【新人教版】高中物理 必修二 8.3 动能和动能定理 课件 （25张PPT）

(共25张PPT)
8.3 动能和动能定理
新人教版 必修二
1.通过力对物体做功的分析确定动能的表达式，加深对功能关系的理解。
2.能够从功的表达式、牛顿第二定律与运动学公式推导出动能定理。
3.理解动能定理。能用动能定理解释生产生活中的现象或者解决实际问题。
学习目标
引入
物体的动能跟物体的质量和速度都有关系。物体的质量越大，速度越大，它的动能就越大。炮弹在炮筒内推力的作用下速度越来越大，动能增加。这种情况下推力对物体做了功。
你还能举出其他例子，说明动能和力做的功有关吗？这对于定量研究动能有什么启发呢？
一、动能的表达式
F
v1
F
v2
l
光滑水平面上，质量为m的物体，在与运动方向总相同的恒力F 的作用下发生一段位移l，速度由v1增加到v2。试寻求这个过程中外力做的功与动能的关系。
情景
G
FN
1．外力对物体做的功是多大？
2．物体的加速度是多大？
3．物体的初速度、末速度、位移之间有什么关系？
4．结合上述三式能推导出什么关系式？
F
v1
F
v2
l
情景
G
FN
F
v1
F
v2
l
情景
G
FN
初态和末态的表达式均为“ ”，这个“ ”代表什么？
PART 01
动能
表达式：
单位：焦耳（J） 1 J＝1 kg·m2·s－2
定义：物体由于运动而具有的能量。
动能
（1）动能具有相对性，参考系不同，所以动能也不同，在没有特别指明时，一般都以地面为参考系
（2）动能具有瞬时性，动能是状态量，对应物体在某一时刻的运动状态，速度变化时，动能不一定变化，但动能变化时，速度一定变化。
（3）物体的动能与速度的大小有关，而与速度的方向无关，动能是标量，且恒为正值。
一、动能的表达式
2016年8月16日，我国成功发射首颗量子科学实验卫星“墨子号”，它的质量为631 kg，某时刻它的速度大小为 7.6 km/s，此时它的动能是多少？
PART 01
思考 与讨论
二、动能定理
外力的总功
末状态动能
初状态动能
动能变化和某一过程（始末状态）相对应。
1、合外力做功。
2、外力做功代数和。
Ek2
Ek1
W合＝
－
力在一个过程中对物体所做的功，等于物体在这个过程中动能的变化。
对动能定理的理解：
（1）合力对物体做的功的理解
等式左边的功与右边的动能都是标量
（2）标量性
（3）对定理中“变化”一词的理解
①W合＞0， Ek2 Ek1 ， △ Ek 0
②W合＜0， Ek2 Ek1 ， △ Ek 0
＞
＞
＜
＜
合外力做正功则物体动能增加
合外力做负功则物体动能减少
二、动能定理
（4）状态与过程的理解
既适用于恒力做功，也适合于变力做功。
既适合于直线运动，也适合于曲线运动。
（5）适用范围
功是过程量
动能是状态量
动能定理表示了过程量等于状态量的变化量的关系
对动能定理的理解：
二、动能定理
例一架喷气式飞机，质量 m 为 7.0×104kg，起飞过程中从静止开始滑跑。当位移达到 2.5×103m 时，速度达到起飞速度 80 m/s。在此过程中，飞机受到的平均阻力是飞机所受重力的 1/50 。g取 10 m/s2，求飞机平均牵引力的大小。
分析： 本题已知飞机滑跑过程的始、末速度，因而能够知道它在滑跑过程中增加的动能。根据动能定理，动能的增加等于牵引力做功和阻力做功的代数和。
如图2，在整个过程中，牵引力对飞机做正功、阻力做负功。由于飞机的位移和所受阻力已知，因而可以求得牵引力的大小。
例一架喷气式飞机，质量 m 为 7.0×104kg，起飞过程中从静止开始滑跑。当位移达到 2.5×103m 时，速度达到起飞速度 80 m/s。在此过程中，飞机受到的平均阻力是飞机所受重力的 1/50 。g取 10 m/s2，求飞机平均牵引力的大小。
解： 以飞机为研究对象， 设飞机滑跑的方向为x轴正方向。飞机的初动能Ek1＝0，末动能 ，合力 F 做的功
根据动能定理 ,有
由于
把数值代入后得
飞机平均牵引力的大小是 1.04×105N。
(1)选取研究对象(通常是单个物体),明确它的运动过程。（定对象，选过程）
(2)对研究对象进行受力分析,明确各力做功的情况, 求出各力做功的代数和。（析受力，算总功）
(3)明确物体在初、末状态的动能Ek1、Ek2。（定初末，确动能）
(4)列出动能定理的方程W=Ek2-Ek1,结合其他必要的关系方程求解。（列方程，细求解）
应用动能定理解题的一般步骤
例 人们有时用“打夯”的方式把松散的地面夯实。设某次打夯符合以下模型：两人同时通过绳子对重物各施加一个力，力的大小均为320 N，方向都与竖直方向成37°，重物离开地面30 cm后人停止施力，最后重物自由下落把地面砸深2 cm。已知重物的质量为50 kg， g取10 m/s2， cos 37°＝0.8。求：（1）重物刚落地时的速度是多大？
（2）重物对地面的平均冲击力是多大？
分析 如图，甲表示重物在地面上受到人的作用力，乙表示上升30 cm后人停止施力，丙表示刚落地，丁表示砸深地面2 cm后静止。重物落地时的速度，即丙中重物的速度，可以对从甲至丙这一
过程应用动能定理来求解。重物对地面冲击力的大小与
从丙至丁这一过程中重物所受阻力的大小相等，可以对
这一过程应用动能定理来求解。
例 人们有时用“打夯”的方式把松散的地面夯实。设某次打夯符合以下模型：两人同时通过绳子对重物各施加一个力，力的大小均为320 N，方向都与竖直方向成37°，重物离开地面30 cm后人停止施力，最后重物自由下落把地面砸深2 cm。已知重物的质量为50 kg， g取10 m/s2， cos 37°＝0.8。求：（1）重物刚落地时的速度是多大？
（2）重物对地面的平均冲击力是多大？
解 （1）两根绳子对重物的合力
F合＝ 2 F cos 37°＝2×320×0.8 N＝512 N
由甲至丙只有绳子的拉力做功，应用动能定理可得
例 人们有时用“打夯”的方式把松散的地面夯实。设某次打夯符合以下模型：两人同时通过绳子对重物各施加一个力，力的大小均为320 N，方向都与竖直方向成37°，重物离开地面30 cm后人停止施力，最后重物自由下落把地面砸深2 cm。已知重物的质量为50 kg， g取10 m/s2， cos 37°＝0.8。求：（1）重物刚落地时的速度是多大？
（2）重物对地面的平均冲击力是多大？
解
（2）由丙到丁的过程中，应用动能定理可得
重物落地时的速度大小为2.5 ｍ/s，对地面的平均冲击力的大小为8.3 × 103 Ｎ
本课小结
1．定义：物体由于运动而具有的能，叫动能
2．公式：
3．动能是标量，是状态量
4．单位：焦（J）
1．内容：合外力所做的功等于物体动能的变化
2．表达式：
3．解题步骤：
（1）定对象，选过程；
（2）析受力，算总功；
（3）知运动，定初末；
（4）列方程，细求解。
动能定理
动能
动能
动能定理
当堂检测
1.关于动能的理解，下列说法正确的是（　　）
A.动能是普遍存在的机械能的一种基本形式，运动物体都具有动能
B.公式Ek= mv2中，v是物体相对于地面的速度，且动能总是正值
C.一定质量的物体，动能变化时，速度一定变化，但速度变化时，动能不一定变化
D.动能不变的物体，一定处于平衡状态
AC
D
2. 关于动能定理的表达式W=Ek2-Ek1，下列说法正确的是（　　）
A.公式中的W为不包含重力的其他力做的总功
B.动能定理既适用于直线运动，也适用于曲线运动；适用于恒力做功，但不适用于变力做功
C.运动物体所受合外力不为零，则该物体一定做变速运动，其动能要变化
D.公式中的Ek2-Ek1为动能的增量，当W>0时动能增加，当W<0时动能减少
【解析】A错：动能定理的表达式W=Ek2-Ek1，W指的是合外力所做的功，包含重力做功。
B错：动能定理适用于任何运动，既适用于直线运动，也适用于曲线运动，既适用于恒力做功，也适用于变力做功。
C错：运动物体所受合外力不为零，则该物体一定做变速运动，若合外力方向始终与运动方向垂直，合外力不做功，动能不变。
D对：公式中的Ek2-Ek1为动能的增量，当W>0时，即Ek2-Ek1>0，动能增加，当W<0时，即Ek2-Ek1<0，动能减少。
3. 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P点很缓慢地移动到Q点，如图所示。则力F所做的功为（　　）
A. mglcos θ B. Flsin θ
C. mgl（1-cos θ） D. Fl（1-sin θ）
C
4.质量M=4.0×104 kg的飞机，从静止开始沿平直的跑道滑行，当滑行距离L=1.6×103 m时，达到起飞速度v=60 m/s。问：
（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？