《高一物理人教必修2课件7.7动能和动能定理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高一物理人教必修2课件7.7动能和动能定理（41页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、7.动能和动能定理,一,二,一、动能的表达式 1.定义:动能是由于物体运动而具有的能量。 2.表达式:Ek= 1 2 mv2,式中v是瞬时速度。 3.单位:在国际单位制中,动能的单位是焦耳,符号是J。 4.矢标性:动能是一个标量,还是一个状态量。,一,二,二、动能定理 1.动能定理的推导:,一,二,2.动能定理: (1)内容: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。 (2)表达式:W=Ek2-Ek1= 1 2 2 2 1 2 1 2 。 其中:Ek2表示物体的末动能; Ek1表示物体的初动能; W表示合力做的功,或说是物体所受所有外力对物体做功的代数和。 (3)适用范围
2、:动能定理既适用于恒力做功,也适用于变力做功,既适用于直线运动,也适用于曲线运动,应用非常广泛。,一,二,练一练 某同学用200N的力将质量为0.44kg的足球踢出,足球以10m/s的初速度沿水平草坪滚出60m后静止,则足球在水平草坪上滚动过程中克服阻力做的功是() A.4.4JB.22J C.132JD.12000J 解析:根据动能定理得,-Wf=0- 1 2 mv2,得Wf=22J。 答案:B,探究一,探究二,探究三,探究四,探究五,探究一对动能的理解 问题导引 如图是探究“动能的大小与哪些因素有关”的实验,图中A球的质量大于B球的质量。让小球从斜面上滚下,静止在地面上的纸盒被碰后,滑行一
3、段距离停下来。由此实验你能得出物体的动能与哪些因素有关吗?,探究一,探究二,探究三,探究四,探究五,提示在此实验中,小球的高度在这个题中代表了其速度的大小,让小球从同一高度滚下的目的是两球到达水平面 时能够具有相同的速度。甲与乙两实验中两球的质量相同,到达底端的速度不同,根据被碰纸盒的滑行距离可知,小球的动能与其速度有关;甲与丙两实验中两球到达底端的速度相同,质量不同,根据被碰纸盒的滑行距离可知,小球的动能与其质量有关。,探究一,探究二,探究三,探究四,探究五,名师精讲 1.相对性:选取不同的参考系,物体的速度不同,动能也不同,一般以地面为参考系。 2.状态量:动能是表征物体运动状态的物理量,
4、与物体的运动状态(或某一时刻的速度)相对应。 3.标量性:只有大小,没有方向;只有正值,没有负值。 特别提醒 物体速度变化(如速度的大小不变,方向变化),则物体的动能不一定变化。而动能变化,则速度一定变化。,探究一,探究二,探究三,探究四,探究五,例题1 关于动能的概念,下列说法正确的是() A.速度时刻改变的物体,动能时刻在改变 B.运动物体的质量越大,其动能一定越大 C.速度较大的物体,具有动能一定较大 D.动能由物体质量和速度共同决定 解析:动能Ek= 1 2 mv2,可知动能由质量m和速度v共同决定,选项B、C错误,选项D正确;动能是标量,速度是矢量,故速度变化,动能不一定变化,故选项
5、A错误。 答案:D 题后反思 动能是标量、速度是矢量,因此当物体的动能变化时,物体的速度一定变化;物体的速度变化时,物体的动能不一定变化。,探究一,探究二,探究三,探究四,探究五,探究二对动能定理的正确理解 问题导引 足球运动员用力F踢出足球,足球的质量为m,足球被踢出时的速度为v,足球被踢出后在地面上运动了距离x停下。在这个过程中,足球运动员对足球做功了吗?做了多少功? 提示做功。因x不是力F作用时间内的位移,做的功不等于Fx。由动能定理求得人对球做的功W= 1 2 mv2。,探究一,探究二,探究三,探究四,探究五,名师精讲 1.表达式的理解 (1)公式W=Ek2-Ek1中W是合外力做的功,
6、不是某个力做的功,W可能是正功,也可能是负功。 (2)Ek2、Ek1分别是末动能和初动能,Ek2可能大于Ek1,也可能小于Ek1。 2.W的求法,探究一,探究二,探究三,探究四,探究五,3.动能定理公式中等号的意义 (1)等值关系:某物体的动能变化量总等于合力对它做的功。 (2)单位相同:国际单位都是焦耳。 (3)因果关系:合力对物体做功是引起物体动能变化的原因,合外力做功的过程实质上是其他形式的能与动能相互转化的过程,转化了多少由合外力做了多少功来度量。 4.适用范围 动能定理应用广泛,直线运动、曲线运动、恒力做功、变力做功、同时做功、分段做功等各种情况均适用。,探究一,探究二,探究三,探究
7、四,探究五,特别提醒 (1)动能定理说明了外力对物体所做的总功和动能变化间的一种因果关系和数量关系,不可理解为功转变成了物体的动能,而是意味着“功引起物体动能的变化”,即物体动能的变化是通过外力做功的过程来实现的。 (2)动能定理中的位移和速度必须是相对于同一个参考系的,一般以地面或相对地面静止的物体为参考系。,探究一,探究二,探究三,探究四,探究五,例题2 关于运动物体所受的合外力、合外力做的功及动能变化的关系,下列说法正确的是() A.合外力为零,则合外力做功一定为零 B.合外力做功为零,则合外力一定为零 C.合外力做功越多,则动能一定越大 D.动能不变化,则物体合外力一定为零 解析:合外
8、力为零,则物体可能静止,也可能匀速直线运动,这两种情况合外力做功均为零,或这两种运动,动能均不变,所以合外力做功一定为零,选项A正确;合外力做功为零或动能不变,合外力不一定为零,如匀速圆周运动,故选项B、D错误;合外力做功越多,动能变化越大,而不是动能越大,故选项C错误。 答案:A,探究一,探究二,探究三,探究五,探究四,题后反思 解答该题应注意:(1)动能、速度是状态量。(2)动能的变化、功是过程量。(3)合外力是零,合外力的功是零对应结果是不同的。,探究一,探究二,探究三,探究四,探究五,探究三动能定理的应用 问题导引 如图所示,质量为m的小车以初速度v0从山坡底部A处恰好冲上高为h的坡顶
9、B,请思考: (1)小球运动中哪些力做了功? (2)如何求得小球克服阻力做的功? 提示(1)小球受的重力和阻力都对小球做了负功,支持力不做功;(2)根据动能定理-mgh-Wf=0- 1 2 0 2 可求得小球克服阻力做的功。,探究一,探究二,探究三,探究四,探究五,名师精讲 1.应用动能定理解题的步骤 (1)选取研究对象,明确它的运动过程; (2)分析研究对象的受力情况和各力的做功情况: 受哪些力各力是否做功做正功还是负功做多少功各力做功的代数和 (3)明确研究对象在过程的始末状态的动能Ek1和Ek2; (4)列出动能定理的方程W合=Ek2-Ek1及其他必要的解题方程,进行求解。,探究一,探究
10、二,探究三,探究四,探究五,2.注意事项 (1)动能定理的研究对象可以是单一物体,或者是可以看作一物体的物体系统。 (2)动能定理是求解物体的位移或速率的简捷公式。当题目涉及位移和速度而不涉及时间时可优先考虑动能定理;处理曲线运动中的速率问题时也要优先考虑动能定理。 (3)若过程包含了几个运动性质不同的分过程,既可分段考虑也可整个过程考虑。但求功时,有些力不是全过程都做功,必须根据不同的情况分别对待求出总功。 (4)应用动能定理时,必须明确各力做功的正、负。当一个力做负功时,可设物体克服该力做功为W,将该力做功表达为-W,也可以直接用字母W表示该力做功,使其字母本身含有负号。,探究一,探究二,
11、探究三,探究四,探究五,例题3 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) 点拨:小球运动过程中受到的阻力为变力,克服阻力所做的功不能直接由功的公式求得,应根据动能定理求解。 解析:对小球自抛出至落地过程由动能定理得 mgh-Wf= 1 2 2 2 1 2 1 2 代入数值得小球克服阻力做功为Wf=15J。 答案:15 J,探究一,探究二,探究三,探究四,探究五,题后反思 如果是恒力做功问题往往直接用功的定义式可以求解,但遇到变力做功问题须借助动能定理等功能关系进行求解;
12、分析清楚物理过程和各个力的做功情况后,根据动能定理列出方程求解。,探究一,探究二,探究三,探究四,探究五,变式训练1 质量为m=50 kg的滑雪运动员,以初速度v0=4 m/s ,从高度为h=10 m的弯曲滑道顶端A滑下,到达滑道底端B时的速度v=10 m/s。求:滑雪运动员在这段滑行过程中克服阻力做的功。 解析:设摩擦力做功为Wf,根据动能定理 mgh-Wf= 1 2 mv2- 1 2 0 2 代入数值得Wf=2900J。 答案:2 900 J,探究一,探究二,探究三,探究四,探究五,探究四动能定理在多过程中的应用 问题导引 如图所示,质量为m的小球从某一高度h处自由下落,运动中受的空气阻力
13、大小Ff恒定,与地面碰撞前后速度大小不变,经过一段时间后,小球会停下来,你能求出整个过程中小球通过的路程吗? 提示小球与地面碰撞很多次,不可能通过计算出小球每次反弹的高度,进而求出小球通过的总路程,根据动能定理,考虑整个过程,mgh-Fs=0,即可求得小球通过的路程s= 。,探究一,探究二,探究三,探究四,探究五,名师精讲 1.对于多个物理过程要仔细分析,将复杂的过程分割成一个一个子过程,分别对每个过程分析,得出每个过程遵循的规律。当每个过程都可以运用动能定理时,可以选择分段或全程应用动能定理,题目不涉及中间量时,选择全程应用动能定理更简单、方便。 2.应用全程法解题求功时,有些力可能不是全过
14、程都作用的,必须根据不同的情况分别对待,弄清楚物体所受的力在哪段位移上做功,哪些力做功,做正功还是负功,正确写出总功。 3.运用动能定理只需要从力在整个位移内做的功和这段位移始末两状态动能变化去考虑,无须注意其中运动状态变化的细节,同时动能和功都是标量,无方向性,所以无论是直线运动或曲线运动,运用动能定理去分析,都会比较简单。,探究一,探究二,探究三,探究四,探究五,特别提醒 应用动能定理解题,关键是对研究对象进行准确的受力分析及运动过程分析,并画出物体运动过程的草图,借助草图理解物理过程和各量关系。有些力在物体运动全过程中不是始终存在的,在计算外力做功时更应引起注意。,探究一,探究二,探究三
15、,探究四,探究五,例题3 如图是跳水运动员在跳台上腾空而起的姿态。跳台距水面高度为h1=10 m,此时他恰好到达最高位置,估计此时他的重心离跳台台面的高度为h=1 m。当他下降到手触及水面时要伸直双臂做一个翻掌压水花的动作,这时他的重心离水面也是h=1 m,运动员的质量m=50 kg,g取10 m/s2,求: (1)从最高点到手触及水面的过程中,其运动可以看作是自由落体运动,他在空中完成一系列动作可利用的时间为多长? (2)忽略运动员进入水面过程中受力的变化,入水之后,他的重心能下沉到离水面h2=2.5 m处,试估算水对他的平均阻力。,探究一,探究二,探究三,探究四,探究五,解析:(1)由题意
16、知,这段时间运动员重心下降高度h=10m,设空中动作可利用的时间为t,则h= 1 2 gt2 故t= 2 = 210 10 s= 2 s1.4s。 (2)整个过程运动员重心下降高度为h1+h+h2=13.5m,设水对他的平均阻力为Ff,根据动能定理有 mg(h1+h+h2)-Ffh2=0, 整理并代入数据得Ff=2700N。 答案:(1)1.4 s(2)2 700 N,探究一,探究二,探究三,探究四,探究五,题后反思 物体在运动过程中受力情况不同,这种情况下动能定理中的总功应表述为各个力做功的代数和。利用分段法解题,思路清晰,不容易出错,但过程较繁琐;利用整段法解题,特别是初末速度均为零的题目,显得简捷、方便。对全过程应用动能定理使动能定理在解题中的优势更为明显。,探究一,探究二,探究三,探究四,探究五,变式训练2 如图所示,物体从高h的斜面顶端A由静止滑下,到斜面底端后又沿水平面运动到C点而停止。要使这个物体从C点沿原路返回到A,则在C点处物体应具有的速度大小至少是() A. 2 B.2 C. D.
