高中物理教科版必修二課件：第4章第4節(jié)《動(dòng)能和動(dòng)能定理》

歡迎進(jìn)入物理課堂 第4節(jié)動(dòng)能動(dòng)能定理 核心要點(diǎn)突破 課堂互動(dòng)講練 知能優(yōu)化訓(xùn)練 第4節(jié) 課前自主學(xué)案 課標(biāo)定位 課標(biāo)定位 應(yīng)用 1 運(yùn)用動(dòng)能定理解決實(shí)際問題 2 求解變力做功問題 理解 1 動(dòng)能定理及其推導(dǎo)過程 2 做功過程的實(shí)質(zhì) 認(rèn)識(shí) 1 動(dòng)能及其表達(dá)式 2 動(dòng)能定理內(nèi)容 公式 課前自主學(xué)案 運(yùn)動(dòng) 3 單位 與功的單位相同 國際單位為 1J 4 物理量特點(diǎn) 1 具有瞬時(shí)性 是狀態(tài)量 2 具有相對性 選取不同的參考系 同一物體的動(dòng)能一般不同 一般是指相對于地面的 3 是標(biāo)量 沒有方向 Ek 0 焦耳 1N m 1kg m2 s2 max 2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 1 實(shí)驗(yàn)裝置 應(yīng)用必修1中 探究a與F m之間的定量關(guān)系 的實(shí)驗(yàn)裝置 如圖4 4 2所示 圖4 4 2 2 實(shí)驗(yàn)原理 從打出的紙帶及拉力F與小車質(zhì)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析 利用紙帶測量數(shù)據(jù) 計(jì)算小車打下各計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)的 進(jìn)而驗(yàn)證小車運(yùn)動(dòng)到打下各計(jì)數(shù)點(diǎn)過程中合外力對它做的功W與 的相等關(guān)系 瞬時(shí)速度 動(dòng)能增加 Ek Ek2 Ek1 說明 a 式中W為 它等于各力做功的 b 如果外力做正功 物體的 外力做負(fù)功 物體的 3 適用范圍 不僅適用 做功和 運(yùn)動(dòng) 也適用于 做功和 運(yùn)動(dòng)情況 合力所做的功 代數(shù)和 動(dòng)能增加 動(dòng)能減少 恒力 直線 變力 曲線 思考感悟一個(gè)物體如果在運(yùn)動(dòng)過程中 其動(dòng)能保持不變 則這個(gè)物體一定做勻速直線運(yùn)動(dòng) 這種看法正確嗎 核心要點(diǎn)突破 一 對動(dòng)能定理的理解1 W的含義 包含重力在內(nèi)的所有外力所做的功 2 W的求法 動(dòng)能定理中的W表示的是合力的功 可以應(yīng)用W F合 xcos 僅適用于恒定的合外力 計(jì)算 還可以先求各個(gè)力的功再求其代數(shù)和W W1 W2 Wn W雖然是標(biāo)量 但有正負(fù) 求和時(shí)數(shù)值連同正負(fù)號一并代入 3 W與 Ek的關(guān)系 合外力做功是引起物體動(dòng)能變化的原因 動(dòng)能變化的多少要靠合力做功的數(shù)值來度量 動(dòng)能定理反映了合外力做功過程的實(shí)質(zhì)是其他形式的能和動(dòng)能的相互轉(zhuǎn)化 只不過其他形式的能并不出現(xiàn) 而以外力做功的形式來出現(xiàn) 4 相似關(guān)系對比 特別提醒 1 W為合力的功或各個(gè)外力做功的代數(shù)和 有正 負(fù)之分 2 注意 Ek Ek末 Ek初 順序不可顛倒 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 1 下列關(guān)于運(yùn)動(dòng)物體所受合力做功和動(dòng)能變化的關(guān)系正確的是 A 如果物體所受合力為零 則合力對物體做的功一定為零B 如果合力對物體所做的功為零 則合力一定為零C 物體在合力作用下做變速運(yùn)動(dòng) 動(dòng)能一定發(fā)生變化D 物體的動(dòng)能不變 所受合力一定為零 解析 選A 物體所受合力為零 則合力做功為零 物體的動(dòng)能變化為零 但如果物體所受合力不為零 合力對物體做功也可能為零 動(dòng)能變化為零 如勻速圓周運(yùn)動(dòng) 故A正確 二 動(dòng)能定理的應(yīng)用1 應(yīng)用動(dòng)能定理解題的步驟 1 確定研究對象和研究過程 2 對研究對象進(jìn)行受力分析 研究對象以外的物體施于研究對象的力都要分析 含重力 3 寫出該過程中合外力做的功 或分別寫出各個(gè)力做的功 注意功的正負(fù) 如果研究過程中物體受力情況有變化 要分別寫出該力在各個(gè)階段做的功 4 寫出物體的初 末動(dòng)能 注意動(dòng)能增量是末動(dòng)能減初動(dòng)能 5 按照動(dòng)能定理列式求解 2 應(yīng)用動(dòng)能定理的優(yōu)越性 1 對于變力作用或曲線運(yùn)動(dòng) 動(dòng)能定理提供了一種計(jì)算變力做功的簡便方法 功的計(jì)算公式W Fxcos 只能求恒力做的功 不能求變力的功 而由于動(dòng)能定理提供了一個(gè)物體的動(dòng)能變化 Ek與合外力對物體所做功具有等量代換關(guān)系 因此已知 或求出 物體的動(dòng)能變化 Ek Ek2 Ek1 就可以間接求得變力做功 2 與用牛頓定律解題的比較 兩種思路對比可以看出應(yīng)用動(dòng)能定理解題不涉及加速度 時(shí)間 不涉及矢量運(yùn)算 運(yùn)算簡單不易出錯(cuò) 特別提醒 動(dòng)能定理雖然是在物體受恒力作用 沿直線做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的情況下推導(dǎo)出來的 但是對于外力是變力或物體做曲線運(yùn)動(dòng) 動(dòng)能定理都成立 三 動(dòng)能定理在多過程或多個(gè)物體問題中的應(yīng)用1 動(dòng)能定理在多過程問題中的應(yīng)用 1 對于多個(gè)物理過程要仔細(xì)分析 將復(fù)雜的過程分割成一個(gè)一個(gè)子過程 分別對每個(gè)過程分析 得出每個(gè)過程遵循的規(guī)律 當(dāng)每個(gè)過程都可以運(yùn)用動(dòng)能定理時(shí) 可以選擇分段或全程應(yīng)用動(dòng)能定理更簡單 方便 2 應(yīng)用全程法解題求功時(shí) 有些力不是全過程都作用的 必須根據(jù)不同的情況分別對待 弄清楚物體所受的力在哪段位移上做功 哪些力做功 做正功還是負(fù)功 正確寫出總功 2 動(dòng)能定理在兩個(gè) 或多個(gè) 相互關(guān)聯(lián)的物體系統(tǒng)中的應(yīng)用 1 從嚴(yán)格意義上講課本上講的動(dòng)能定理是質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能定理 即質(zhì)點(diǎn)動(dòng)能的增量等于作用于質(zhì)點(diǎn)的合外力所做的功 對于由相互作用的若干質(zhì)點(diǎn)組成的系統(tǒng) 動(dòng)能的增量在數(shù)值上等于一切外力所做的功與一切內(nèi)力所做功的代數(shù)和 稱為系統(tǒng)動(dòng)能定理 2 由于作用力與反作用力的功代數(shù)和不一定等于零 所以對于系統(tǒng)只考慮外力做功而應(yīng)用動(dòng)能定理很可能要犯錯(cuò) 所以往往把系統(tǒng)內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)隔離分析 分別應(yīng)用動(dòng)能定理比較合適 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 圖4 4 43 如圖4 4 4所示 AB為1 4圓弧軌道 BC為水平直軌道 圓弧的半徑為R BC的長度也是R 一質(zhì)量為m的物體與兩個(gè)軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)都是 當(dāng)它由軌道頂端A從靜止開始下落 恰好運(yùn)動(dòng)到C處停止 那么物體在AB段克服摩擦力做的功為多少 解析 在全過程應(yīng)用動(dòng)能定理可得 mgR WAB mgR 0解得WAB 1 mgR 答案 1 mgR 課堂互動(dòng)講練 一輛汽車以v1 6m s的速度沿水平路面行駛時(shí) 急剎車后能滑行x1 3 6m 如果以v2 8m s的速度行駛 在同樣路面上急剎車后滑行的距離x2應(yīng)為 A 6 4mB 5 6mC 7 2mD 10 8m 思路點(diǎn)撥 急剎車后 車只受摩擦力的作用 且兩種情況下摩擦力大小是相等的 汽車的末速度是零 可由動(dòng)能定理列出方程求解 答案 A 方法總結(jié) 本題中的合外力為恒力 還可用牛頓運(yùn)動(dòng)定律求解 但在變力作用的情況下 牛頓運(yùn)動(dòng)定律就不能使用了 而動(dòng)能定理仍可使用 變式訓(xùn)練1有一質(zhì)量為m的木塊 從半徑為r的圓弧曲面上的a點(diǎn)滑向b點(diǎn) 如圖4 4 5所示 如果由于摩擦使木塊的運(yùn)動(dòng)速率保持不變 則以下敘述正確的是 A 木塊所受的合外力為零B 因木塊所受的力都不對其做功 所以合外力的功為零C 重力和摩擦力的功為零D 重力和摩擦力的合力為零 圖4 4 5 解析 選C 物體做曲線運(yùn)動(dòng) 速度方向變化 加速度不為零 合外力不為零 A錯(cuò) 速率不變 動(dòng)能不變 由動(dòng)能定理知 合外力做功為零 支持力始終不做功 重力做正功 所以重力做的正功與阻力做的負(fù)功代數(shù)和為零 但重力和阻力的合力不為零 C對 B D錯(cuò) 如圖4 4 6所示 一半徑為R的光滑圓弧軌道與水平面相切 一小球與圓弧軌道的底端相距為x 現(xiàn)給小球一初速度 它恰能通過圓弧軌道的最高點(diǎn) 已知小球與水平面的動(dòng)摩擦因數(shù)為 求小球初速度的大小 圖4 4 6 思路點(diǎn)撥 小球恰能通過圓弧軌道的最高點(diǎn) 說明小球在最高點(diǎn)時(shí)只有重力提供向心力 根據(jù)動(dòng)能定理求解 方法總結(jié) 本題是動(dòng)能定理與圓周運(yùn)動(dòng)的綜合題 關(guān)鍵是小球恰能通過圓弧軌道最高點(diǎn)這一隱含條件的挖掘 本題也可以水平運(yùn)動(dòng) 圓弧運(yùn)動(dòng)分段列式 但不如全程應(yīng)用動(dòng)能定理簡便 變式訓(xùn)練2如圖4 4 7所示 有一個(gè)質(zhì)量為m 0 05kg的小滑塊靜止在高度h 1 25m的水平桌面上 小滑塊到桌子右邊緣的距離s 1 0m 小滑塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù) 0 35 重力加速度g 10m s2 現(xiàn)給小滑塊一個(gè)瞬間作用力 使其以v0 4 0m s的初速度沿水平桌面向右滑動(dòng) 不計(jì)空氣阻力 求 小滑塊經(jīng)多長時(shí)間落地 圖4 4 7 答案 0 79s 知能優(yōu)化訓(xùn)練 本部分內(nèi)容講解結(jié)束 點(diǎn)此進(jìn)入課件目錄 按ESC鍵退出全屏播放 謝謝使用 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全