 处沿斜面由静止开始下滑，小物块与斜面间的动摩擦因数μ=，求：（sin37°=，cos37°=，g =10m/s 2 ） （1）物块滑到斜面底端B 时的速度大小。 （2）物块运动到圆轨道的最高点A 时，对圆轨道的压力大小。 { 6、质量为m 的小球被系在轻绳一端，在竖直平面内做半径为R 的圆周运动，运动过程中小球受到空气阻力的作用.设某一时刻小球通过轨道的最低点，此时绳子的张力为7mg,此后小球继续做圆周运动，经过半个圆周恰能通过最高点，则在此过程中小球克服空气阻力所做的功为（ ） ， 7\如图所示，AB 与CD 为两个对称斜面，其上部都足够长，下部 分分别与一个光滑的圆弧面的两端相切，圆弧圆心角为1200 ，半径R=2.0m,一个物体在离弧底E 高度为h=3.0m 处，以初速度V 0=4m/s 沿斜面运动，若物体与两斜面的动摩擦因数均为μ=,则物体在两斜面上（不包括圆弧部分）一共能走多少路程 （g=10m/s 2 ）. / 8、如图所示，在光滑四分之一圆弧轨道的顶端a 点，质量为m 的物块(可视为质点)由静止开始下滑，经圆弧最低点b 滑上粗糙水平面，圆弧轨道在b 点与水平轨道平滑相接，物块最终滑至c 点停止．若圆弧轨道半径为R ，物块与水平面间的动摩擦因数为μ， 则：1、物块滑到b 点时的速度为 2、物块滑到b 点时对b 点的压力是 3、c 点与b 点的距离为 θ A B O h A B C D O > E h 年级高一学科物理版本人教新课标版 课程标题第七章复习：变力做功和摩擦力做功 编稿老师张晓春 一校黄楠二校林卉审核薛海燕 一、学习目标： 1. 通过复习，掌握变力做功的求解方法。 2. 掌握摩擦力做功的基本特点，会求解摩擦力做功。 二、重点、难点： 重点：1. 变力做功的方法归纳。 2. 摩擦力做功的基本特点。 难点：滑动摩擦力做功和能量转化的特点。 三、考点分析： 内容和要求考点细目出题方式 选择、计算题 变力做功不同类型变力做功大小的计 算 摩擦力做功静摩擦力做功选择、计算题 滑动摩擦力做功 一、变力做功的计算方法： 1. 用动能定理 动能定理表达式为，其中是所有外力做功的代数和，△E k是物体动能的增量。如果物体受到的除某个变力以外的其他力所做的功均能求出，那么用动能定理表达式就可以求出这个变力所做的功。 2. 用功能原理 系统内除重力和弹力以外的其他力对系统所做功的代数和等于该系统机械能的增量。若在只有重力和弹力做功的系统内，则机械能守恒（即为机械能守恒定律）。 3. 利用W＝Pt求变力做功 这是一种等效代换的思想，用W＝Pt计算功时，必须满足变力的功率是一定的。4. 转化为恒力做功 在某些情况下，通过等效变换可将变力做功转换成恒力做功，继而可以用求解。 5. 用平均值 当力的方向不变，而大小随位移做线性变化时，可先求出力的算术平均值，再把平均值当成恒力，用功的计算式求解。 6. 微元法 对于变力做功，我们不能直接用公式θcos Fs W =进行计算，但是可以把运动过程分成很多小段，每一小段内可认为F 是恒力，用 求出每一小段内力F 所做的功， 然后累加起来就得到整个过程中变力所做的功。这种处理问题的方法称为微元法，其具有普遍的适用性。在高中阶段主要用这种方法来解决大小不变、方向总与运动方向相同或相反的变力做功的问题。 二、摩擦力做功的特点： 1. 静摩擦力做功的特点： A. 静摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功。 B. 在静摩擦力做功的过程中，只有机械能的相互转移（静摩擦力起着传递机械能的作用），而没有机械能转化为其他形式的能。 C. 相互摩擦的系统内，一对静摩擦力所做功的代数和总是等于零。 2. 滑动摩擦力做功的特点： 如图所示，顶端粗糙的小车，放在光滑的水平地面上，具有一定速度的小木块由小车左端滑上小车，当木块与小车相对静止时木块相对小车的位移为d ，小车相对地面的位移为s ，则滑动摩擦力F 对木块做的功为W 木=－F （d+s ） ① 由动能定理得木块的动能增量为ΔE k 木=－F （d+s ）② 滑动摩擦力对小车做的功为W 车=Fs ③ 同理，小车动能增量为ΔE k 车=Fs ④ ②④两式相加得ΔE k 木+ΔE k 车=－Fd ⑤ ⑤式表明木块和小车所组成系统的机械能的减少量等于滑动摩擦力与木块相对于小车位移的乘积，这部分能量转化为内能。 综上所述，滑动摩擦力做功有以下特点： ①滑动摩擦力可以对物体做正功，也可以对物体做负功，还可以不做功。 ②在一对滑动摩擦力做功的过程中，能量的转化有两种情况：一是相互摩擦的物体之间机械能的转移；二是机械能转化为内能，转化为内能的量值等于滑动摩擦力与物体相对位移的乘积。 ③在相互摩擦的系统内，一对滑动摩擦力所做的功总是负值，其绝对值恰等于滑动摩擦 动能定理典型基础例题 应用动能定理解题的基本思路如下： ①确定研究对象及要研究的过程 ②分析物体的受力情况，明确各个力是做正功还是做负功，进而明确合外力的功 ③明确物体在始末状态的动能 ④根据动能定理列方程求解。 例1．质量M=×103 kg 的客机，从静止开始沿平直的跑道滑行，当滑行距离S=×lO 2 m 时，达到起飞速度ν=60m／s 。求： (1)起飞时飞机的动能多大 (2)若不计滑行过程中所受的阻力，则飞机受到的牵引力为多大 (3)若滑行过程中受到的平均阻力大小为F=×103 N ，牵引力与第(2)问中求得的值相等，则要达到上述起飞速度，飞机的滑行距离应多大 ~ 例2．一人坐在雪橇上，从静止开始沿着高度为 15m 的斜坡滑下，到达底部时速度为10m/s 。人和雪橇的总质量为60kg ，下滑过程中克服阻力做的功。 例3．在离地面高为h 处竖直上抛一质量为m 的物块，抛出时的速度为v 0，当它落到地面时速度为v ，用g 表示重力加速度，则在此过程中物块克服空气阻力所做的功等于：( ) 例4．质量为m 的小球被系在轻绳一端，在竖直平面内做半径为R 的圆周运动，运动过程中小球受到空气阻力的作用。设某一时刻小球通过轨道的最低点，此时绳子的张力为7mg ，此后小球继续做圆周运动，经过半个圆周恰能通过最高点，则在此过程中小球克服空气阻力所做的功为：（ ） A ． 4mgR B ．3mgR C ．2 mgR D ．mgR 例5．如图所示，质量为m 的木块从高为h 、倾角为α的斜面顶端由静止滑下。到达斜面底端时与固定不动的、与斜面垂直的挡板相撞，撞后木块以与撞前相同大小的速度反向弹回，木块运动到 高 2 h 处速度变为零。求： （1）木块与斜面间的动摩擦因数 （2）木块第二次与挡板相撞时的速度 （3）木块从开始运动到最后静止，在斜面上运动的总路程 ， 例6．质量m=的物块（可视为质点）在水平恒力F 作用下，从水平面上A 点由静止开始运动，运动一段距离撤去该力，物块继续滑行t=停在B 点，已知A 、B 两点间的距离s=，物块与水平面间的动摩擦因数μ=，求恒力F 多大。（g=10m/s 2 ） 1、在光滑水平地面上有一质量为20kg 的小车处于静止状态。用30牛水平方向的力推小车，经过多大距离小车才能达到3m/s 的速度。 2、汽车以15m/s 的速度在水平公路上行驶，刹车后经过20m 速度减小到5m/s ，已知汽车质量是，求刹车动力。（设汽车受到的其他阻力不计） 3、一个质量是的小球在离地5m 高处从静止开始下落，如果小球下落过程中所受的空气阻力是，求它落地时的速度。 4、一辆汽车沿着平直的道路行驶，遇有紧急情况而刹车，刹车后轮子只滑动不滚动，从刹车开始 到汽车停下来，汽车前进12m 。已知轮胎与路面之间的滑动摩擦系数为，求刹车前汽车的行驶速度。 5、一辆5吨的载重汽车开上一段坡路，坡路上S=100m ，坡顶和坡底的高度差h=10m ，汽车山坡前的速度是10m/s ，上到坡顶时速度减为s 。汽车受到的摩擦阻力时车重的倍。求汽车的牵引力。 6、质量为2kg 的物体，静止在倾角为30o 的斜面的底端，物体与斜面间的摩擦系数为，斜面长1m ，用30N 平行于斜面的力把物体推上斜面的顶端，求物体到达斜面顶端时的动能。 7、质量为的铅球从离沙坑面高处自由落下，落入沙坑后在沙中运动了后停止，求沙坑对铅球的平均阻力。 ^ h m A 国光中学物理基础练习系列（五） 动能定理 1、一质量为1kg 的物体被人用手由静止向上提高1m ，这时物体的速度是2m/s ，求： (1)物体克服重力做功. (2)合外力对物体做功. (3)手对物体做功. 解：(1) m 由A 到B ： G 10J W mgh =-=- 克服重力做功1G G 10J W W ==克 (2) m 由A 到B ，根据动能定理2： 21 02J 2 W mv ∑=-= (3) m 由A 到B ：G F W W W ∑=+ F 12J W ∴= 2、一个人站在距地面高h = 15m 处，将一个质量为m = 100g 的石块以v 0 = 10m/s 的速度斜向上抛出. (1)若不计空气阻力，求石块落地时的速度v . (2)若石块落地时速度的大小为v t = 19m/s ，求石块克服空气阻力做的功W . 解：(1) m 由A 到B ：根据动能定理：22 01122 mgh mv mv =-20m/s v ∴= (2) m 由A 到B ，根据动能定理3： 22 t 0 1122 mgh W mv mv -=- 1.95J W ∴= 3a 、运动员踢球的平均作用力为200N ，把一个静止的质量为1kg 的球以10m/s 的速度踢出，在水平面上运动60m 后停下. 求运动员对球做的功？ 3b 、如果运动员踢球时球以10m/s 迎面飞来，踢出速度仍为10m/s ，则运动员对球做功为多少？ 解： (3a)球由O 到A ，根据动能定理4： 2 01050J 2 W mv =-= (3b)球在运动员踢球的过程中，根据动能定理5： 2211 022 W mv mv =-= 1 不能写成：G 10J W mgh ==. 在没有特别说明的情况下，G W 默认解释为重力所做的功，而在这个过程中重 力所做的功为负. 2 也可以简写成：“m ：A B →： k W E ∑=?”，其中k W E ∑=?表示动能定理. 3 此处写W -的原因是题目已明确说明W 是克服空气阻力所做的功. 4 踢球过程很短，位移也很小，运动员踢球的力又远大于各种阻力，因此忽略阻力功. 5 结果为0，并不是说小球整个过程中动能保持不变，而是动能先转化为了其他形式的能（主要是弹性势能，然后其他形式的能又转化为动能，而前后动能相等. v m v 'O A → A B → 动能定理典型例题 ————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期: ? 动能定理典型例题 【例题】 1、一架喷气式飞机，质量m=５.0×103ｋg，起飞过程中从静止开始滑跑的路程为s=５.3×102m，达到起飞速度v＝60ｍ/s，在此过程中飞机受到的平均阻力是飞机重量的0．02倍(k＝０.０2）。求飞机受到的牵引力。 2、在动摩擦因数为μ的粗糙水平面上,有一个物体的质量为ｍ,初速度为V1,在与 运动方向相同的恒力Ｆ的作用下发生一段位移Ｓ，如图所示,试求物体的末速度Ｖ2。 拓展：若施加的力F变成斜向右下方且与水平方向成θ角,求物体的末速度V2 V滑上动摩擦因数为μ的粗糙水平面上，最后3、一个质量为m的物体以初速度 静止在水平面上,求物体在水平面上滑动的位移。 4、一质量为ｍ的物体从距地面高h的光滑斜面上滑下，试求物体滑到斜面底端 的速度。 拓展1:若斜面变为光滑曲面，其它条件不变,则物体滑到斜面底端的速度是多少？ 拓展2：若曲面是粗糙的，物体到达底端时的速度恰好为零，求这一过程中摩擦力做的功。 类型题 题型一:应用动能定理求解变力做功 1、一质量为m的小球,用长为Ｌ的轻绳悬挂于O点，小球在水平力F作用下，从平衡位置缓慢地移Q点如图所示，则此过程中力F所做的功为（) A．mｇＬcoｓ0 B.FLsinθ C.FLθ?D．(1cos). - mgLθ ２、如图所示，质量为m的物体静放在光滑的平台上,系在物体上的绳子跨过光 V向右匀速运动的人拉着，设人从地面上由平台的滑的定滑轮由地面上以速度 边缘向右行至绳与水平方向成30角处，在此过程中人所做的功为多少? ３、一个质量为m的小球拴在钢绳的一端,另一端用大小为Ｆ1的拉力作用,在水平面上做半径为R1的匀速圆周运动（如图所示)，今将力的大小改为Ｆ２，使小球仍在水平面上做匀速圆周运动，但半径变为R2,小球运动的半径由R1变为R2过程中拉力对小球做的功多大？ 4、如图所示，AＢ为１/４圆弧轨道，半径为R=0．８m,ＢＣ是水平轨道，长S ＝３ｍ，BＣ处的摩擦系数为μ=1/1５，今有质量m=1kg的物体，自A点从静止起下滑到C点刚好停止。求物体在轨道AB段所受的阻力对物体做的功。 A 1、一质量为1kg 的物体被人用手由静止向上提高1m ，这时物体的速度是2m/s ，求： (1)物体克服重力做功. (2)合外力对物体做功. (3)手对物体做功. 解：(1) m 由A 到B ： G 10J W m g h =-=- 克服重力做功1G G 10J W W ==克 (2) m 由A 到B ，根据动能定理2： 21 02J 2 W mv ∑=-= (3) m 由A 到B ：G F W W W ∑=+ F 12J W ∴= 2、一个人站在距地面高h = 15m 处，将一个质量为m = 100g 的石块以v 0 = 10m/s 的速度斜向 上抛出. (1)若不计空气阻力，求石块落地时的速度v . (2)若石块落地时速度的大小为v t = 19m/s ，求石块克服空气阻力做的功W . 解：(1) m 由A 到B ：根据动能定理：22 1122mgh mv mv =-20m/s v ∴= (2) m 由A 到B ，根据动能定理3： 22 t 0 1122 mgh W mv mv -=- 1.95J W ∴= 3a 、运动员踢球的平均作用力为200N ，把一个静止的质量为1kg 在水平面上运动60m 后停下. 求运动员对球做的功？ 3b 、如果运动员踢球时球以10m/s 迎面飞来，踢出速度仍为10m/s ，则运动员对球做功为多少？ 解： (3a)球由O 到A ，根据动能定理4： 2 01050J 2W mv =-= (3b)球在运动员踢球的过程中，根据动能定理5 ： 2211 022 W mv mv =-= 4、在距离地面高为H 处，将质量为m 的小钢球以初速度v 0竖直下抛，落地后，小钢球陷入泥土中的深度为h 求： (1)求钢球落地时的速度大小v . (2)泥土对小钢球的阻力是恒力还是变力? 1 不能写成：G 10J W mgh ==. 在没有特别说明的情况下，G W 默认解释为重力所做的功，而在这个过程中重 力所做的功为负. 2 也可以简写成：“m ：A B →：k W E ∑=? ”，其中k W E ∑=?表示动能定理. 3 此处写W -的原因是题目已明确说明W 是克服空气阻力所做的功. 4 踢球过程很短，位移也很小，运动员踢球的力又远大于各种阻力，因此忽略阻力功. 5 结果为0，并不是说小球整个过程中动能保持不变，而是动能先转化为了其他形式的能（主要是弹性势能，然后其他形式的能又转化为动能，而前后动能相等. v m v 'O A → A B → 关于摩擦力做功的讨论 一、滑动摩擦力 当两物体直接接触，接触面上有弹力出现，接触面不光滑，两物体接触面上有相对运动时，二者相互向对方施加阻碍相对运动的滑动摩擦力。那么，滑动摩擦力的做功情况如何？ 1．滑动摩擦力一定做功吗？ 由以上对滑动摩擦力的描述，很容易得出一个结论：滑动摩擦力一定做功。其实这个结论是错误的。尽管出现滑动摩擦力作用的两物体间，肯定有相对运动发生，但计算功的公 式中的s是受力物体相对地面的位移，两物体间有相对运动，但两物体不一定全都相对地面有位移发生。 如图1所示，A、B两物体叠放在水平地面上，用细绳将A物体拴接于竖直墙上，两物体间、B与地面的接触处均不光滑，现用水平拉力将物体B匀速拉出，在拉出B物体的过程中，B对A的滑动摩擦力是水平向右的，而A物体相对地面的位移却是零，所以B对A的滑动摩擦力对A不做功。 判断滑动摩擦力是否做功，首先要搞清是哪个力对那个物体做不做功，关键是看这个物体在摩擦力的方向上相对地面的位移是不是零。 2．滑动摩擦力一定做负功吗？ 由于摩擦力的方向总是与相对运动方向相反，如两物体中甲对乙的滑动摩擦力方向总是与乙相对甲的运动方向对反，这也很容易得出滑动摩擦力一定做负功的错误结论。 判断滑动摩擦力是做负功还是做正功，首先还得搞清是判断哪个力对哪个物体做功，关键是判断该物体所受滑动摩擦力的方向与它相对地面的位移方向间的夹角是大于、等于还是小于90o，与此分别对应的是做负功、不做功、做正功。 如图2所示，在光滑水平地面上静置一表面不光滑的长木板B，现有一可视为质点的小物体A以水平初速度v o从长木板的左端滑向右端。如图3、图4所示，在A未离开B前，A物体所受滑动摩擦力f AB水平向左，A相对地面的位移s A方向向右，所以滑动摩擦力f AB对A做负功；B物体所受滑动摩擦力f BA方向向右，相对地面的位移s B方向向右，滑动摩擦力f BA对B做正功。 3．一对滑动摩擦力功的代数和一定为零吗？ 物体间力的作用总是相互的，两物体间的滑动摩擦力也不例外，如图2中的A、B两物体间，A对B施加滑动摩擦力f BA的同时也受到了作为此力的反作用力的B对A的滑动摩擦力f AB，由牛顿第三定律知，这两个力大小相等，设它们的大小为f，则上述过程中，这两个 力的功分别为：，。由于|s A|>|s B|，所以，W A+W B≠0。 一物体以某一初速度沿糙粗斜面向上滑，达到最高点后又滑回出发点，则下列说法中正确的是（ ） A ．上滑过程中重力的冲量值比下滑过程中重力的冲量值小 B ．上滑过程中重力做功值比下滑过程中重力做功值小 C ．上滑过程中摩擦力的冲量值比下滑过程中摩擦力的冲量值大 D ．上滑过程中摩擦力做功值比下滑过程中摩擦力做功值大 答案：A 来源： 题型：单选题，难度：理解 如图所示，一物块（可视为质点）以 7 m / s 的初速度从半 圆面的A 点滑下，运动到B 点时的速度大小仍为 7 m / s 。若该物块以 6 m / s 的初速度仍由A 点滑下，则运动到B 点时的速度大小 为（ ） A.大于6m/s B.等于6m/s C.小于6m/s D.无法确定 答案：A 来源： 题型：单选题，难度：理解 如图，一物块以s m /1的初速度沿曲面由A 处下滑，到达较低的B 点时速度恰好也是s m /1，如果此物块以s m /2的初速度仍由A 处下滑，则它达到B 点时的速度 （ ） A 、等于s m /2 B 、小于s m /2 C 、大于s m /2 D 、以上三种情况都有可能 答案：B 来源： 题型：单选题，难度：识记 如图所示在北戴河旅游景点之一的南戴河滑沙场有两个坡度不同的滑道AB 和AB / （都可看作斜面）。甲、乙两名旅游者分乘两个滑沙撬从插有红旗的A 点由静止出发同时沿AB 和AB / 滑下，最后都停在水平沙面BC 上．设滑沙撬 和沙面间的动摩擦因数处处相同，滑沙者保持一定 姿势坐在滑沙撬上不动。下列说法中正确的是 A.甲在B 点的速率等于乙在B / 点的速率 B.甲的滑行总路程比乙短 C.甲全部滑行过程的水平位移一定比乙全部滑行过程的水平位移大 D.甲、乙停止滑行后回头看A 处的红旗时视线的仰角一定相同 答案：D 来源：2004年高考江苏 题型：单选题，难度：应用 如图6甲所示，一质量为m 的滑块以初速度v 0自固定于地面的斜面底端A 开始冲上斜面，到达某一高度后返回A ，斜面与滑块之间有摩擦，图6乙中分别表示它在斜面上运动的速度V 、加速度a 、势能E P 和机械能E 随时间的变化图线，可能正确的是 A B B / C 【物理】物理动能定理的综合应用题20套(带答案) 一、高中物理精讲专题测试动能定理的综合应用 1．北京老山自行车赛场采用的是250m 椭圆赛道，赛道宽度为7.6m 。赛道形如马鞍形，由直线段、过渡曲线段以及圆弧段组成，圆弧段倾角为45°（可以认为赛道直线段是水平的，圆弧段中线与直线段处于同一高度）。比赛用车采用最新材料制成，质量为9kg 。已知直线段赛道每条长80m ，圆弧段内侧半径为14.4m ，运动员质量为61kg 。求： （1）运动员在圆弧段内侧以12m/s 的速度骑行时，运动员和自行车整体的向心力为多大； （2）运动员在圆弧段内侧骑行时，若自行车所受的侧向摩擦力恰为零，则自行车对赛道的压力多大； （3）若运动员从直线段的中点出发，以恒定的动力92N 向前骑行，并恰好以12m/s 的速度进入圆弧段内侧赛道，求此过程中运动员和自行车克服阻力做的功。（只在赛道直线段给自行车施加动力）。 【答案】（1）700N;（2）2；（3）521J 【解析】 【分析】 【详解】 （1）运动员和自行车整体的向心力 F n =2(m)M v R + 解得 F n =700N （2）自行车所受支持力为 ()cos45N M m g F += ? 解得 F N 2N 根据牛顿第三定律可知 F 压=F N 2N （3）从出发点到进入内侧赛道运用动能定理可得 W F -W f 克+mgh = 212 mv W F =2 FL h = 1 cos 452 d o =1.9m W f 克=521J 2．在某电视台举办的冲关游戏中，AB 是处于竖直平面内的光滑圆弧轨道，半径 R=1.6m ，BC 是长度为L 1=3m 的水平传送带，CD 是长度为L 2=3.6m 水平粗糙轨道，AB 、CD 轨道与传送带平滑连接，参赛者抱紧滑板从A 处由静止下滑，参赛者和滑板可视为质点，参赛者质量m=60kg ，滑板质量可忽略．已知滑板与传送带、水平轨道的动摩擦因数分别为μ1=0.4、μ2=0.5，g 取10m/s 2.求： （1）参赛者运动到圆弧轨道B 处对轨道的压力； （2）若参赛者恰好能运动至D 点，求传送带运转速率及方向； （3）在第（2）问中，传送带由于传送参赛者多消耗的电能． 【答案】（1）1200N ，方向竖直向下（2）顺时针运转，v=6m/s （3）720J 【解析】 (1) 对参赛者：A 到B 过程，由动能定理 mgR(1－cos 60°)＝12 m 2B v 解得v B ＝4m /s 在B 处，由牛顿第二定律 N B －mg ＝m 2B v R 解得N B ＝2mg ＝1 200N 根据牛顿第三定律：参赛者对轨道的压力 N′B ＝N B ＝1 200N ，方向竖直向下． (2) C 到D 过程，由动能定理 －μ2mgL 2＝0－ 12 m 2C v 解得v C ＝6m /s B 到 C 过程，由牛顿第二定律μ1mg ＝ma 高中物理动能与动能定理练习题及答案一、高中物理精讲专题测试动能与动能定理 1．如图所示，圆弧轨道AB是在竖直平面内的1 4 圆周，B点离地面的高度h=0.8m，该处切 线是水平的，一质量为m=200g的小球（可视为质点）自A点由静止开始沿轨道下滑（不计小球与轨道间的摩擦及空气阻力），小球从B点水平飞出，最后落到水平地面上的D 点．已知小物块落地点D到C点的距离为x=4m，重力加速度为g=10m/s2．求： （1）圆弧轨道的半径 （2）小球滑到B点时对轨道的压力． 【答案】（1）圆弧轨道的半径是5m． （2）小球滑到B点时对轨道的压力为6N，方向竖直向下． 【解析】 （1）小球由B到D做平抛运动，有：h=1 2 gt2 x=v B t 解得： 10 410/ 220.8 B g v x m s h ==?= ? A到B过程，由动能定理得：mgR=1 2 mv B2-0 解得轨道半径R=5m （2）在B点，由向心力公式得： 2 B v N mg m R -= 解得：N=6N 根据牛顿第三定律，小球对轨道的压力N=N=6N，方向竖直向下 点睛：解决本题的关键要分析小球的运动过程，把握每个过程和状态的物理规律，掌握圆周运动靠径向的合力提供向心力，运用运动的分解法进行研究平抛运动． 2．如图所示，在水平轨道右侧固定半径为R的竖直圆槽形光滑轨道，水平轨道的PQ段长度为，上面铺设特殊材料，小物块与其动摩擦因数为，轨道其它部分摩擦不计。水平轨道左侧有一轻质弹簧左端固定，弹簧处于原长状态。可视为质点的质量的小物块从轨道右侧A点以初速度冲上轨道，通过圆形轨道，水平轨道 后压缩弹簧，并被弹簧以原速率弹回，取，求： （1）弹簧获得的最大弹性势能； （2）小物块被弹簧第一次弹回经过圆轨道最低点时的动能； （3）当R满足什么条件时，小物块被弹簧第一次弹回圆轨道时能沿轨道运动而不会脱离轨道。 【答案】（1）10.5J（2）3J（3）0.3m≤R≤0.42m或0≤R≤0.12m 【解析】 【详解】 （1）当弹簧被压缩到最短时，其弹性势能最大。从A到压缩弹簧至最短的过程中，由动 能定理得：?μmgl+W弹＝0?m v02 由功能关系：W弹=-△E p=-E p 解得 E p=10.5J； （2）小物块从开始运动到第一次被弹回圆形轨道最低点的过程中，由动能定理得 ?2μmgl＝E k?m v02 解得 E k=3J； （3）小物块第一次返回后进入圆形轨道的运动，有以下两种情况： ①小球能够绕圆轨道做完整的圆周运动，此时设小球最高点速度为v2，由动能定理得 ?2mgR＝m v22?E k 小物块能够经过最高点的条件m≥mg，解得R≤0.12m ②小物块不能够绕圆轨道做圆周运动，为了不让其脱离轨道，小物块至多只能到达与圆心 等高的位置，即m v12≤mgR，解得R≥0.3m； 设第一次自A点经过圆形轨道最高点时，速度为v1，由动能定理得： ?2mgR＝m v12-m v02 且需要满足m≥mg，解得R≤0.72m， 综合以上考虑，R需要满足的条件为：0.3m≤R≤0.42m或0≤R≤0.12m。 【点睛】 解决本题的关键是分析清楚小物块的运动情况，把握隐含的临界条件，运用动能定理时要注意灵活选择研究的过程。 摩擦力做功 1.无论静摩擦还是动摩擦力，有可能做正功，或者负功，或者不做功。 2一对相互作用的静摩擦力做功的代数和为零 3一对相互作用的滑动摩擦力做功的代数和为负值 4.关于摩擦生热 1）滑动摩擦才生热，静摩擦不生热 2）相互摩擦的两个物体的接触面都“生热”，因此摩擦生热所涉及到的对象应该是相互摩擦的两个物体组成的系统。 3）实质：通过一对相互作用的滑动摩擦力做功，将系统的机械能转化成内能。 即，系统损失的机械能等于系统增加的内能 5.摩擦生热公式： Q热=f×d（d为相互摩擦的两个物体发生的相对路程） （1）当A和B同向运动时，A和B发生的相对路程是d=X A—x B （2）当A和B反向运动时（A向左B向右）A和B发生的相对路程是d=X A＋x B 例1．质量为m的子弹以v0的初速度击中原来静止放在光滑平面上的质量为M 的长木板，当子弹打入金属块的深度为d时，子弹与长木板以共同的速度v m一起运动（即子弹停留在木板中），此时长木板在平面已滑行的距离为S。在子弹打入长木板的过程中，已知子弹与长木板之间的摩擦力为f， 请证明在子弹与木板摩擦的过程中，木板与子弹组成的系统产生的内能（热量）Q=f d 练习1，质量为m 的滑块以v的初速度在粗糙水平地面上滑行，一段距离S后停下来，物体的重力加速度为g，物体与地面之间的摩擦因素为μ，那么在滑行的过程（） A.摩擦力对物体做功为—μmgS，摩擦力对地面做功为0。 B.滑块增加的内能为 2 2 1mv C滑块和地面系统增加的内能总和为 2 2 1mv D滑块和地面系统增加的内能总和为Q=f d 练习2.如图，高度h=5m的光滑曲面的底端和水平传送带相切，传送带两轮的间距很大，传送带顺时针转动，传送带的传送速度为v2=5m/s。质量为m=1kg的物体，曲面上从静止开始下滑，下滑到底端进入水平传送带上，由于两轮的间距很大，所以物体最终在传送带上与传送带保持相对静止的运动，g=10m/s2.，物体与传送带之间的动摩擦因素为μ=0.5，求物体在传送带上运动的过程中，产生的总热量Q 高中物理动能定理的综合应用常见题型及答题技巧及练习题(含答案) 一、高中物理精讲专题测试动能定理的综合应用 1．为了研究过山车的原理，某物理小组提出了下列设想：取一个与水平方向夹角为θ=60°、长为L 1=23m 的倾斜轨道AB ，通过微小圆弧与长为L 2= 3 2 m 的水平轨道BC 相连，然后在C 处设计一个竖直完整的光滑圆轨道，出口为水平轨道上D 处，如图所示.现将一个小球从距A 点高为h =0.9m 的水平台面上以一定的初速度v 0水平弹出，到A 点时小球的速度方向恰沿AB 方向，并沿倾斜轨道滑下.已知小球与AB 和BC 间的动摩擦因数均为μ= 3 ，g 取10m/s 2. （1）求小球初速度v 0的大小； （2）求小球滑过C 点时的速率v C ； （3）要使小球不离开轨道，则竖直圆弧轨道的半径R 应该满足什么条件？ 【答案】（16m/s （2）6m/s （3）0 动能定理练习题（附答案） 1、一质量为1kg 的物体被人用手由静止向上提高1m ，这时物体的速度是2m/s ，求： (1)物体克服重力做功. (2)合外力对物体做功. (3)手对物体做功. 解： (1) m 由A 到B ： G 10J W mgh =-=- 克服重力做功1G G 10J W W ==克 (2) m 由A 到B ，根据动能定理2： 21 02J 2 W mv ∑=-= (3) m 由A 到B ： G F W W W ∑=+ F 12J W ∴= 2、一个人站在距地面高h = 15m 处，将一个质量为m = 100g 的石块以v 0 = 10m/s 的速度斜向上抛出. (1)若不计空气阻力，求石块落地时的速度v . (2)若石块落地时速度的大小为v t = 19m/s ，求石块克服空气阻力做的功W . 解： (1) m 由A 到B ：根据动能定理： 22 1122mgh mv mv =- 20m/s v ∴= (2) m 由A 到B ，根据动能定理3： 22 t 0 1122 mgh W mv mv -=- 1.95J W ∴= 1 不能写成：G 10J W mgh ==. 在没有特别说明的情况下，G W 默认解释为重力所做的功，而在这个过程中重 力所做的功为负. 2 也可以简写成：“m ：A B →： k W E ∑=?”，其中k W E ∑=?表示动能定理. 3 此处写W -的原因是题目已明确说明W 是克服空气阻力所做的功. A 3a 、运动员踢球的平均作用力为200N ，把一个静止的质量为1kg 的球以10m/s 的速度踢出，在水平面上运动60m 后停下. 求运动员对球做的功？ 3b 、如果运动员踢球时球以10m/s 迎面飞来，踢出速度仍为10m/s ，则运动员对球做功为多少？ 解： (3a)球由O 到A ，根据动能定理4： 2 01050J 2W mv =-= (3b)球在运动员踢球的过程中，根据动能定理5： 2211 022 W mv mv =-= 4、在距离地面高为H 处，将质量为m 的小钢球以初速度v 0竖直下抛，落地后，小钢球陷入泥土中的深度为h 求： (1)求钢球落地时的速度大小v . (2)泥土对小钢球的阻力是恒力还是变力? (3)求泥土阻力对小钢球所做的功. (4)求泥土对小钢球的平均阻力大小. 解： (1) m 由A 到B ：根据动能定理： 22 1122 mgH mv mv =- v ∴(2)变力6. (3) m 由B 到C ，根据动能定理： 2f 1 02mgh W mv +=- ()2 f 012W mv m g H h ∴=--+ (3) m 由B 到C ： f cos180W f h =?? 4 踢球过程很短，位移也很小，运动员踢球的力又远大于各种阻力，因此忽略阻力功. 5 结果为0，并不是说小球整个过程中动能保持不变，而是动能先转化为了其他形式的能（主要是弹性势能，然后其他形式的能又转化为动能，而前后动能相等. 6 此处无法证明，但可以从以下角度理解：小球刚接触泥土时，泥土对小球的力为0，当小球在泥土中减速时，泥土对小球的力必大于重力mg ，而当小球在泥土中静止时，泥土对小球的力又恰等于重力mg . 因此可以推知，泥土对小球的力为变力. v m v 'O A → A B → v t v v摩擦力做功和变力做功
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