2018年高中物理 第七章 機械能守恒定律 7.7 動能和動能定理課件 新人教版必修2.ppt

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1、7.動能和動能定理,自我檢測,自主閱讀,一、動能1.定義:物體由于運動而具有的能量。3.動能的單位和功的單位相同,在國際單位制中都是焦耳。這是因為1kgm2/s2=1Nm=1J。4.動能是標(biāo)量。,自我檢測,自主閱讀,二、動能定理1.如圖所示,物體的質(zhì)量為m,在與運動方向相同的恒力F的作用下發(fā)生了一段位移l,速度由v1增加到v2。試推導(dǎo)力F做的功與物體動能變化的關(guān)系。,自我檢測,自主閱讀,2.內(nèi)容:力在一個過程中對物體做的功,等于物體在這個過程中動能的變化。4.適用范圍:既適用于恒力做功,也適用于變力做功;既適用于直線運動,也適用于曲線運動。,自我檢測,自主閱讀,1.正誤辨析(1)某物體的速度加

2、倍,它的動能也加倍。()解析:由Ek=12mv2知,某物體的速度加倍,它的動能變?yōu)樵瓉淼?倍。答案:(2)合外力為零,物體的動能一定不會變化。()答案:(3)合外力不為零,物體的動能一定會變化。()解析:合外力不為零,合外力做功可能為零,此時物體的動能不會變化。答案:(4)物體的合外力做正功,則它的動能一定增加。()答案:,自我檢測,自主閱讀,2.做勻速圓周運動的物體動能怎樣變化?答案:不變。由于勻速圓周運動的線速度大小不變,故做勻速圓周運動的物體的動能保持不變。3.在同一高度以相同的速率將手中的小球以上拋、下拋、平拋三種不同方式拋出,不考慮空氣阻力,落地時小球的速度、動能是否相同?答案:重力

3、做功相同,動能改變量相同,落地時動能相等,速度大小相等,但速度方向不同。,知識點一,知識點二,知識點三,問題導(dǎo)引如圖是探究動能的大小與哪些因素有關(guān)的實驗,圖中A球的質(zhì)量大于B球的質(zhì)量。讓小球從斜面上滾下,靜止在地面上的紙盒被碰后,滑行一段距離停下來。由此實驗?zāi)隳艿贸鑫矬w的動能與哪些因素有關(guān)嗎?,知識點一,知識點二,知識點三,要點提示在此實驗中,小球的高度在這個題中代表了其速度的大小,讓小球從同一高度滾下的目的是兩球到達水平面時能夠具有相同的速度。甲與乙兩實驗中兩球的質(zhì)量相同,到達底端的速度不同,根據(jù)被碰紙盒的滑行距離可知,小球的動能與其速度有關(guān);甲與丙兩實驗中兩球到達底端的速度相同,質(zhì)量不同,

4、根據(jù)被碰紙盒的滑行距離可知,小球的動能與其質(zhì)量有關(guān)。,知識歸納1.動能的“三性”(1)相對性:選取不同的參考系,物體的速度不同,動能也不同,一般以地面為參考系。(2)標(biāo)量性:只有大小,沒有方向;只有正值,沒有負(fù)值。(3)狀態(tài)量:動能是表征物體運動狀態(tài)的物理量,與物體的運動狀態(tài)(或某一時刻的速度)相對應(yīng)。2.動能變化量的理解(1)表達式:Ek=Ek2-Ek1。(2)物理意義:Ek0,表示動能增加;Ek0,表示動能減少。(3)變化原因:物體動能的變化來自合外力做功。合外力做正功,動能增加,合外力做負(fù)功則動能減少。畫龍點睛物體速度變化(如速度的大小不變,方向變化),則物體的動能不一定變化。而動能變化

5、,則速度一定變化。,知識點一,知識點二,知識點三,知識點一,知識點二,知識點三,典例剖析【例1】(多選)關(guān)于動能的理解,下列說法正確的是()A.凡是運動的物體都具有動能B.重力勢能可以為負(fù)值,動能也可以為負(fù)值C.一定質(zhì)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)解析:動能是物體由于運動而具有的能量,所以運動的物體都具有動能,A正確;動能不可能為負(fù)值,故B錯誤;由于速度為矢量,當(dāng)方向變化時,若其速度大小不變,則動能并不改變,故C正確;做勻速圓周運動的物體動能不變,但并不處于平衡狀態(tài),D錯誤。答案:AC,知識點一,知識點二,知識點三,規(guī)律方法

6、動能與速度的三種關(guān)系(1)數(shù)值關(guān)系:Ek=mv2,速度v越大,動能Ek越大。(2)瞬時關(guān)系:動能與速度均為狀態(tài)量,二者具有瞬時對應(yīng)關(guān)系。(3)變化關(guān)系:動能是標(biāo)量,速度是矢量。當(dāng)動能發(fā)生變化時,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,可能僅是速度方向的變化,物體的動能可能不變。,知識點一,知識點二,知識點三,變式訓(xùn)練1下面有關(guān)動能的說法正確的是()A.物體只有做勻速運動時,動能才不變B.物體做平拋運動時,水平方向速度不變,物體的動能也不變C.物體做自由落體運動時,重力做功,物體的動能增加D.物體的動能變化時,速度不一定變化,速度變化時,動能一定變化解析:物體只要速率不變,動能就不變

7、,A錯;做平拋運動的物體動能逐漸增大,B錯;物體做自由落體運動時,其合力等于重力,重力做正功,物體的動能增加,故C正確;物體的動能變化時,速度的大小一定變化,故D錯。答案:C,知識點一,知識點二,知識點三,問題導(dǎo)引足球運動員用力F踢出足球,足球的質(zhì)量為m,足球被踢出時的速度為v,足球被踢出后在地面上運動了距離x停下。在這個過程中,足球運動員對足球做功了嗎?做了多少功?要點提示做功。因x不是力F作用時間內(nèi)的位移,做的功不等于Fx。由動能定理求得人對球做的功W=mv2。,知識點一,知識點二,知識點三,知識歸納動能定理的理解(1)表達式:W=Ek=Ek2-Ek1,式中的W為外力對物體做的總功。(2)

8、研究對象及過程:動能定理的研究對象可以是單個物體,也可以是相對靜止的系統(tǒng)。動能定理的研究過程既可以是運動過程中的某一階段,也可以是運動全過程。(3)普遍性:動能定理雖然可根據(jù)牛頓第二定律和勻變速直線運動的公式推出,但動能定理本身既適用于恒力作用過程,也適用于變力作用過程;既適用于物體做直線運動的情況,也適用于物體做曲線運動的情況。(4)動能定理中的位移和速度必須是相對同一個參考系的,一般以地面或相對地面靜止的物體為參考系。畫龍點睛動能定理說明了合外力的功是動能變化的原因。,知識點一,知識點二,知識點三,典例剖析【例2】下列關(guān)于運動物體所受的合力、合力做功和動能變化的關(guān)系,正確的是()A.如果物

9、體所受的合力為零,那么合力對物體做的功一定為零B.如果合力對物體做的功為零,則合力一定為零C.物體在合力作用下做勻變速直線運動,則動能在一段過程中變化量一定不為零D.如果物體的動能不發(fā)生變化,則物體所受合力一定是零,知識點一,知識點二,知識點三,解析:功是力與物體在力的方向上發(fā)生的位移的乘積,如果物體所受的合力為零,那么合力對物體做的功一定為零,A正確;如果合力對物體做的功為零,可能是合力不為零,而是物體在合力的方向上的位移為零,B錯誤;豎直上拋運動是一種勻變速直線運動,在物體上升和下降階段經(jīng)過同一位置時動能相等,動能在這段過程中變化量為零,C錯誤;動能不變化,只能說明速度大小不變,但速度方向

10、有可能變化,因此合力不一定為零,D錯誤。答案:A規(guī)律方法(1)動能是標(biāo)量,物體的速度變化時,動能不一定變化。(2)功是物體動能變化的原因,合外力做正功,物體動能增加;合外力做負(fù)功,物體動能減少。,知識點一,知識點二,知識點三,變式訓(xùn)練2下列對動能定理表達式W=Ek2-Ek1的理解,正確的是()A.物體具有動能是由于力對物體做了功B.力對物體做功是由于該物體具有動能C.力做功是由于物體的動能發(fā)生變化D.物體的動能發(fā)生變化是由于力對物體做了功解析:功是能量發(fā)生變化的原因,功是能量轉(zhuǎn)化的量度。所以物體的動能發(fā)生變化是由于合外力對物體做了功,且合外力做的功等于物體動能的變化,故D正確,A、B、C錯誤。

11、答案:D,知識點一,知識點二,知識點三,問題導(dǎo)引如圖所示,質(zhì)量為m的小車以初速度v0從山坡底部A處恰好沖上高為h的坡頂B,請思考:(1)小球運動中哪些力做了功?(2)如何求得小球克服阻力做的功?要點提示(1)小球受的重力和阻力都對小球做了負(fù)功,支持力不做功。(2)根據(jù)動能定理-mgh-Wf=可求得小球克服阻力做的功。,知識點一,知識點二,知識點三,知識歸納1.應(yīng)用動能定理的優(yōu)越性(1)物體由初始狀態(tài)到末狀態(tài)的過程中,物體的運動性質(zhì)、運動軌跡、做功的力是變力還是恒力等諸多因素都可以不予考慮,使分析簡化。(2)應(yīng)用牛頓運動定律和運動學(xué)規(guī)律時,涉及的有關(guān)物理量比較多,對運動過程中的細(xì)節(jié)也要仔細(xì)研究,

12、而應(yīng)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。,知識點一,知識點二,知識點三,2.應(yīng)用動能定理解題的一般步驟(1)選取研究對象(通常是單個物體),明確它的運動過程。(2)對研究對象進行受力分析,明確各力做功的情況,求出外力做功的代數(shù)和。(3)明確物體在初、末狀態(tài)的動能Ek1、Ek2。(4)列出動能定理的方程W=Ek2-Ek1,結(jié)合其他必要的解題方程求解。,知識點一,知識點二,知識點三,典例剖析【例3】如圖所示,一只20kg的狗拉著一個80kg的雪橇以3m/s的速度沖上坡度為的斜坡。已知sin=,斜坡對雪橇的摩擦阻力恒為20N,狗拉雪橇上坡

13、時的加速度為0.2m/s2,經(jīng)過10s拉雪橇的套繩突然斷開,雪橇剛好能沖上坡頂。求斜坡長。(g取10m/s2),知識點一,知識點二,知識點三,答案:50m,知識點一,知識點二,知識點三,規(guī)律方法應(yīng)用動能定理應(yīng)注意的問題(1)動能定理的研究對象可以是單一物體,或者是可以看作一物體的物體系統(tǒng)。(2)動能定理是求解物體的位移或速率的簡捷公式。(3)若過程包含了幾個運動性質(zhì)不同的分過程,既可分段考慮也可整個過程考慮。(4)應(yīng)用動能定理時,必須明確各力做功的正、負(fù)。當(dāng)一個力做負(fù)功時,可設(shè)物體克服該力做功為W,將該力做功表達為-W,也可以直接用字母W表示該力做功,使其字母本身含有負(fù)號。,知識點一,知識點二

14、,知識點三,變式訓(xùn)練3質(zhì)量為m=50kg的滑雪運動員,以初速度v0=4m/s,從高度為h=10m的彎曲滑道頂端A滑下,到達滑道底端B時的速度v=10m/s。求:滑雪運動員在這段滑行過程中克服阻力做的功。解析:設(shè)摩擦力做功為Wf,根據(jù)動能定理代入數(shù)值得Wf=2900J。答案:2900J,1,2,3,1.關(guān)于動能的概念,下列說法中正確的是()A.物體由于運動而具有的能叫做動能B.運動物體具有的能叫動能C.運動物體的質(zhì)量越大,其動能一定越大D.速度較大的物體,具有的動能一定較大解析:物體由于運動而具有的能叫動能,但是運動的物體可以具有多種能量,如重力勢能、內(nèi)能等,故A正確,B錯誤;由公式Ek=mv2

15、可知,動能既與m有關(guān),又與v有關(guān),C、D均錯。答案:A,1,2,3,2.(多選)一質(zhì)量為0.1kg的小球,以5m/s的速度在光滑水平面上勻速運動,與豎直墻壁碰撞后以原速率反彈,若以彈回的速度方向為正方向,則小球碰撞過程中的速度變化和動能變化分別是()A.v=10m/sB.v=0C.Ek=1JD.Ek=0解析:速度是矢量,故v=v2-v1=5m/s-(-5m/s)=10m/s。而動能是標(biāo)量,初、末狀態(tài)的速度大小相等,故動能相等,因此Ek=0,A、D正確。答案:AD,1,2,3,3.在距地面高12m處,以12m/s的水平速度拋出質(zhì)量為0.5kg的小球,其落地時速度大小為18m/s,求小球在運動過程中克服阻力做功多少?(g取10m/s2)答案:15J,