高中物理機(jī)械能守恒定律動(dòng)能和動(dòng)能定理課件新人教必修PPT課件

1、7 7動(dòng)能和動(dòng)能定理第1頁/共24頁磁懸浮列車在牽引力的作用下（不計(jì)阻力），速度逐磁懸浮列車在牽引力的作用下（不計(jì)阻力），速度逐漸增大漸增大 列車的動(dòng)能如何變化？變化的原列車的動(dòng)能如何變化？變化的原因是什么？它的動(dòng)能大小與什么因因是什么？它的動(dòng)能大小與什么因素有關(guān)系呢？素有關(guān)系呢？第2頁/共24頁 通過上節(jié)的實(shí)驗(yàn)，我們已經(jīng)知道力對(duì)物體做功與物體速度變化的關(guān)系，即Wv2。這個(gè)結(jié)果向我們提示：物體動(dòng)能的表達(dá)式中可能包含v2這個(gè)因子。本節(jié)我們將用數(shù)學(xué)的方式進(jìn)行理論推導(dǎo)，如果理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)論相吻合，結(jié)論就是正確的。第3頁/共24頁 同一輛卡車，速度大的和速度小的誰同一輛卡車，速度大的和速度小的誰動(dòng)能大？

2、動(dòng)能大？ 問題：?jiǎn)栴}：結(jié)論：結(jié)論：一輛大卡車和一輛小轎車以相同的速度運(yùn)動(dòng)，一輛大卡車和一輛小轎車以相同的速度運(yùn)動(dòng)，誰的動(dòng)能大？誰的動(dòng)能大？1、動(dòng)能的概念：物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能叫動(dòng)能。一、動(dòng)能一、動(dòng)能2.2.影響動(dòng)能大小的因素：影響動(dòng)能大小的因素： 物體的動(dòng)能與物體的質(zhì)量和速度有關(guān)，質(zhì)量物體的動(dòng)能與物體的質(zhì)量和速度有關(guān)，質(zhì)量越大，速度越大，物體所具有的動(dòng)能也就越大。越大，速度越大，物體所具有的動(dòng)能也就越大。第4頁/共24頁（2 2）該過程中）該過程中F F產(chǎn)生的加速度是多少？產(chǎn)生的加速度是多少？（3 3）能否用）能否用v v1 1、v v2 2表示位移表示位移L L？ （4 4）將（）將（2

3、2）（）（3 3）式代入（）式代入（1 1）式將得到什么？）式將得到什么？情景一：如圖所示，一個(gè)質(zhì)量為情景一：如圖所示，一個(gè)質(zhì)量為m m的物體在恒力的物體在恒力F F的的作用下沿光滑水平面由作用下沿光滑水平面由A A位置運(yùn)動(dòng)到位置運(yùn)動(dòng)到B B位置，前進(jìn)的位位置，前進(jìn)的位移為移為l l，A A位置時(shí)的速度為位置時(shí)的速度為v v1 1，B B位置時(shí)的速度為位置時(shí)的速度為v v2 2。（。（w w用用m m 、v v1 1、v v2 2表示）表示）（1 1）該過程中）該過程中F F做多少功？做多少功？由牛頓第二定律得：由牛頓第二定律得：F=maF=ma avvL22122W=FL W=FL 2122

4、2121mvmvW第5頁/共24頁 情景二：一質(zhì)量為情景二：一質(zhì)量為m m的物體的物體, ,從一定從一定高處自由下落，高處自由下落，落地時(shí)速度為落地時(shí)速度為v v，求此過程力對(duì)物體做功是多少？，求此過程力對(duì)物體做功是多少？（用題中給出符號(hào)表示）（用題中給出符號(hào)表示）H第6頁/共24頁情景三：一質(zhì)量為情景三：一質(zhì)量為m m物體沿一定高度的光滑斜面物體沿一定高度的光滑斜面從頂端以速度從頂端以速度v v1 1下滑，當(dāng)它滑到斜面底端時(shí)的速下滑，當(dāng)它滑到斜面底端時(shí)的速度大小為度大小為v v2 2. .求此過程力對(duì)物體做功是多少？求此過程力對(duì)物體做功是多少？（用題中給出符號(hào)表示）（用題中給出符號(hào)表示）H第

5、7頁/共24頁WG=mgh1-mgh22121mv 對(duì)照可知對(duì)照可知 必然是一種能量，而且是必然是一種能量，而且是與物體的速度相關(guān)的能量。與物體的速度相關(guān)的能量。 就是我們探究的就是我們探究的動(dòng)能的表達(dá)式。動(dòng)能的表達(dá)式。221mv221mvW=-2221mvE EK K對(duì)照對(duì)照第8頁/共24頁1、動(dòng)能的概念：物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能叫動(dòng)能。一、動(dòng)能一、動(dòng)能2、動(dòng)能的計(jì)算式：3、在國(guó)際單位制中的單位也是焦耳焦耳(J)(J)。22/111smkgmNJ4、動(dòng)能的特點(diǎn)：212kEmv第9頁/共24頁（1 1）動(dòng)能是）動(dòng)能是標(biāo)量標(biāo)量，且具有，且具有非負(fù)性非負(fù)性，動(dòng)能只與，動(dòng)能只與物體的速度大小有關(guān)，與速

6、度方向無關(guān)物體的速度大小有關(guān)，與速度方向無關(guān), ,且速且速度對(duì)動(dòng)能影響比質(zhì)量大。度對(duì)動(dòng)能影響比質(zhì)量大。（2 2）動(dòng)能是）動(dòng)能是狀態(tài)量狀態(tài)量，v v是是瞬時(shí)速度瞬時(shí)速度。在某一時(shí)。在某一時(shí)刻，物體具有一定的速度，也就具有一定的動(dòng)刻，物體具有一定的速度，也就具有一定的動(dòng)能。能。（3 3）動(dòng)能具有）動(dòng)能具有相對(duì)性相對(duì)性，相對(duì)不同的參考系，相對(duì)不同的參考系，物體速度有不同的瞬時(shí)值，也就具有不同的動(dòng)物體速度有不同的瞬時(shí)值，也就具有不同的動(dòng)能，一般都以地面為參考系研究物體的運(yùn)動(dòng)。能，一般都以地面為參考系研究物體的運(yùn)動(dòng)。第10頁/共24頁 例例 改變汽車的質(zhì)量和速度，都能使汽車改變汽車的質(zhì)量和速度，都能使汽

7、車的動(dòng)能發(fā)生改變，在下列幾種情況下，汽的動(dòng)能發(fā)生改變，在下列幾種情況下，汽車的動(dòng)能各是原來的幾倍？車的動(dòng)能各是原來的幾倍？ （1 1）質(zhì)量不變，速度增大到原來的）質(zhì)量不變，速度增大到原來的2 2倍；倍； （2 2）速度不變，質(zhì)量增大到原來的）速度不變，質(zhì)量增大到原來的2 2倍；倍； （3 3）質(zhì)量減半，速度增大到原來的）質(zhì)量減半，速度增大到原來的4 4倍；倍； （4 4）速度減半，質(zhì)量增大到原來的）速度減半，質(zhì)量增大到原來的4 4倍。倍。 練習(xí)練習(xí)4倍2倍8倍不變第11頁/共24頁W mv22 mv122、動(dòng)能定理的表達(dá)式：二二. .動(dòng)能定理動(dòng)能定理1、動(dòng)能定理的內(nèi)容：WEk2Ek1 W Ek

8、第12頁/共24頁問題問題2：如果物體受到幾個(gè)力作用如果物體受到幾個(gè)力作用,動(dòng)能定理中動(dòng)能定理中的的W表示的物理意義是什么？表示的物理意義是什么？合力所做的總功合力所做的總功 mv22 mv12合WW合合Ek2Ek1=Ek合力做合力做的功的功末態(tài)的動(dòng)能末態(tài)的動(dòng)能初態(tài)的初態(tài)的動(dòng)能動(dòng)能Ek末、Ek初的順序不可顛倒 W為合力的功或各個(gè)外力做功的代數(shù)和,有正、負(fù)的區(qū)別,功的正負(fù)不能出現(xiàn)錯(cuò)亂3、動(dòng)能定理的一般式：例 靜止于粗糙水平面上的1 kg的物體,在水平拉力作用下勻加速前進(jìn),水平拉力F=2 N,物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.1,物體在該力作用下運(yùn)動(dòng)了2 m,速度從0變?yōu)? m/s。試計(jì)算：（1）拉

9、力做的功 （2）摩擦力(或重力)做的功（3）合力做的功（4）物體動(dòng)能的變化4 J-2 J2 J增加增加2 J(或或2 J)情景：如圖所示，一個(gè)質(zhì)量為情景：如圖所示，一個(gè)質(zhì)量為m m的物體在恒力的物體在恒力F F的作的作用下沿光滑水平面由用下沿光滑水平面由A A位置運(yùn)動(dòng)到位置運(yùn)動(dòng)到B B位置，前進(jìn)的位移位置，前進(jìn)的位移為為l l，A A位置時(shí)的速度為位置時(shí)的速度為v v1 1，B B位置時(shí)的速度為位置時(shí)的速度為v v2 2。（。（w w用用m m 、v v1 1、v v2 2表示）表示）第13頁/共24頁4.動(dòng)能定理的含義 (1) (1)因?yàn)閯?dòng)能定理中功和能均與參考系的選取有關(guān)，所以動(dòng)能定理也與

10、參因?yàn)閯?dòng)能定理中功和能均與參考系的選取有關(guān)，所以動(dòng)能定理也與參考系的選取有關(guān)中學(xué)物理中一般取地面為參考系考系的選取有關(guān)中學(xué)物理中一般取地面為參考系 (2) (2)做功的過程是能量轉(zhuǎn)化的過程，動(dòng)能定理表達(dá)式中的做功的過程是能量轉(zhuǎn)化的過程，動(dòng)能定理表達(dá)式中的“”的意義是的意義是一種因果關(guān)系在數(shù)值上相等的符號(hào)，它并不意味著一種因果關(guān)系在數(shù)值上相等的符號(hào)，它并不意味著“功就是動(dòng)能增量功就是動(dòng)能增量”，也不，也不意味著意味著“功轉(zhuǎn)變成了動(dòng)能功轉(zhuǎn)變成了動(dòng)能”，而是意味著，而是意味著“功引起物體動(dòng)能的變化功引起物體動(dòng)能的變化”(3)(3)動(dòng)能定理公式兩邊的每一項(xiàng)都是標(biāo)量，因此動(dòng)能定理是一個(gè)標(biāo)量方動(dòng)能定理公式

11、兩邊的每一項(xiàng)都是標(biāo)量，因此動(dòng)能定理是一個(gè)標(biāo)量方程程(4)(4)若若E Ek2k2E Ek1k1，即，即W W總總0 0，合力對(duì)物體做正功，物體的動(dòng)能增加；若，合力對(duì)物體做正功，物體的動(dòng)能增加；若E Ek2k2E Ek1k1，即，即W W總總0 0，合力對(duì)物體做負(fù)功，物體的動(dòng)能減少，合力對(duì)物體做負(fù)功，物體的動(dòng)能減少第14頁/共24頁方法二：動(dòng)能定理方法二：動(dòng)能定理:方法一：牛頓運(yùn)動(dòng)定律方法一：牛頓運(yùn)動(dòng)定律:一架噴氣式飛機(jī)，質(zhì)量一架噴氣式飛機(jī)，質(zhì)量m=5.0103kg，起，起飛過程中從靜止開始滑跑。當(dāng)位移達(dá)到飛過程中從靜止開始滑跑。當(dāng)位移達(dá)到l=5.3102m時(shí)，速度達(dá)到起飛速度時(shí)，速度達(dá)到起飛速

12、度v=60m/s。在此過程中飛機(jī)受到的平均阻。在此過程中飛機(jī)受到的平均阻力是飛機(jī)重量的力是飛機(jī)重量的0.02倍。求飛機(jī)受到的牽倍。求飛機(jī)受到的牽引力。引力。F合合= =F- -F阻阻= =F- - kmg = =ma 分別用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和動(dòng)能定理求解2lv2由由 v2v02 = =2al 得得 a 由由 得得F= = + + kmg2lmv2s第15頁/共24頁1 1找對(duì)象（常是單個(gè)物體）找對(duì)象（常是單個(gè)物體） 解：對(duì)飛機(jī)解：對(duì)飛機(jī)kmgsmvF228 . 9100 . 502. 0103 . 5260100 . 53223N4108 . 12 2受受力力分分析析sFNGFf3 3確確定定各各

13、力力做做功功Fskmgs4 4運(yùn)動(dòng)情況分析運(yùn)動(dòng)情況分析221mv由動(dòng)能定理有由動(dòng)能定理有5 5建方程建方程第16頁/共24頁明確初末狀態(tài)的動(dòng)能明確初末狀態(tài)的動(dòng)能第17頁/共24頁一質(zhì)量為一質(zhì)量為m m、速度為、速度為v v0 0 的汽車在關(guān)閉發(fā)動(dòng)的汽車在關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)后于水平地面滑行了距離機(jī)后于水平地面滑行了距離l l 后停了下后停了下來。試求汽車受到的阻力。來。試求汽車受到的阻力。方法二：動(dòng)能定理方法二：動(dòng)能定理：W合合= = - -F阻阻l = = 0 - -mv021 12 2方法一：牛頓運(yùn)動(dòng)定律方法一：牛頓運(yùn)動(dòng)定律：由由 v2v02 = =2al 得得 a- -2lv02由由 得得F阻阻=

14、 = 2lmv02F合合= = 0 - -F阻阻= = ma 由動(dòng)能定理得由動(dòng)能定理得F阻阻= =2lmv02 分別用牛分別用牛頓運(yùn)動(dòng)定律頓運(yùn)動(dòng)定律和動(dòng)能定理和動(dòng)能定理求解求解第18頁/共24頁拓展拓展1 鐵球從鐵球從1m高處掉入沙坑高處掉入沙坑,已知鐵球在下陷過已知鐵球在下陷過程中受到沙子的平均阻力為鐵球重力的程中受到沙子的平均阻力為鐵球重力的20倍倍,則鐵則鐵球在沙中下陷的深度為多少球在沙中下陷的深度為多少m? Hh第19頁/共24頁Hhmgmgf解法一：分段列式解法一：分段列式2102mgHmv自由下落：自由下落：2102mghfhmv沙坑減速：沙坑減速：解法二：全程列式解法二：全程列式()0mg Hhfh第20頁/共24頁 問題問題4：動(dòng)能定理是否可以應(yīng)用于變力做功動(dòng)能定理是否可以應(yīng)用于變力做功或物體做曲線運(yùn)動(dòng)的情況，該怎樣理解或物體做曲線運(yùn)動(dòng)的情況，該怎樣理解? ? (微元法微元法)把過程分解為很多小段，認(rèn)為物把過程分解為很多小段，認(rèn)為物體在每小段運(yùn)動(dòng)中受到的力是恒力，運(yùn)動(dòng)的體在每小段運(yùn)動(dòng)中受到的力是恒力，運(yùn)動(dòng)的軌跡是直線，這樣也能得到動(dòng)能定理軌跡是直線，這樣也能得到動(dòng)能定理第21頁/共24頁拓展拓展2 2 物體沿高物體沿高H的光滑斜面從頂端由靜止的光滑斜面從頂端由靜止下滑，求它滑到底端時(shí)的速度大小下滑，求它滑到底端時(shí)的速度大