物理人教版必修二 第七章 第七節(jié)《動能和動能定理》課件

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歡迎進入物理課堂 第七節(jié)動能和動能定理 學習目標 1 明確動能的表達式及其含義 2 會用牛頓定律結合運動學規(guī)律推導出動能定理 3 理解動能定理及其含義 并能利用動能定理解決有關問題 重點難點 對動能定理的理解及應用 一 動能的表達式 自主探究 通過計算外力做的功來探究物體動能的變化 設某物體的質量為m 在與運動方向相同的恒定合力F的作用下發(fā)生的位移為l 速度由v1增加到v2 如圖7 7 1所示 則F做的功為 W Fl 由牛頓第二定律得F ma 由v v 2al得l 代入 式得 W 圖7 7 1 成功發(fā)現1 動能 物體由于 而具有的能 2 表達式 Ek 3 單位 國際單位是 符號為J 1J 1kg m2 s2 1N m 運動 焦耳 動能 代數和 3 適用范圍 1 動能定理既適用于求恒力做功 也適用于求 做功 2 動能定理既適用于直線運動 也適用于 運動 注意 動能定理不涉及物體運動過程中的加速度和時間 應用動能定理時 只需要考慮運動過程中初末狀態(tài)動能的變化量即可 因此應用動能定理處理問題有時比較方便 變力 曲線 1 動能描述的是物體在某一時刻或某一位置所具有的能量狀態(tài) 具有瞬時性 是個狀態(tài)量 2 動能變化量則是指物體的末動能減去初動能 即Ek2 Ek1 描述的是從一個狀態(tài)到另一個狀態(tài)的變化量 即對應一個過程 3 動能是標量且只取正值 而動能變化量有正負之分 Ek 0表示物體的動能增加 Ek 0表示物體的動能減少 4 動能具有相對性 選不同的參考系 因物體速度不同 所以動能也就不同 而動能的變化量與參考系選取無關 關于物體的動能 下列說法中正確的是 A 一個物體的動能可能小于零B 一個物體的動能與參考系的選取無關C 動能相同的物體的速度一定相同D 兩質量相同的物體 動能相同 其速度不一定相同 答案 D 名師點評 動能是標量 總是正值 速度是矢量 既有大小 又有方向 變式訓練1 關于對動能的理解 下列說法錯誤的是 A 動能是機械能的一種表現形式 凡是運動的物體都具有動能B 動能總為正值C 一定質量的物體 動能變化時 速度一定變化 但速度變化時 動能不一定變化D 動能不變的物體 一定處于平衡狀態(tài)答案 D 1 物理意義動能定理揭示了物體動能的變化是通過外力做功的過程 即力對空間的積累 來實現的 并且通過功來量度 即外力對物體做的總功對應著物體動能的變化 若合力做正功 物體動能增加 其他形式的能轉化為動能 若合力做負功 物體動能減少 動能轉化為其他形式的能 動能定理依然表明功與動能變化在數值上是相等的 但是這并不意味著 功就是動能增量 也不是 功轉變成動能 而是揭示了 功是引起物體動能的變化 的原因 2 應用動能定理時應注意的問題 1 該式是標量式 式中的v是相對于同一參考系 一般指相對于地面 2 對單一物體的單一過程 W指合外力做的功 若對某一過程的不同階段 物體受力情況發(fā)生變化 則W應是各力做功的代數和 3 該式不僅適用于恒力做功 也適用于變力做功 4 該式不僅適用于直線運動 也適用于曲線運動 3 動能定理的應用步驟 1 確定研究對象和研究過程 2 對研究對象進行受力分析 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 5 按照動能定理列式求解 斜面AB與水平面夾角 30 B點距水平面的高度h 1m 如圖7 7 2所示 一個質量為m的物體 從斜面底端以初速度v0 10m s沿斜面向上運動 物體與斜面間的動摩擦因數 0 2 且物體脫離斜面以后的運動過程中空氣阻力不計 求物體落到水平面上時的速度vC g取10m s2 圖7 7 2 思路點撥 選全過程研究 摩擦力做的功為總功 答案 9 65m s 規(guī)律總結 應用動能定理時 不必考慮速度方向 對不涉及過程中的問題時 全程應用動能定理列式較為簡單 變式訓練2 將質量m 2kg的金屬小球從離地面H 2m的高處由靜止釋放 落入泥潭并陷入泥中h 5cm深處 不計空氣阻力 g取10m s2 求泥潭對金屬小球的平均阻力大小 圖7 7 3 答案 820N 1 動能定理與牛頓定律解題的比較 2 應用動能定理的優(yōu)越性 1 應用動能定理解題不涉及加速度 時間和矢量運算 運算簡單不易出錯 2 應用動能定理只考慮合外力做功和初 末兩個狀態(tài)的動能 并且可以把不同的運動過程合并為一個全過程來處理 不用考慮過程的細節(jié) 3 一般情況下 由牛頓運動定律和運動學規(guī)律能夠求解的問題 用動能定理也可以求解 并且更為簡捷 一架噴氣式飛機 質量m 5 103kg 起飛過程中從靜止開始勻加速滑行的路程為x 5 3 102m時 達到起飛速度v 60m s 在此過程中飛機受到的平均阻力是飛機重力的k倍 k 0 02 求飛機受到的牽引力 思路點撥 飛機從靜止開始做勻加速運動 所以可用牛頓運動定律和運動學公式求解 也可用動能定理求解 答案 1 8 104N 變式訓練3 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s1 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s2應為 A 6 4mB 5 6mC 7 2mD 10 8m 動能定理求解變力做功前面已經介紹了變力做功計算的四種方法 這四種方法從某種意義說都是在已知力和位移的條件下 應用功的公式求解 若物體在變力作用下初 末狀態(tài)已知 應用動能定理求該力做的功較為簡便 這也是計算變力做功的常用方法 經典案例 如圖7 7 4所示 一質量為m的小球 用長為l的輕繩懸掛于O點 小球在水平力F作用下 從平衡位置P點很緩慢地移到Q點 則力F所做的功為 圖7 7 4 A mglcos B Flsin C mgl 1 cos D Flcos 審題指導 因為是一緩慢過程 故小球時刻處于平衡狀態(tài) 又因為力F為變力 無法利用功的定義式求解 但可應用動能定理求解 解題樣板 由動能定理得WF WG 0又WG mgl 1 cos 所以WF mgl 1 cos C正確 答案 C 題后警示 1 變力做功一般不能直接用功的公式求解 可應用動能定理求解 2 所求的變力的功可以是合功 也可以是其中一個力的功 但動能定理中 合力的功才等于動能增量 3 待求變力的功一般用符號W表示 但要分清是變力的功 還是克服此變力的功 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