物理魯科版（2019）必修第二冊 1.3動能和動能定理課件

第3節(jié)動能和動能定理學(xué)習(xí)目標(biāo)思維導(dǎo)圖1.知道動能的定義和表達(dá)式,會計算物體的動能。2.會用牛頓第二定律與運動學(xué)公式推導(dǎo)動能定理,理解動能定理的含義。3.能用動能定理進(jìn)行相關(guān)分析與計算。必備知識自我檢測一、動能1.定義:物體因運動而具有的能量。2.表達(dá)式:Ek=mv2。3.單位:和功的單位相同,在國際單位制中都是焦耳。這是因為1kg·m2/s2=1N·m=1J。4.動能是標(biāo)量。必備知識自我檢測二、動能定理1.推導(dǎo):如圖所示,質(zhì)量為m的某物體初速度為v1,在與運動方向相同的合外力F的作用下發(fā)生了一段位移s,速度由v1增加到v2。合外力F做的功與物體動能變化的關(guān)系推導(dǎo)如下:2.內(nèi)容:合外力對物體所做的功等于物體動能的變化量。3.公式:W=Ek2-Ek1,其中W為合外力做的功。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。必備知識自我檢測1.正誤辨析(1)某物體的速度加倍,它的動能也加倍。(

)解析:由Ek=mv2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:√必備知識自我檢測2.在光滑水平面上,質(zhì)量為2kg的物體以2m/s的速度向東運動,當(dāng)對它施加一向西的力使它停下來,則該外力對物體做的功是(

)

A.-16J B.-8JC.-4J D.0解析:根據(jù)動能定理可知,合外力做的功等于動能的變化即W=0-mv2=-4

J。答案:C問題一問題二問題三隨堂檢測對動能及動能變化的理解情境導(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。讓小球從光滑斜面上滾下,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)阏J(rèn)為物體的動能可能與哪些因素有關(guān)?問題一問題二問題三隨堂檢測要點提示:甲與乙兩實驗中兩球的質(zhì)量相同,到達(dá)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(dá)底端的速度相同,兩球質(zhì)量不同,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)。問題一問題二問題三隨堂檢測知識點撥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:動能是表示物體運動狀態(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)。問題一問題二問題三隨堂檢測(1)表達(dá)式:ΔEk=Ek2-Ek1,即末動能減初動能。(2)物理意義:①ΔEk>0,表示動能增加;②ΔEk<0,表示動能減少;③ΔEk=0,表示動能不變。(3)變化原因:物體動能變化是因為合外力做功。合外力做正功則動能增加,合外力做負(fù)功則動能減少。(4)過程量:對應(yīng)物體從一個狀態(tài)到另一個狀態(tài)的動能變化過程。畫龍點睛

物體速度變化(如速度的大小不變、方向變化),物體的動能不一定變化。而動能變化,速度一定變化。問題一問題二問題三隨堂檢測實例引導(dǎo)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.動能可以為負(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)速度方向變化時,若其速度大小不變,則動能并不改變,故C正確;物體動能不變,可能是速度大小不變而速度方向變化,速度方向變化時,物體并不處于平衡狀態(tài),D錯誤。答案:AC問題一問題二問題三隨堂檢測規(guī)律方法

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。問題一問題二問題三隨堂檢測變式訓(xùn)練1(多選)在下列幾種情況中,甲、乙兩物體的動能相等的是(

)A.甲的速度是乙的2倍,乙的質(zhì)量是甲的2倍B.甲的質(zhì)量是乙的2倍,乙的速度是甲的2倍C.甲的質(zhì)量是乙的4倍,乙的速度是甲的2倍D.質(zhì)量相同,速度大小也相同,但甲向東運動,乙向西運動解析:動能是狀態(tài)量,它本身是一個標(biāo)量,沒有方向。根據(jù)動能的表達(dá)式Ek=mv2可知,如果甲的速度是乙的兩倍,質(zhì)量應(yīng)為乙的

,故A錯;同理可判斷B錯,C對;又因動能是標(biāo)量,沒有方向,所以D對。答案:CD問題一問題二問題三隨堂檢測對動能定理的理解情境導(dǎo)引在平直公路上,質(zhì)量為m的汽車由靜止開始做勻加速直線運動,經(jīng)過路程s,速度為v。關(guān)于汽車動能的變化和力做功的關(guān)系,有以下觀點,你認(rèn)為哪種觀點正確?要點提示:合外力的功是引起物體動能變化的原因,合外力的功等于動能的變化,觀點(2)正確。問題一問題二問題三隨堂檢測知識點撥對動能定理的理解研究過程運動過程中的某一階段或運動全過程表達(dá)式W=Ek2-Ek1①公式中W是合外力的功,不是某個力的功。②Ek2、Ek1分別是末動能和初動能,Ek2可能大于、小于或等于Ek1。③W、Ek2、Ek1中的位移和速度必須是相對于同一參考系,一般以地面或相對地面靜止的物體為參考系因果關(guān)系合外力對物體做功是引起物體動能變化的原因。①合外力做正功時,動能增大;②合外力做負(fù)功時,動能減小普遍性適用于恒力、變力做功,直線、曲線運動問題一問題二問題三隨堂檢測優(yōu)勢動能定理對應(yīng)的是一個過程,它只涉及物體初、末狀態(tài)的動能和整個過程中合外力的功,無需分析其中運動狀態(tài)變化的細(xì)節(jié),且涉及的功和動能均為標(biāo)量,無方向性,計算十分方便。因此用動能定理一般比用牛頓第二定律和運動學(xué)公式求解問題要簡便,甚至還能解決它們難以解決的問題畫龍點睛

動能定理說明了合外力的功是動能變化的原因。

問題一問題二問題三隨堂檢測實例引導(dǎo)例2

下列關(guān)于運動物體所受的合外力、合外力做功和動能變化的關(guān)系,正確的是(

)A.如果物體所受的合外力為零,那么合外力對物體做的功一定為零B.如果合外力對物體做的功為零,則合外力一定為零C.物體在合外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,則物體所受合外力一定是零問題一問題二問題三隨堂檢測解析:功是力與物體在力的方向上發(fā)生的位移的乘積,如果物體所受的合外力為零,那么合外力對物體做的功一定為零,A正確;如果合外力對物體做的功為零,可能是合外力不為零,而是物體在合外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,但速度方向有可能變化,因此合外力不一定為零,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。問題一問題二問題三隨堂檢測變式訓(xùn)練2(多選)質(zhì)量為m的小物塊在水平恒力F推動下,從山坡(粗糙)底部A處由靜止起運動至高為h的坡頂B,獲得速度為v,AB之間的水平距離為x,重力加速度為g。下列說法正確的是(

)A.小車克服重力所做的功是mgh問題一問題二問題三隨堂檢測答案:ABD問題一問題二問題三隨堂檢測動能定理的應(yīng)用情境導(dǎo)引如圖所示,質(zhì)量為m的小球以初速度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=0-,可求得小球克服阻力做的功。問題一問題二問題三隨堂檢測知識點撥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,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。問題一問題二問題三隨堂檢測2.應(yīng)用動能定理解題的一般步驟(1)選取研究對象(通常是單個物體或可看作一個物體的系統(tǒng)),明確它的運動過程。(2)對研究對象進(jìn)行受力分析,明確各力做功的情況,即是否做功,做正功還是負(fù)功,用已知量、未知量怎樣表示,求出各力做功的代數(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)合其他必要的關(guān)系方程求解。問題一問題二問題三隨堂檢測實例引導(dǎo)例3

如圖所示,一只20kg的狗拉著一個80kg的雪橇以3m/s的初速度沖上坡度為θ的斜坡。已知sinθ=,斜坡對雪橇的摩擦阻力恒為20N,狗拉雪橇上坡時的加速度為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)問題一問題二問題三隨堂檢測解析:套繩斷時,雪橇和狗的速度為v=v0+at=(3+0.2×10)

m/s=5

m/s套繩斷時,雪橇通過的坡長為s1=v0t+at2=40

m套繩斷開后,設(shè)雪橇在斜坡上滑行s2停下。套繩斷后雪橇受重力、支持力、阻力,其中重力做功WG=-mgsin

θ·s2,WN=0,Wf=-fs2。則由動能定理有-(mgsin

θ+f)s2=0-mv2,可得s2=10

m斜坡的長度s=s1+s2=40

m+10

m=50

m。答案:50m問題一問題二問題三隨堂檢測規(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,或者是可以看作一個物體的物體系統(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(dá)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。問題一問題二問題三隨堂檢測變式訓(xùn)練3(2018全國Ⅱ)如圖,某同學(xué)用繩子拉動木箱,使它從靜止開始沿粗糙水平路面運動至具有某一速度。木箱獲得的動能一定(

)A.小于拉力所做的功B.等于拉力所做的功C.等于克服摩擦力所做的功D.大于克服摩擦力所做的功解析:設(shè)拉力、克服摩擦力做功分別為WT、Wf,木箱獲得的動能為Ek,根據(jù)動能定理可知,WT-Wf=Ek,則Ek<WT,選項A正確。答案:A問題一問題二問題三隨堂檢測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作動能B.運動物體具有的能叫動能C.運