2020高中物理第七章机械能守恒定律第7节动能和动能定理课件 人教版必修2 32页

第七章 机械能守恒定律 第七节　动能和动能定理 素养目标定位 ※ 知道动能的概念，会用动能的定义进行计算 ※ 掌握动能定理的内容、公式及适用条件 ※ 会用动能定理解决力学问题 ※ 感知生活中动能定理的应用，提高理论与实践相结合的能力 素养思维脉络 课前预习反馈 1 ．定义： 物体由于 ________ 而具有的能叫动能。 2 ． 表达式： E k ＝ __ __ __ __ 3 ． 单位： 与功的单位相同，国际单位 ___________ 1 kg · m 2 /s 2 ＝ 1 N · m ＝ 1 J 4 ． 标矢性 动能是 ________ ，只有大小，并且是状态量。 知识点 1 动能 运动　 焦耳 (J) 　 标量　 知识点 2 动能定理 动能　 初动能　 末动能　 合外力　 代数和　 3 ．适用范围 动能定理的研究对象是单个物体，或者是可以看成单一物体的物体系。 (1) 动能定理既适用于恒力做功，也适用于 ________ 做功。 (2) 动能定理既适用于直线运动，也适用于 ________ 运动。 4 ． 功能关系 (1) 合力做正功，物体动能 ________ ，其他形式的能转化为动能。 (2) 合力做负功，物体动能 ________ ，动能转化为其他形式的能。 变力　 曲线　 增加　 减少　 『 判一判 』 (1) 动能是状态量，是标量，只有正值，动能与速度方向无关。 ( 　　 ) (2) 由于速度具有相对性，所以动能也具有相对性。 ( 　　 ) (3) 动能定理既适用于直线运动和曲线运动，也适用于恒力和变力做功。 ( 　　 ) (4) 如果物体所受的合外力为零，那么，物体动能的变化量一定为零。 ( 　　 ) (5) 物体在合外力作用下做变速运动，动能一定变化。 ( 　　 ) 辨析思考 √ 　 √　 √　 √　 × 　 『 选一选 』 如图，某同学用绳子拉动木箱，使它从静止开始沿粗糙水平路面运动至具有某一速度。木箱获得的动能一定 ( 　　 ) 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： A 对、 B 错：由题意知， W 拉 － W 阻 ＝ Δ E k ，则 W 拉 ＞ Δ E k ； C 、 D 错： W 阻 与 Δ E k 的大小关系不确定。 A 　 『 想一想 』 质量为 m ＝ 50 kg 的滑雪运动员，以初速度 v 0 ＝ 4 m/s 从高度为 h ＝ 10 m 的弯曲滑道顶端 A 滑下，滑雪运动员在从 A 到 B 这段滑行过程中克服阻力做了 2 900 J 的功，则运动员滑到斜面底端 B 时的速度是多少？ ( g 取 10 m/s 2 ) 答案： 10 m/s 课内互动探究 探究一　对动能、动能定理的理解　 如图所示，让钢球从斜面上由静止滚下，打到一个小木块上，能将木块撞出一段距离。提高小球的初始高度 h ，小球滚下撞击木块的速度变大，木块就会被撞的远些，说明功与速度变化有着密切联系。请思考： 功与速度变化 ( 动能 ) 有什么关系？ 提示： 合外力所做的功等于物体动能的增量。 1 1 ．动能的 “ 四性 ” (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) 状态性：动能是表征物体运动状态的物理量，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。 (4) 瞬时性：动能具有瞬时性，与某一时刻或某一位置的速率相对应。 2 ．对动能定理的理解 (1) 表达式的理解 ①公式 W ＝ E k2 － E k1 中 W 是合外力做的功，不是某个力做的功， W 可能是正功，也可能是负功。 ② E k2 、 E k1 分别是末动能和初动能， E k2 可能大于 E k1 ，也可能小于 E k1 。 (2) W 的求法 动能定理中的 W 表示的是合外力的功，可以应用 W ＝ F 合 · l cos α ( 仅适用于恒定的合外力 ) 计算，还可以先求各个力的功再求其代数和， W ＝ W 1 ＋ W 2 ＋ … ＋ W n 。 (3) 动能定理公式中等号的意义 ①数量关系：即合外力所做的功与物体动能的变化具有等量代换关系。可以通过计算物体动能的变化，求合力的功，进而求得某一力的功。 ②单位相同：国际单位都是焦耳。 ③因果关系：合外力的功是物体动能变化的原因。 (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。 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。 　　　 　 ( 多选 ) 如图所示，电梯质量为 M ，在它的水平地板上放置一质量为 m 的物体。电梯在钢索的拉力作用下竖直向上加速运动，当电梯的速度由 v 1 增加到 v 2 时，上升高度为 H ，则在这个过程中，下列说法或表达式正确的是 ( 　 　 ) CD 　 典例 1 解题指导： (1) 应用动能定理时，要进行受力分析，分析在这个过程中有哪些力做功，注意区分功的正负。 (2) 应用动能定理时要注意选取的研究对象和对应过程，合力做的功和动能增量一定是对应同一研究对象的同一过程。 〔 对点训练 1〕 　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 ．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 解析： 力是改变物体速度的原因，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， A 、 B 错误。物体合外力做功，它的动能一定变化，速度也一定变化， 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。 C 　 探究二　动能定理的应用 如图所示，质量为 m 的小球以初速度 v 0 从山坡底部 A 处恰好冲上高为 h 的坡顶 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？ 2 2 ．动能定理与牛顿定律解题的比较 两种思路对比可看出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。 牛顿定律 动能定理 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 适用条件 只能研究恒力作用下物体做直线运动的情况 对于物体在恒力或变力作用下，物体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，结合运动学公式解题 只考虑各力的做功情况及初、末状态的动能 运算方法 矢量运算 代数运算 特别提醒： (1) 动能定理的研究对象是单一物体，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度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。 　　　 　 如图所示，小滑块从高为 h 的斜面上的 A 点，由静止开始滑下，经 B 点在水平面上滑到 C 点而停止，现在要使小滑块由 C 点沿原路径回到 A 点时速度为 0 ，那么必须给小滑块以多大的初速度？ ( 设小滑块经过 B 点时无能量损失 ) 典例 2 解题指导： (1) 动能定理反映了合力做功与初、末状态动能变化量之间的关系，初、末动能与初、末速度对应。 (2) 对全过程应用动能定理求解。 〔 对点训练 2〕 　 (2019 · 浙江温州九校高一下学期期中 ) 如图，小飞用手托着质量为 m 的 “ 地球仪 ” ，从静止开始沿水平方向运动，前进距离 L 后，速度为 v ( 地球仪与手始终相对静止，空气阻力不可忽略 ) ，地球仪与手掌之间的动摩擦因数为 μ ，则下列说法正确的是 ( 　　 ) A ．手对地球仪的作用力方向竖直向上 B ．地球仪所受摩擦力大小为 μmg C ．手对地球仪做的功等于 m v 2 /2 D ．地球仪对手做正功 C 　 核心素养提升 1 ．在涉及物体能量转化的过程中，有许多图像类问题，重点考查动能定理和识图能力。 2 ．分析方法： (1) 看清图像的种类，区分 v － t 图像、 F － t 图像、 P － t 图像、 E k － x 图像等。 (2) 找出纵坐标与横坐标的关系。 (3) 明确图像的斜率、截距、交点、面积等对应的物理意义。 动能定理与图像结合的分析方法 　　　　 　在粗糙的水平面上给滑块一定的初速度，使其沿粗糙的水平面滑动，经测量描绘出了滑块的动能与滑块的位移的变化规律图线，如图所示。用 μ 表示滑块与水平面之间的动摩擦因数，用 t 表示滑块在该水平面上滑动的时间，已知滑块的质量为 m ＝ 19 kg ， g ＝ 10 m/s 2 。则 μ 和 t 分别等于 ( 　　 ) A ． 0.01 、 10 s 　　　 B ． 0.01 、 5 s 　　　 C ． 0.05 、 10 s 　　　 D ． 0.05 、 5 s A 　 案 例