高一物理人教版必修2课件：第七章 8 动能和动能定理30张PPT

(共30张PPT)
第七章
机械能守恒定律
目标定位

1.理解动能的概念，掌握其表达式.
2.能从牛顿第二定律与运动学公式导出动能定理，理解动能定理的物理意义.
3.能应用动能定理解决简单的问题.
学案8　动能和动能定理

知识探究

自我检测

知识探究
一、动能的表达式
问题设计
让球从光滑的斜面滚下，与木块相碰，推动木块做功.(如图1所示)
图1
(1)让同一铁球从不同的高度滚下，可以看到：高度大时球把木块推得远，对木块做的功多.
(2)让质量不同的铁球从同一高度滚下，可以看到：质量大的铁球把木块推得远，对木块做的功多.
以上两个现象说明影响动能的因素有哪些？
要点提炼
1.动能的表达式： .国际单位制中单位是 .
2.对动能的理解
(1)动能的瞬时性：物体动能的大小与物体瞬时速度的大小相对应，是一个状态量.
(2)动能的标矢性：动能是标量，只有大小没有方向，且总大于(v≠0时)或等于零(v＝0时)，不可能小于零(无负值).运算过程中无需考虑速度方向.
J
(3)动能的相对性：对于不同的参考系，物体的速度不同，则物体的动能也不同.没有特别指明时，速度都是以地面为参考系.
3.动能的变化量
动能的变化量是过程量，ΔEk>0，表示物体的动能增大；ΔEk<0，表示物体的动能减小.
二、动能定理
问题设计
如图2所示，质量为m的物体在恒力F的作用下向前运动了一段距离，速度由v1增加到v2.试求力F对物体做的功.
图2
要点提炼
动能定理
1.内容：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 .
Ek2－Ek1
动能的变化
(2)W指合外力做的功，即包含重力在内的所有外力所做功的 .
(3)W与ΔEk的关系：如果合力对物体做正功，物体的动能 ；如果合力对物体做负功，物体的动能 ；如果合力对物体不做功，物体的动能 .
3.动能定理的实质：功能关系的一种具体体现，物体动能的改变可由合外力做功来度量.
不变
代数和
增加
减少
三、应用动能定理的优点及解题步骤
1.应用动能定理解题的优点
(1)动能定理对应的是一个过程，只涉及物体初、末状态的动能和整个过程合力做的功，无需关心中间运动过程的细节，而且功和能都是标量，无方向性，计算方便.
(2)当题目中不涉及a和t，而涉及F、l、m、v等物理量时，优先考虑使用动能定理.
(3)动能定理既适用于恒力作用过程，也适用于变力作用过程，既适用于直线运动也适用于曲线运动，既适用于单一过程，也适用于多过程，特别是变力及多过程问题，动能定理更具有优越性.
2.应用动能定理解题的一般步骤
(1)选取研究对象(通常是单个物体)，明确它的运动过程.
(2)对研究对象进行受力分析，明确各力做功的情况，求出外力做功的代数和.
(3)明确物体在初、末状态的动能Ek1、Ek2.
(4)列出动能定理的方程W＝Ek2－Ek1，结合其他必要的解题方程，求解并验算.


典例精析
一、对动能和动能定理的理解
例1　关于动能、动能定理，下列说法正确的是(　　)
A.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
B.动能不变的物体，一定处于平衡状态
C.合力做正功，物体动能可能减小
D.运动物体所受的合外力为零，则物体的动能肯定不变
解析　一定质量的物体，动能变化时，物体的速度大小一定变化，所以速度一定变化；速度变化时，物体的速度大小不一定变化，所以动能不一定变化，A项正确；
动能不变的物体，速度方向可能改变，不一定处于平衡状态，B项错误；
合力做正功时，动能肯定增加，合力做功为零时，动能肯定不变，C项错误，D项正确.
答案　AD
二、动能定理的应用
例2　质量为m的物体静止在水平桌面上，它与桌面之间的动摩擦因数为μ，物体在水平力F作用下开始运动，发生位移x1时撤去力F，问物体还能运动多远？
解析　研究对象：质量为m的物体.
研究过程：从静止开始，先加速，后减速至零.
受力分析、运动过程草图如图所示，其中物体受重力(mg)、水平外力(F)、弹力(FN)、滑动摩擦力(Ff)，设加速位移为x1，减速位移为x2.



解法一：可将物体运动分成两个阶段进行求解
又滑动摩擦力Ff＝μFN，FN＝mg
解法二：从静止开始加速，然后减速为零，对全过程进行分析求解.
设加速过程中位移为x1，减速过程中位移为x2；
水平外力F在x1段做正功，滑动摩擦力Ff在(x1＋x2)段做负功，mg、FN不做功；
初动能Ek0＝0，末动能Ek＝0
在竖直方向上：FN－mg＝0　滑动摩擦力Ff＝μFN
根据动能定理：Fx1－μmg(x1＋x2)＝0－0
针对训练　在距地面高12 m处，以12 m/s的水平速度抛出质量为0.5 kg的小球，其落地时速度大小为18 m/s，求小球在运动过程中克服阻力做功多少？(g取10 m/s2)
解析　对小球自抛出至落地过程由动能定理得：
则小球克服阻力做功为：
答案　15 J
课堂要点小结

动能和动能定理

自我检测
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2
3
4
1.(对动能的理解)改变汽车的质量和速度大小，都能使汽车的动能发生变化，则下列说法中正确的是(　　)
A.质量不变，速度增大到原来的2倍，动能增大为原来的2倍
B.速度不变，质量增大到原来的2倍，动能增大为原来的2倍
C.质量减半，速度增大到原来的4倍，动能增大为原来的2倍
D.速度减半，质量增大到原来的4倍，动能不变
当速度不变，质量m增大为原来的2倍时，动能Ek也增大为原来的2倍，B正确；
若质量减半，速度增大为原来的4倍，则动能增大为原来的8倍，C错误；
答案　BD
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2.(对动能定理的理解)有一质量为m的木块，从半径为r的圆弧曲面上的a点滑向b点，如图3所示.如果由于摩擦使木块的运动速率保持不变，则以下叙述正确的是(　　)
A.木块所受的合外力为零
B.因木块所受的力都不对其做功，所以
合外力做的功为零
C.重力和摩擦力的合力做的功为零
D.重力和摩擦力的合力为零
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4
图3
解析　木块做曲线运动，速度方向变化，加速度不为零，故合外力不为零，A错；
速率不变，动能不变，由动能定理知，合外力做的功为零，而支持力始终不做功，重力做正功，所以重力做的功与摩擦力做的功的代数和为零，但重力和摩擦力的合力不为零，C对，B、D错.
答案　C
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3.(动能定理的应用)物体沿直线运动的v－t图象如图4所示，已知在第1秒内合力对物体做功为W，则(　　)
A.从第1秒末到第3秒末合力做功为4W
B.从第3秒末到第5秒末合力做功为－2W
C.从第5秒末到第7秒末合力做功为W
D.从第3秒末到第4秒末合力做功为－0.75W
图4
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解析　由题图可知物体速度变化情况，根据动能定理得：
第3 s末到第5 s末：
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第5 s末到第7 s末：
第3 s末到第4 s末：
答案　CD
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4.(动能定理的应用)一架喷气式飞机，质量m＝5.0×103 kg，起飞过程中从静止开始运动.当位移达到l＝5.3×102 m时，速度达到起飞速度v＝60 m/s，在此过程中飞机受到的平均阻力是飞机重力的0.02倍.求飞机受到的平均牵引力.(g取10 m/s2)
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其中k＝0.02，
把数据代入后解得：F牵≈1.8×104 N
所以飞机所受的平均牵引力是1.8×104 N.
答案　1.8×104 N