高中物理教科版必修二課件：第4章第4節(jié)《動能和動能定理》

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歡迎進入物理課堂 第4節(jié)動能動能定理 核心要點突破 課堂互動講練 知能優(yōu)化訓練 第4節(jié) 課前自主學案 課標定位 課標定位 應用 1 運用動能定理解決實際問題 2 求解變力做功問題 理解 1 動能定理及其推導過程 2 做功過程的實質 認識 1 動能及其表達式 2 動能定理內容 公式 課前自主學案 運動 3 單位 與功的單位相同 國際單位為 1J 4 物理量特點 1 具有瞬時性 是狀態(tài)量 2 具有相對性 選取不同的參考系 同一物體的動能一般不同 一般是指相對于地面的 3 是標量 沒有方向 Ek 0 焦耳 1N m 1kg m2 s2 max 2 實驗驗證 1 實驗裝置 應用必修1中 探究a與F m之間的定量關系 的實驗裝置 如圖4 4 2所示 圖4 4 2 2 實驗原理 從打出的紙帶及拉力F與小車質量的數(shù)據(jù)進行分析 利用紙帶測量數(shù)據(jù) 計算小車打下各計數(shù)點時的 進而驗證小車運動到打下各計數(shù)點過程中合外力對它做的功W與 的相等關系 瞬時速度 動能增加 Ek Ek2 Ek1 說明 a 式中W為 它等于各力做功的 b 如果外力做正功 物體的 外力做負功 物體的 3 適用范圍 不僅適用 做功和 運動 也適用于 做功和 運動情況 合力所做的功 代數(shù)和 動能增加 動能減少 恒力 直線 變力 曲線 思考感悟一個物體如果在運動過程中 其動能保持不變 則這個物體一定做勻速直線運動 這種看法正確嗎 核心要點突破 一 對動能定理的理解1 W的含義 包含重力在內的所有外力所做的功 2 W的求法 動能定理中的W表示的是合力的功 可以應用W F合 xcos 僅適用于恒定的合外力 計算 還可以先求各個力的功再求其代數(shù)和W W1 W2 Wn W雖然是標量 但有正負 求和時數(shù)值連同正負號一并代入 3 W與 Ek的關系 合外力做功是引起物體動能變化的原因 動能變化的多少要靠合力做功的數(shù)值來度量 動能定理反映了合外力做功過程的實質是其他形式的能和動能的相互轉化 只不過其他形式的能并不出現(xiàn) 而以外力做功的形式來出現(xiàn) 4 相似關系對比 特別提醒 1 W為合力的功或各個外力做功的代數(shù)和 有正 負之分 2 注意 Ek Ek末 Ek初 順序不可顛倒 即時應用 即時突破 小試牛刀 1 下列關于運動物體所受合力做功和動能變化的關系正確的是 A 如果物體所受合力為零 則合力對物體做的功一定為零B 如果合力對物體所做的功為零 則合力一定為零C 物體在合力作用下做變速運動 動能一定發(fā)生變化D 物體的動能不變 所受合力一定為零 解析 選A 物體所受合力為零 則合力做功為零 物體的動能變化為零 但如果物體所受合力不為零 合力對物體做功也可能為零 動能變化為零 如勻速圓周運動 故A正確 二 動能定理的應用1 應用動能定理解題的步驟 1 確定研究對象和研究過程 2 對研究對象進行受力分析 研究對象以外的物體施于研究對象的力都要分析 含重力 3 寫出該過程中合外力做的功 或分別寫出各個力做的功 注意功的正負 如果研究過程中物體受力情況有變化 要分別寫出該力在各個階段做的功 4 寫出物體的初 末動能 注意動能增量是末動能減初動能 5 按照動能定理列式求解 2 應用動能定理的優(yōu)越性 1 對于變力作用或曲線運動 動能定理提供了一種計算變力做功的簡便方法 功的計算公式W Fxcos 只能求恒力做的功 不能求變力的功 而由于動能定理提供了一個物體的動能變化 Ek與合外力對物體所做功具有等量代換關系 因此已知 或求出 物體的動能變化 Ek Ek2 Ek1 就可以間接求得變力做功 2 與用牛頓定律解題的比較 兩種思路對比可以看出應用動能定理解題不涉及加速度 時間 不涉及矢量運算 運算簡單不易出錯 特別提醒 動能定理雖然是在物體受恒力作用 沿直線做勻加速直線運動的情況下推導出來的 但是對于外力是變力或物體做曲線運動 動能定理都成立 三 動能定理在多過程或多個物體問題中的應用1 動能定理在多過程問題中的應用 1 對于多個物理過程要仔細分析 將復雜的過程分割成一個一個子過程 分別對每個過程分析 得出每個過程遵循的規(guī)律 當每個過程都可以運用動能定理時 可以選擇分段或全程應用動能定理更簡單 方便 2 應用全程法解題求功時 有些力不是全過程都作用的 必須根據(jù)不同的情況分別對待 弄清楚物體所受的力在哪段位移上做功 哪些力做功 做正功還是負功 正確寫出總功 2 動能定理在兩個 或多個 相互關聯(lián)的物體系統(tǒng)中的應用 1 從嚴格意義上講課本上講的動能定理是質點的動能定理 即質點動能的增量等于作用于質點的合外力所做的功 對于由相互作用的若干質點組成的系統(tǒng) 動能的增量在數(shù)值上等于一切外力所做的功與一切內力所做功的代數(shù)和 稱為系統(tǒng)動能定理 2 由于作用力與反作用力的功代數(shù)和不一定等于零 所以對于系統(tǒng)只考慮外力做功而應用動能定理很可能要犯錯 所以往往把系統(tǒng)內各質點隔離分析 分別應用動能定理比較合適 即時應用 即時突破 小試牛刀 圖4 4 43 如圖4 4 4所示 AB為1 4圓弧軌道 BC為水平直軌道 圓弧的半徑為R BC的長度也是R 一質量為m的物體與兩個軌道間的動摩擦因數(shù)都是 當它由軌道頂端A從靜止開始下落 恰好運動到C處停止 那么物體在AB段克服摩擦力做的功為多少 解析 在全過程應用動能定理可得 mgR WAB mgR 0解得WAB 1 mgR 答案 1 mgR 課堂互動講練 一輛汽車以v1 6m s的速度沿水平路面行駛時 急剎車后能滑行x1 3 6m 如果以v2 8m s的速度行駛 在同樣路面上急剎車后滑行的距離x2應為 A 6 4mB 5 6mC 7 2mD 10 8m 思路點撥 急剎車后 車只受摩擦力的作用 且兩種情況下摩擦力大小是相等的 汽車的末速度是零 可由動能定理列出方程求解 答案 A 方法總結 本題中的合外力為恒力 還可用牛頓運動定律求解 但在變力作用的情況下 牛頓運動定律就不能使用了 而動能定理仍可使用 變式訓練1有一質量為m的木塊 從半徑為r的圓弧曲面上的a點滑向b點 如圖4 4 5所示 如果由于摩擦使木塊的運動速率保持不變 則以下敘述正確的是 A 木塊所受的合外力為零B 因木塊所受的力都不對其做功 所以合外力的功為零C 重力和摩擦力的功為零D 重力和摩擦力的合力為零 圖4 4 5 解析 選C 物體做曲線運動 速度方向變化 加速度不為零 合外力不為零 A錯 速率不變 動能不變 由動能定理知 合外力做功為零 支持力始終不做功 重力做正功 所以重力做的正功與阻力做的負功代數(shù)和為零 但重力和阻力的合力不為零 C對 B D錯 如圖4 4 6所示 一半徑為R的光滑圓弧軌道與水平面相切 一小球與圓弧軌道的底端相距為x 現(xiàn)給小球一初速度 它恰能通過圓弧軌道的最高點 已知小球與水平面的動摩擦因數(shù)為 求小球初速度的大小 圖4 4 6 思路點撥 小球恰能通過圓弧軌道的最高點 說明小球在最高點時只有重力提供向心力 根據(jù)動能定理求解 方法總結 本題是動能定理與圓周運動的綜合題 關鍵是小球恰能通過圓弧軌道最高點這一隱含條件的挖掘 本題也可以水平運動 圓弧運動分段列式 但不如全程應用動能定理簡便 變式訓練2如圖4 4 7所示 有一個質量為m 0 05kg的小滑塊靜止在高度h 1 25m的水平桌面上 小滑塊到桌子右邊緣的距離s 1 0m 小滑塊與桌面間的動摩擦因數(shù) 0 35 重力加速度g 10m s2 現(xiàn)給小滑塊一個瞬間作用力 使其以v0 4 0m s的初速度沿水平桌面向右滑動 不計空氣阻力 求 小滑塊經(jīng)多長時間落地 圖4 4 7 答案 0 79s 知能優(yōu)化訓練 本部分內容講解結束 點此進入課件目錄 按ESC鍵退出全屏播放 謝謝使用 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全