《2024年《金牌学案》物理人教版必修第二册教师用书配套PPT课件：23 第八章 3．动能和动能定理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2024年《金牌学案》物理人教版必修第二册教师用书配套PPT课件：23 第八章 3．动能和动能定理（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、3,动能和动能定理,3,动能和动能定理,第八章机械能守恒定律,学习任务,1,理解动能的概念，会利用动能定义式进行计算。,2,理解动能定理表述的物理意义，并能进行相关分析与计算。,3,能够推导动能定理，并能应用动能定理分析求解相关问题。,探究重构,关键能力达成,1,动能的定义：物体由于,_,而具有的能量叫动能，用符号,_,表示。,2,动能的表达式：,E,k,_,。,知识点一,动能的表达式,运动,E,k,m,v,2,3,动能的单位：与功的单位相同，国际单位为,_,。,1 kg,(m/s),2,_,_,。,4,动能是,_(,选填,“,矢量,”,或,“,标量,”,),，只有大小没有方向。,焦耳,1,N
2、,m,1,J,标量,地球同步卫星是人为发射的一种卫星，其中一种的轨道平面与赤道平面成,0,角，从地面上看，卫星保持不动，故也称静止卫星，从地球之外看，卫星与地球以相同的角速度转动，故称地球同步卫星。,【问题】,(1),在卫星的运动过程中，其速度是否变化？,(2),其动能是否变化？,(3),物体运动动能的大小与哪些因素有关？,提示：,(1),速度变化，卫星做匀速圆周运动时，其速度方向不断变化，由于速度是矢量，所以速度是变化的。,(2),动能不变，运动时其速度大小不变，所以动能大小不变，由于动能是标量，所以动能是不变的。,(3),由动能的表达式,E,k,m,v,2,可知，物体的动能与物体的质量和运
3、动速度有关。,1,对动能概念的理解,(1),动能是状态量，动能公式中的速度,v,是瞬时速度。,(2),动能是标量，且动能恒为正值。,(3),动能也具有相对性，同一物体，对不同的参考系物体的速度有不同值，因而动能也有不同值。计算动能时一般都是以地面为参考系。,2,动能的变化量,(1),末状态的动能与初状态的动能之差，即,E,k,。,(2),动能的变化量是过程量，,E,k,0,，表示物体的动能增加；,E,k,0,，表示物体的动能减少。,【典例,1,】,(,多选,),关于动能的理解，下列说法正确的是,(,),A,凡是运动的物体都具有动能,B,动能不变的物体，一定处于平衡状态,C,重力势能可以为负值，
4、动能不可以为负值,D,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,ACD,由动能的定义可知，凡是运动的物体都具有动能，故,A,正确；物体做匀速圆周运动时，物体的动能不变，但是物体的合力提供向心力，即合力不为零，物体处于非平衡状态，故,B,错误；重力势能可以有负值，其正负取决于所选择的参考平面，而动能没有负值，故,C,正确；由于速度为矢量，当方向变化时，若其速度大小不变，则动能并不改变；而动能变化时，一定质量的物体速度大小一定变化，故,D,正确。,跟进训练,1,(,多选,),一质量为,0.1 kg,的小球，以,5 m/s,的速度在光滑水平面上匀速运动，与竖直墙壁碰撞后
5、以原速率反弹，若以弹回的速度方向为正方向，小球碰墙过程中速度的变化为,v,，动能的变化为,E,k,。则下列说法正确的是,(,),A,v,10 m/s,B,v,0,C,E,k,1 J D,E,k,0,AD,速度是矢量，以弹回的速度方向为正方向，故,v,v,2,v,1,5,m/s,(,5 m/s),10 m/s,，而动能是标量，初末状态的速度大小相等，故动能相等，因此,E,k,0,，选项,A,、,D,正确。,1,动能定理的内容,力在一个过程中对物体做的功，等于物体在这个过程中,_,的变化。,知识点二,动能定理,动能,2,动能定理的,表达式,(1),W,_,。,(2),W,_,。,说明：式中,W,为
6、,_,，它等于各力做功的,_,。,3,动能定理的适用范围,不仅适用于,_,做功和,_,运动，也适用于,_,做功和,_,运动的情况。,E,k2,E,k1,合力做的,功,代数和,恒力,直线,变,力,曲线,如图所示，一辆汽车正在上坡路上加速行驶。,【问题】,(1),汽车上坡过程受哪些力作用？各个力做什么功？,(2),汽车的动能怎样变化？,(3),其动能的变化与各个力做功有什么关系？,提示：,(1),汽车受重力、支持力、牵引力及路面的阻力作用，上坡过程中牵引力做正功，重力、阻力做负功，支持力不做功。,(2),由于汽车加速上坡，其动能增大。,(3),汽车动能的变化量等于重力、牵引力及路面的阻力三个力做功
7、的代数和。,1,对动能定理的理解,(1),表达式,W,E,k,中的,W,为外力对物体做的总功。,(2),动能定理描述了做功和动能变化的两种关系。,等值关系：物体动能的变化量等于合力对它做的功。,因果关系：合力对物体做功是引起物体动能变化的原因，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，转化了多少由合力做的功来度量。,2,对动能定理的两点说明,(1),动能定理的表达式是一个标量式，不能在某一方向上应用动能定理，动能没有负值，但动能的变化量,E,k,有正负之分。,(2),应用动能定理涉及,“,一个过程,”,和,“,两个状态,”,。所谓,“,一个过程,”,是指做功过程，应明确该过程合力所做
8、的总功；,“,两个状态,”,是指初、末两个状态物体的动能。,【典例,2,】,(,多选,),质量为,m,的物体在水平力,F,的作用下由静止开始在光滑水平地面上运动，前进一段距离之后速度大小为,v,，再前进一段距离使物体的速度增大为,2,v,，则,(,),A,第二过程的速度增量等于第一过程的速度增量,B,第二过程的动能增量是第一过程动能增量的,3,倍,C,第二过程合外力做的功等于第一过程合外力做的功,D,第二过程合外力做的功等于第一过程合外力做功的,2,倍,AB,第一过程速度增量为,v,1,v,，动能增量为,E,k1,m,v,2,，合外力做功,W,1,E,k1,m,v,2,；第二过程速度增量,v,
9、2,2,v,v,v,，动能增量,E,k2,m,v,2,3,E,k1,，合外力做功,W,2,E,k2,m,v,2,3,W,1,，故选项,A,、,B,正确，,C,、,D,错误。,规律方法,对,W,E,k,的认识,(1),动能定理说明，合力做功是物体动能变化的原因，物体动能的变化用合力的功来度量。,(2),式中,W,0,，,E,k,0(,动力做功使动能增加,),；,W,0,，,E,k,0(,阻力做功使动能减少,),。,(3),W,E,k,，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。,跟进训练,2,下列关于运动物体的合外力做功和动能、速度变化的关系，正确的是,(,),A,
10、物体做变速运动，合外力一定不为零，动能一定变化,B,若合外力对物体做功为零，则合外力一定为零,C,物体的合外力做功，它的速度大小一定发生变化,D,物体的动能不变，所受的合外力必定为零,C,物体做变速运动时，合外力一定不为零，但合外力不为零时，做功可能为零，动能可能不变，如匀速圆周运动，,A,、,B,错误；物体的合外力做功，它的动能一定变化，速度大小也一定变化，,C,正确；物体的动能不变，所受合外力做功一定为零，但合外力不一定为零，,D,错误。,知识点三,动能定理的应用,一架喷气式飞机,，质量,为,5.0,10,3,kg,起飞过程中从静止开始在跑道上滑跑的路程为,5.3,10,2,m,时，达到起
11、飞速度,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。,(,g,取,10 m/s,2,),【问题】,(1),如何应用动能定理求飞机受到的牵引力,F,?,(2),能否应用动力学、运动学的公式来解？,(3),比较两种解法，你觉得哪一种更简明？,提示：,(1),设飞机的牵引力为,F,，阻力为,f,，位移为,l,，则由动能定理可得,Fl,fl,m,v,2,0,，,f,0.02,mg,故,F,f,1.8,10,4,N,。,(2),设飞机的牵引力为恒力，根据牛顿第二定律有,F,f,ma,根据初速度为,0,的匀加速直线运动规律有,v,2,0,2,al,联立解得,F,1.8,10,4
12、,N,。,(3),两种解法，殊途同归，用动能定理思路明快，而且飞机的牵引力不一定是恒力，动能定理可用于变力做功的问题，这是它最大的优越性！,1,应用动能定理解题的基本思路,2,动能定理的优越性,项目,牛顿运动定律,动能定理,适用条件,只能研究物体在恒力作用下做直线运动的情况,对于物体在恒力或变力作用下做直线运动或曲线运动均适用,应用方法,要考虑运动过程的每一个细节,只考虑各力的做功情况及初、末状态的动能,项目,牛顿运动定律,动能定理,运算方法,矢量运算,代数运算,相同点,确定研究对象，对物体进行受力分析和运动过程分析,结论,应用动能定理解题不涉及加速度、时间，不涉及矢量运算，运算简单，不易出错
13、,【典例,3,】,质量为,4 t,的卡车，由静止出发在水平公路上行驶,100 m,后速度增大到,54 km/h,，若发动机的牵引力为,5,10,3,N,不变。则：,(1),牵引力做了多少功？,(2),卡车动能增加了多少？,(3),卡车克服阻力做了多少功？,解析,(1),W,Fs,5,10,3,100 J,5,10,5,J,。,(2)54 km/h,15 m/s,，,E,k,m,v,2,0,4,10,3,15,2,J,4.5,10,5,J,。,(3),由动能定理知,W,合,E,k,，即,W,W,阻,E,k,W,阻,W,E,k,5,10,5,J,4.5,10,5,J,5,10,4,J,。,答案,(
14、1)5,10,5,J,(2)4.5,10,5,J,(3)5,10,4,J,拓展,在上例中如果卡车速度从,54 km/h,继续行驶至速度为,75.6 km/h,，此过程中假设卡车所受牵引力与阻力数值不变，求卡车速度从,54 km/h,加速至,75.6 km/h,过程中，卡车前进的距离。,解析,设卡车前进过程中阻力为,f,，卡车由静止加速到,54 km/h,前进的位移为,s,，,由题知,W,阻,fs,，,即,f,N,5,10,2,N,卡车速度从,54 km/h,加速到,75.6 km/h,的过程由动能定理有,Fs,1,fs,1,v,2,75.6 km/h,21 m/s,，,v,1,54 km/h,
15、15 m/s,解得,s,1,96 m,。,答案,96 m,规律方法,应用动能定理解题的步骤,(1),确定研究对象和研究过程,(,研究对象一般为单个物体或相对静止的物体组成的系统,),。,(2),对研究对象进行受力分析,(,注意哪些力做功或不做功,),。,(3),确定合外力对物体做的功,(,注意功的正负,),。,(4),确定物体的初、末动能,(,注意动能增量是末动能减初动能,),。,(5),根据动能定理列式、求解。,跟进训练,3,为了交通安全，在公路上行驶的汽车应保持必要的间距。已知某高速公路的最高限速,v,max,120 km/h,，假设前车突然停止，后车司机从发现情况到进行制动操作，汽车通过
16、的位移,s,17 m,，制动时汽车所受的阻力为汽车所受重力的,0.5,倍，则该高速公路上汽车间的安全距离至少应为多大？,(,g,10 m/s,2,),解析,汽车制动时，阻力对汽车做负功，有,W,fs,0.5,mgs,汽车的动能减小至零，根据动能定理,W,E,k2,E,k1,，有,0.5,mgs,v,max,120 km/h,m/s,汽车制动后滑行的距离,s,m,111 m,因此，该高速公路上汽车之间的最小安全距离,s,安全,s,s,(111,17)m,128 m,。,答案,128 m,应用迁移,随堂评估自测,1,关于动能概念及公式,W,E,k2,E,k1,的说法中正确的是,(,),A,若物体速度在变化，则动能一定在变化,B,速度大的物体，动能一定大,C,W,E,k2,E,k1,表示功可以变成能,D,动能的变化可以用合力做的功来量度,2,4,3,题号,1,D,速度是矢量，而动能是标量，若物体速度只改变方向，不改变大小，则动能不变，,A,错；由,E,k,知速度大的物体质量可能小，动能不一定大，故,B,错；动能定理,W,E,k2,E,k1,表示动能的变化可用合力做的功来量度，但功和能是两个不
