高中物理 動能動能定理

1、動能 動能定理動能定理是高中教學(xué)重點內(nèi)容，也是高考每年必考內(nèi)容，由此在高中物理教學(xué)中應(yīng)提起高度重視。一、教學(xué)目標(biāo)1理解動能的概念：（1）知道什么是動能。制中動能的單位是焦耳（J）；動能是標(biāo)量，是狀態(tài)量。（3）正確理解和運用動能公式分析、解答有關(guān)問題。2掌握動能定理：（1）掌握外力對物體所做的總功的計算，理解“代數(shù)和”的含義。（2）理解和運用動能定理。二、重點、難點分析1本節(jié)重點是對動能公式和動能定理的理解與應(yīng)用。2動能定理中總功的分析與計算在初學(xué)時比較困難，應(yīng)通過例題逐步提高學(xué)生解決該問題的能力。3通過動能定理進一步加深功與能的關(guān)系的理解，讓學(xué)生對功、能關(guān)系有更全面、深刻的認(rèn)識，這是本節(jié)的較高

2、要求，也是難點。三、主要教學(xué)過程（一）引入新課初中我們曾對動能這一概念有簡單、定性的了解，在學(xué)習(xí)了功的概念及功和能的關(guān)系之后，我們再進一步對動能進行研究，定量、深入地理解這一概念及其與功的關(guān)系。（二）教學(xué)過程設(shè)計1什么是動能？它與哪些因素有關(guān)？這主要是初中知識回顧，可請學(xué)生舉例回答，然后總結(jié)作如下板書：物體由于運動而具有的能叫動能，它與物體的質(zhì)量和速度有關(guān)。下面通過舉例表明：運動物體可對外做功，質(zhì)量和速度越大，動能越大，物體對外做功的能力也越強。所以說動能是表征運動物體做功的一種能力。2動能公式動能與質(zhì)量和速度的定量關(guān)系如何呢？我們知道，功與能密切相關(guān)。因此我們可以通過做功來研究能量。外力對物

3、體做功使物體運動而具有動能。下面我們就通過這個途徑研究一個運動物體的動能是多少。列出問題，引導(dǎo)學(xué)生回答：光滑水平面上一物體原來靜止，質(zhì)量為m，此時動能是多少？（因為物體沒有運動，所以沒有動能）。在恒定外力F作用下，物體發(fā)生一段位移s，得到速度v（如圖1），這個過程中外力做功多少？物體獲得了多少動能？樣我們就得到了動能與質(zhì)量和速度的定量關(guān)系：物體的動能等于它的質(zhì)量跟它的速度平方的乘積的一半。用Ek表示動能，則計算動能的公式為：由以上推導(dǎo)過程可以看出，動能與功一樣，也是標(biāo)量，不受速度方向的影響。它在國際單位制中的單位也是焦耳（J）。一個物體處于某一確定運動狀態(tài)，它的動能也就對應(yīng)于某一確定值，因此動

4、能是狀態(tài)量。下面通過一個簡單的例子，加深同學(xué)對動能概念及公式的理解。試比較下列每種情況下，甲、乙兩物體的動能：（除下列點外，其他情況相同）物體甲的速度是乙的兩倍；物體甲向北運動，乙向南運動；物體甲做直線運動，乙做曲線運動；物體甲的質(zhì)量是乙的一半。在學(xué)生得出正確答案后總結(jié)：動能是標(biāo)量，與速度方向無關(guān)；動能與速度的平方成正比，因此速度對動能的影響更大。3動能定理（1）動能定理的推導(dǎo)將剛才推導(dǎo)動能公式的例子改動一下：假設(shè)物體原來就具有速度v1，且水平面存在摩擦力f，在外力F作用下，經(jīng)過一段位移s，速度達到v2，如圖2，則此過程中，外力做功與動能間又存在什么關(guān)系呢？外力F做功：W1=Fs摩擦力f做功：

5、W2=-fs可見，外力對物體做的總功等于物體在這一運動過程中動能的增量。其中F與物體運動同向，它做的功使物體動能增大；f與物體運動反向，它做的功使物體動能減少。它們共同作用的結(jié)果，導(dǎo)致了物體動能的變化。將上述問題再推廣一步：若物體同時受幾個方向任意的外力作用，情況又如何呢？引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)出正確結(jié)論并板書：外力對物體所做的總功等于物體動能的增加，這個結(jié)論叫動能定理。用W總表示外力對物體做的總功，用Ek1表示物體初態(tài)的動能，用Ek2表示末態(tài)動能，則動能定理表示為：（2）對動能定理的理解動能定理是學(xué)生新接觸的力學(xué)中又一條重要規(guī)律，應(yīng)立即通過舉例及分析加深對它的理解。a對外力對物體做的總功的理解有的力促

6、進物體運動，而有的力則阻礙物體運動。因此它們做的功就有正、負之分，總功指的是各外力做功的代數(shù)和；又因為W總=W1W2=F1·sF2·s=F合·s，所以總功也可理解為合外力的功。b對該定理標(biāo)量性的認(rèn)識因動能定理中各項均為標(biāo)量，因此單純速度方向改變不影響動能大小。如勻速圓周運動過程中，合外力方向指向圓心，與位移方向始終保持垂直，所以合外力做功為零，動能變化亦為零，并不因速度方向改變而改變。c對定理中“增加”一詞的理解由于外力做功可正、可負，因此物體在一運動過程中動能可增加，也可能減少。因而定理中“增加”一詞，并不表示動能一定增大，它的確切含義為末態(tài)與初態(tài)的動能差，或稱

7、為“改變量”。數(shù)值可正，可負。d對狀態(tài)與過程關(guān)系的理解功是伴隨一個物理過程而產(chǎn)生的，是過程量；而動能是狀態(tài)量。動能定理表示了過程量等于狀態(tài)量的改變量的關(guān)系。4例題講解或討論主要針對本節(jié)重點難點動能定理，適當(dāng)舉例，加深學(xué)生對該定理的理解，提高應(yīng)用能力。例1一物體做變速運動時，下列說法正確的是 A合外力一定對物體做功，使物體動能改變B物體所受合外力一定不為零C合外力一定對物體做功，但物體動能可能不變D物體加速度一定不為零此例主要考察學(xué)生對涉及力、速度、加速度、功和動能各物理量的牛頓定律和動能定理的理解。只要考慮到勻速圓周運動的例子，很容易得到正確答案B、D。例2在水平放置的長直木板槽中，一木塊以6

8、.0ms的初速度開始滑動?；?.0m后速度減為4.0ms，若木板糟粗糙程度處處相同，此后木塊還可以向前滑行多遠？此例是為加深學(xué)生對負功使動能減少的印象，需正確表示動能定理中各物理量的正負。解題過程如下：設(shè)木板槽對木塊摩擦力為f，木塊質(zhì)量為m，據(jù)題意使用動能定理有：二式聯(lián)立可得：s2=3.2m，即木塊還可滑行3.2m。此題也可用運動學(xué)公式和牛頓定律來求解，但過程較繁，建議布置學(xué)生課后作業(yè)，并比較兩種方法的優(yōu)劣，看出動能定理的優(yōu)勢。例3如圖3，在水平恒力F作用下，物體沿光滑曲面從高為h1的A處運動到高為h2的B處，若在A處的速度為vA，B處速度為vB，則AB的水平距離為多大？可先讓學(xué)生用牛頓定律

9、考慮，遇到困難后，再指導(dǎo)使用動能定理。A到B過程中，物體受水平恒力F，支持力N和重力mg的作用。三個力做功分別為Fs，0和-mg（h2-h1），所以動能定理寫為：從此例可以看出，以我們現(xiàn)在的知識水平，牛頓定律無能為力的問題，動能定理可以很方便地解決，其關(guān)鍵就在于動能定理不計運動過程中瞬時細節(jié)。通過以上三例總結(jié)一下動能定理的應(yīng)用步驟：（1）明確研究對象及所研究的物理過程。（2）對研究對象進行受力分析，并確定各力所做的功，求出這些力的功的代數(shù)和。（3）確定始、末態(tài)的動能。（未知量用符號表示），根據(jù)動能定理列出方程W總Ek2Ek1（4）求解方程、分析結(jié)果我們用上述步驟再分析一道例題。例4如圖4所示，

10、用細繩連接的A、B兩物體質(zhì)量相等， A位于傾角為30°的斜面上，細繩跨過定滑輪后使A、B均保持靜止，然后釋放，設(shè)A與斜面間的滑動摩擦力為A受重力的0.3倍，不計滑輪質(zhì)量和摩擦，求B下降1m時的速度多大。讓學(xué)生自由選擇研究對象，那么可能有的同學(xué)分別選擇A、B為研究對象，而有了則將A、B看成一個整體來分析，分別請兩位方法不同的學(xué)生在黑板上寫出解題過程：三式聯(lián)立解得：v=1.4m/s解法二：將A、B看成一整體。（因二者速度、加速度大小均一樣），此時拉力T為內(nèi)力，求外力做功時不計，則動能定理寫為：f0.3mg二式聯(lián)立解得：v=1.4ms可見，結(jié)論是一致的，而方法二中受力體的選擇使解題過程簡化，因而在使用動能定理時要適當(dāng)選取研究對象。（三）課堂小結(jié)1對動能概念和計算公式再次重復(fù)強調(diào)。2對動能定理的內(nèi)容，應(yīng)用步驟，適用問題類型做必要總結(jié)。3通過動能定理，再次明確功和動能兩個概念的區(qū)別和聯(lián)系、加深對兩個物理量的理解。五、說明1由于計算功時質(zhì)點的位移和動能中的速度都與參考系有關(guān)。因此對學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較好的學(xué)生，可以補充講解功和動能對不同慣性系的相對性和動能定理的不變性。如時間較緊。