2018-2019高中物理 第七章 機(jī)械能守恒定律 7.7 動(dòng)能和動(dòng)能定理課件 新人教版必修2.ppt

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7.動(dòng)能和動(dòng)能定理,一、認(rèn)識(shí)動(dòng)能,物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能叫作_____。,動(dòng)能,二、探究動(dòng)能與哪些因素有關(guān),1.定性分析:(1)讓同一鐵球從不同的高度滾下,可以看到:高度___時(shí)球把木塊推得___,對(duì)木塊做的功___。(2)讓質(zhì)量不同的鐵球從同一高度滾下,可以看到:_______的鐵球把木塊推得遠(yuǎn),對(duì)木塊做的功___。(3)結(jié)論:影響動(dòng)能的因素有_____與_____。,大,遠(yuǎn),多,質(zhì)量大,多,速度,質(zhì)量,2.定量分析:光滑水平面上停有兩木塊,質(zhì)量m1=3kg,m2=6kg。現(xiàn)依次用力F1=6N與F2=24N分別作用在兩物塊上,各自移動(dòng)x=4m,分別計(jì)算完成下表。,(1)外力做的功W與mv2是_____的。(2)動(dòng)能的表達(dá)式:Ek=mv2。(3)單位:焦耳(J)。(4)動(dòng)能是_____,_____量。,相等,標(biāo)量,狀態(tài),三、探究動(dòng)能定理,1.推導(dǎo)過(guò)程:,ma,2.內(nèi)容:在一個(gè)過(guò)程中外力對(duì)物體做的_____,等于物體在這個(gè)過(guò)程中___________。3.表達(dá)式:W=。,總功,動(dòng)能的變化,【思考辨析】(1)凡是運(yùn)動(dòng)的物體都具有動(dòng)能。()(2)一定質(zhì)量的物體,動(dòng)能變化時(shí),速度一定變化,但速度變化時(shí),動(dòng)能不一定變化。()(3)動(dòng)能不變的物體,一定處于平衡狀態(tài)。()(4)合力做正功,物體動(dòng)能可能減小。(),(5)運(yùn)動(dòng)物體所受的合外力為零,則物體的動(dòng)能肯定不變。()(6)物體做變速運(yùn)動(dòng),合外力一定不為零,動(dòng)能一定變化。(),(7)若合外力對(duì)物體做功為零,則合外力一定為零。()(8)物體的合外力做功,它的速度大小一定發(fā)生變化。(),提示:(1)√。動(dòng)能是物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量,故運(yùn)動(dòng)的物體都具有動(dòng)能。(2)√。速度的變化可能是大小的變化,也可能是方向的變化。(3)。動(dòng)能不變的物體,速度方向可能改變,不一定處于平衡狀態(tài)。(4)。合力做正功時(shí),動(dòng)能肯定增加。,(5)√。合力做功為零時(shí),物體動(dòng)能的變化為零。(6)。合外力不為零時(shí),做功可能為零,動(dòng)能可能不變。(7)。若合外力對(duì)物體做功為零,則合外力不一定為零。(8)√。物體合外力做功,它的動(dòng)能一定變化,速度也一定變化。,一對(duì)動(dòng)能與動(dòng)能定理的理解考查角度1對(duì)動(dòng)能的理解【典例1】下面有關(guān)動(dòng)能的說(shuō)法正確的是(),A.物體只有做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),動(dòng)能才不變B.物體做平拋運(yùn)動(dòng)時(shí),水平方向速度不變,物體的動(dòng)能也不變C.物體做自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí),重力做功,物體的動(dòng)能增加D.物體的動(dòng)能變化時(shí),速度不一定變化;速度變化時(shí),動(dòng)能一定變化,【解析】選C。物體只要速率不變,動(dòng)能就不變,故A錯(cuò)誤;動(dòng)能是標(biāo)量,不能分解,做平拋運(yùn)動(dòng)的物體動(dòng)能逐漸增大,故B錯(cuò)誤;物體做自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí),其合力等于重力,重力做正功,物體的動(dòng)能增加,故C正確;物體的動(dòng)能變化時(shí),速度一定變化,速度變化時(shí),動(dòng)能不一定變化,故D錯(cuò)誤。,【核心歸納】1.動(dòng)能的“三性”:(1)相對(duì)性:選取不同的參考系,物體的速度不同,動(dòng)能也不同,一般以地面為參考系。(2)標(biāo)量性:動(dòng)能是標(biāo)量,沒(méi)有方向。(3)狀態(tài)量:動(dòng)能是表征物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量,與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(或某一時(shí)刻)的速度相對(duì)應(yīng)。,2.動(dòng)能與速度的三種關(guān)系:(1)數(shù)值關(guān)系:Ek=mv2,速度v越大,動(dòng)能Ek越大。(2)瞬時(shí)關(guān)系:動(dòng)能和速度均為狀態(tài)量,二者具有瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系。,(3)變化關(guān)系:動(dòng)能是標(biāo)量,速度是矢量。當(dāng)動(dòng)能發(fā)生變化時(shí),物體的速度(大小)一定發(fā)生了變化,當(dāng)速度發(fā)生變化時(shí),可能僅是速度方向的變化,物體的動(dòng)能可能不變。,【易錯(cuò)提醒】動(dòng)能不變的物體不一定處于平衡狀態(tài)。如物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng),其動(dòng)能不變,但速度的方向不斷變化,物體處于非平衡狀態(tài)。,考查角度2對(duì)動(dòng)能定理的理解【典例2】關(guān)于運(yùn)動(dòng)物體所受的合外力、合外力做的功及動(dòng)能變化的關(guān)系,下列說(shuō)法正確的是,A.合外力為零,則合外力做功一定為零B.合外力做功為零,則合外力一定為零C.合外力做功越多,則動(dòng)能一定越大D.動(dòng)能不變,則物體合外力一定為零,【解題探究】(1)合力做的功與哪些因素有關(guān)?提示:合力、位移、合力與位移的夾角。(2)物體動(dòng)能的變化原因是什么?提示:合力做功。,【解析】選A。由W=Flcosα可知,物體所受合外力為零,合外力做功一定為零,但合外力做功為零,可能是α=90,故A正確,B錯(cuò)誤;由動(dòng)能定理W=ΔEk可知,合外力做功越多,動(dòng)能變化量越大,但動(dòng)能不一定越大。動(dòng)能不變,合外力做功為零,但物體合外力不一定為零,C、D均錯(cuò)誤。,【核心歸納】關(guān)于動(dòng)能定理的幾點(diǎn)說(shuō)明(1)W的含義:包含物體重力在內(nèi)的所有外力所做功的代數(shù)和。,(2)W與ΔEk的關(guān)系:合力做功是引起物體動(dòng)能變化的原因。合力對(duì)物體做正功,即W>0,ΔEk>0,表明物體的動(dòng)能增大;合力對(duì)物體做負(fù)功,即W<0,ΔEkEk2,即甲物體獲得的動(dòng)能比乙大,C正確,D錯(cuò)誤。,【補(bǔ)償訓(xùn)練】1.(多選)改變汽車的質(zhì)量和速度大小,都能使汽車的動(dòng)能發(fā)生變化,則下列說(shuō)法中正確的是()A.質(zhì)量不變,速度增大到原來(lái)的2倍,動(dòng)能增大為原來(lái)的2倍B.速度不變,質(zhì)量增大到原來(lái)的2倍,動(dòng)能增大為原來(lái)的2倍,C.質(zhì)量減半,速度增大到原來(lái)的4倍,動(dòng)能增大為原來(lái)的2倍D.速度減半,質(zhì)量增大到原來(lái)的4倍,動(dòng)能不變,【解析】選B、D。動(dòng)能Ek=mv2,所以質(zhì)量m不變,速度v增大為原來(lái)的2倍時(shí),動(dòng)能Ek增大為原來(lái)的4倍,A錯(cuò)誤;當(dāng)速度不變,質(zhì)量m增大為原來(lái)的2倍時(shí),動(dòng)能Ek也增大為原來(lái)的2倍,B正確;若質(zhì)量減半,速度增大為原來(lái)的4倍,則動(dòng)能增大為原來(lái)的8倍,C錯(cuò)誤;速度v減半,質(zhì)量增大為原來(lái)的4倍,則Ek′=4m()2=mv2=Ek,即動(dòng)能不變,D正確。,2.物體在合外力作用下做直線運(yùn)動(dòng)的v-t圖象如圖所示,下列表述正確的是(),A.在0～1s內(nèi),合外力做正功B.在0～2s內(nèi),合外力總是做負(fù)功C.在1～2s內(nèi),合外力不做功D.在0～3s內(nèi),合外力總是做正功,【解析】選A。由v-t圖知0～1s內(nèi),v增加,動(dòng)能增加,由動(dòng)能定理可知、合外力做正功,A正確。1～2s內(nèi)v減小,動(dòng)能減小,合外力做負(fù)功,可見(jiàn)B、C、D錯(cuò)誤。,二動(dòng)能定理的應(yīng)用考查角度1用動(dòng)能定理求解動(dòng)力學(xué)問(wèn)題【典例1】(多選)如圖所示,從地面上A處豎直向上拋一質(zhì)量為m的小球,小球上升到B點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能與小球上升到最高點(diǎn)后返回至C點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能相等,B點(diǎn)離地面高度為h,C點(diǎn)離地面高度為?？諝庾枇=0.1mg,大小不變,重力加速度為g,則(),A.小球上升的最大高度為2hB.小球上升的最大高度為4hC.小球下落過(guò)程中從B點(diǎn)到C點(diǎn)動(dòng)能的增量為mghD.小球下落過(guò)程中從B點(diǎn)到C點(diǎn)動(dòng)能的增量為mgh,【解析】選B、C。設(shè)小球由B點(diǎn)再上升h′到達(dá)最高點(diǎn),對(duì)小球上升到B點(diǎn)與返回至C點(diǎn)之間的過(guò)程由動(dòng)能定理得,mgh-0.1mg=0,解得h′=3h,所以小球上升的最大高度H=h+h′=4h,B正確;下落過(guò)程中小球從B點(diǎn)到C點(diǎn)動(dòng)能的增量C正確。,【核心歸納】1.動(dòng)能定理公式中“=”體現(xiàn)的“三個(gè)關(guān)系”:,2.“一個(gè)參考系”:高中階段動(dòng)能定理中的位移和速度應(yīng)以地面或相對(duì)地面靜止的物體為參考系。3.應(yīng)用動(dòng)能定理解題不涉及加速度、時(shí)間,不涉及矢量運(yùn)算,運(yùn)算簡(jiǎn)單,不易出錯(cuò)。,4.動(dòng)力學(xué)問(wèn)題兩種解法的比較:,【易錯(cuò)提醒】動(dòng)能定理的表達(dá)式是一個(gè)標(biāo)量方程,但在應(yīng)用動(dòng)能定理時(shí),需要明確各力做功的正、負(fù)。,考查角度2應(yīng)用動(dòng)能定理分析多過(guò)程問(wèn)題【典例2】如圖所示裝置由AB、BC、CD三段軌道組成,軌道交接處均由很小的圓弧平滑連接①,其中軌道AB、CD段是光滑②的,水平軌道BC的長(zhǎng)度s=5m,軌道CD足夠長(zhǎng)③且傾角θ=37,A、D兩點(diǎn)離軌道BC的高度分別為h1=4.30m、h2=1.35m?，F(xiàn)讓質(zhì)量為m的小滑塊自,A點(diǎn)由靜止釋放,已知小滑塊與軌道BC間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5,重力加速度g取10m/s2,sin37=0.6,cos37=0.8。求:,(1)小滑塊第一次④到達(dá)D點(diǎn)時(shí)的速度大小。(2)小滑塊最終停止的位置距B點(diǎn)的距離。,【審答規(guī)范】第一步:規(guī)范審題,(1)小滑塊從A→B→C→D過(guò)程中,由動(dòng)能定理得mg(h1-h2)-μmgs=-0將h1、h2、s、μ、g代入得:vD=3m/s。,(2)對(duì)小滑塊運(yùn)動(dòng)全過(guò)程應(yīng)用動(dòng)能定理,設(shè)小滑塊在水平軌道上運(yùn)動(dòng)的總路程為s總。有:mgh1=μmgs總將h1、μ代入得:s總=8.6m故小滑塊最終停止的位置距B點(diǎn)的距離為2s-s總=1.4m。答案:(1)3m/s(2)1.4m,【核心歸納】(1)當(dāng)題目中不涉及a和t,而涉及F、l、m、v等物理量時(shí),優(yōu)先考慮使用動(dòng)能定理。(2)當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)包含多個(gè)不同過(guò)程時(shí),可分段應(yīng)用動(dòng)能定理求解;當(dāng)所求解的問(wèn)題不涉及中間過(guò)程的速度時(shí),也可以全過(guò)程應(yīng)用動(dòng)能定理求解。,【過(guò)關(guān)訓(xùn)練】1.(拓展延伸)在【典例2】中,若將兩斜面改為曲面,如圖所示,其中BC水平,A點(diǎn)比BC高出10m,BC長(zhǎng)1m,AB和CD軌道光滑且與BC平滑連接。一質(zhì)量為1kg的物體,從A點(diǎn)以4m/s的速度開(kāi)始運(yùn)動(dòng),經(jīng)過(guò)BC后滑到高出C點(diǎn)10.3m的D點(diǎn)速度為零。(g取10m/s2)求:,(1)物體與BC軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)。(2)物體第5次經(jīng)過(guò)B點(diǎn)時(shí)的速度。(3)物體最后停止的位置距B點(diǎn)多少米。,【解析】(1)由動(dòng)能定理得-mg(h-H)-μmgsBC=0-解得:μ=0.5。,(2)物體第5次經(jīng)過(guò)B點(diǎn)時(shí),物體在BC上滑動(dòng)了4次,由動(dòng)能定理得mgH-μmg4sBC=解得:v2=4m/s≈13.3m/s。,(3)分析整個(gè)過(guò)程,由動(dòng)能定理得mgH-μmgs=0-解得:s=21.6m。所以物體在軌道上來(lái)回運(yùn)動(dòng)了10次后,還有1.6m,故距B點(diǎn)的距離為2m-1.6m=0.4m。答案:(1)0.5(2)13.3m/s(3)0.4m,2.(2018全國(guó)卷Ⅱ)如圖,某同學(xué)用繩子拉動(dòng)木箱,使它從靜止開(kāi)始沿粗糙水平路面運(yùn)動(dòng)至具有某一速度。木箱獲得的動(dòng)能一定(),A.小于拉力所做的功B.等于拉力所做的功C.等于克服摩擦力所做的功D.大于克服摩擦力所做的功,【解析】選A。根據(jù)動(dòng)能定理可得:WF+Wf=Ek,又知道摩擦力做負(fù)功,即Wf<0,所以木箱獲得的動(dòng)能一定小于拉力所做的功,選項(xiàng)A正確、B錯(cuò)誤;根據(jù)WF+Wf=Ek,無(wú)法確定Ek與-Wf的大小關(guān)系,選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。,【補(bǔ)償訓(xùn)練】1.如圖所示,ABCD是一條長(zhǎng)軌道,其中AB段是傾角為θ的斜面,CD段是水平的,BC是與AB和CD都相切的一段圓弧,其長(zhǎng)度可以略去不計(jì)。一質(zhì)量為m的小滑塊從A點(diǎn)由靜止滑下,最后停在D點(diǎn),現(xiàn)用一沿著,軌道方向的拉力拉滑塊,使它緩緩地由D點(diǎn)回到A點(diǎn),則拉力對(duì)滑塊做的功等于(設(shè)滑塊與軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ)()A.mghB.2mghC.μmg(l+)D.μmgl+μmghcotθ,【解析】選B。由A到D,滑塊先在斜面上加速,后在水平面上減速停下。在整個(gè)過(guò)程中,重力做正功WG=mgh,摩擦力做功為Wf,支持力始終不做功。全程由動(dòng)能定理有mgh+Wf=0①由D返回A,設(shè)拉力做功WF,摩擦力做功仍為,Wf,重力做功為WG′=-mgh由動(dòng)能定理,得WF+Wf-mgh=0②由①②得:WF=2mgh。,2.如圖所示,小物塊從傾角為θ的傾斜軌道上A點(diǎn)由靜止釋放滑下,最終停在水平軌道上的B點(diǎn),小物塊與水平軌道、傾斜軌道之間的動(dòng)摩擦因數(shù)均相同,A、B兩點(diǎn)的連線與水平方向的夾角為α,不計(jì)物塊在軌道轉(zhuǎn)折時(shí)的機(jī)械能損失,則動(dòng)摩擦因數(shù)大小為(),A.tanθB.tanαC.tan(θ+α)D.tan(θ-α),【解析】選B。如圖所示,設(shè)B、O間距為s1,A點(diǎn)離水平面的高度為h,A、O間的水平距離為s2,物塊的質(zhì)量為m。,在物塊下滑的全過(guò)程中,應(yīng)用動(dòng)能定理可得:mgh-μmgcosθ-μmgs1=0,解得:μ==tanα,故B正確。,3.(2018成都月考)如圖所示,斜面的傾角為θ,質(zhì)量為m的滑塊距擋板P的距離為x0,滑塊以初速度v0沿斜面上滑,滑塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,滑塊所受摩擦力小于重力沿斜面向下的分力。若滑塊每次與擋板相碰均無(wú)機(jī)械能損失,則滑塊經(jīng)過(guò)的總路程是(),【解析】選A。滑塊最終要停在斜面底部,設(shè)滑塊經(jīng)過(guò)的總路程為x,對(duì)滑塊運(yùn)動(dòng)的全程應(yīng)用動(dòng)能定理:mgx0sinθ-μmgxcosθ=0-,解得x=,選項(xiàng)A正確。,【拓展例題】考查內(nèi)容:利用動(dòng)能定理求變力做功【典例】如圖所示,質(zhì)量為m的小球用長(zhǎng)L的細(xì)線懸掛而靜止在豎直位置?，F(xiàn)用水平拉力F將小球緩慢拉到細(xì)線與豎直方向成θ角的位置。在此過(guò)程中,拉力F做的功為()A.FLcosθB.FLsinθC.FL(1-cosθ)D.mgL(1-cosθ),【正確解答】選D。在小球緩慢上升過(guò)程中,拉力F為變力,此變力F做的功可用動(dòng)能定理求解。由WF-mgL(1-cosθ)=0得:WF=mgL(1-cosθ),故D正確。,