高中物理《必修2》动能和动能定理

动能与动能定理学习目标1.通过复习回顾知道推导能量的表达式时所采用的思想，知道推导动能过程；2.通过推导动能表达式过程，理解动能定理。3.通过例题解析及训练，能够利用动能定理进行简单的计算。光滑水平面上一物体原来静止，质量为m，此时动能是多少？（因为物体没有运动，所以没有动能）。在恒定外力F作用下，物体发生一段位移s，得到速度v（如图1），这个过程中外力做功多少？物体获得了多少动能？动能物体由于运动而具有的能量，称为动能质量为m的物体，以速度v运动时的动能是：2kmv21E1、标量2、状态量3、单位：焦耳（J)试比较下列每种情况下，甲、乙两物体的动能：（除下列点外，其他情况相同）①物体甲的速度是乙的两倍；②物体甲向北运动，乙向南运动；③物体甲做直线运动，乙做曲线运动；④物体甲的质量是乙的一半。动能是标量，与速度方向无关；动能与速度的平方成正比，因此速度对动能的影响更大动能定理的推导将刚才推导动能公式的例子改动一下：假设物体原来就具有速度v1，且水平面存在摩擦力f，在外力F作用下，经过一段位移s，速度达到v2，如图2，则此过程中，外力做功与动能间又存在什么关系呢？动能定理2122mv21-mv21W可以写成：12kkEEW力在一个过程中对物体做的功，等于物体在这个过程中动能的变化———动能定理力指的是合外力功指的是总功动能定理•物理意义合外力的功是物体动能变化的量度。•适用条件（1）动能定理既适用于直线运动，也适用于曲线运动。（2）既适用于恒力做功，也适用于变力做功。（3）力可以是各种性质的力，既可以同时作用，也可以不同时作用关于动能定理的理解(1)动能定理公式中等号表明合力做功与物体动能的变化间的三个关系：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单位关系：国际单位都是焦耳。③因果关系：合外力的功是引起物体动能变化的原因。(2)动能定理叙述中所说的“外力”，既可以是重力、弹力、摩擦力，也可以是电场力、磁场力或其他力。(3)动能定理中涉及的物理量有F、x、m、v、W、Ek等，在处理含有上述物理量的问题时，优先考虑使用动能定理。(4)高中阶段动能定理中的位移和速度应以地面或相对地面静止的物体为参考系用牛顿运动定律求解:一架喷气式飞机，质量m=5.0×103kg，起飞过程中从静止开始滑跑。当位移达到l=5.3×102m时，速度达到起飞速度v=60m/s。在此过程中飞机受到的平均阻力是飞机重量的0.02倍。求飞机受到的牵引力。F合=F-F阻=F-kmg=ma②a＝2lv2由v2－v02=2al得①由①②得F=+kmg2lmv2例题用动能定理求解：用牛顿运动定律求解:a＝2lv2由v2－v02=2al得①F合=F-F阻=F-kmg=ma②由①②得F=+kmg2lmv2一质量为m、速度为v0的汽车在关闭发动机后于水平地面滑行了距离l后停了下来。试求汽车受到的阻力。用动能定理求解：W合=-F阻l=0-mv0212用牛顿运动定律求解：由v2－v02=2al得①a＝-2lv02由①②得F阻=2lmv02F合=0-F阻=ma②由动能定理得∴F阻=2lmv02例题练习关于动能的理解，下列说法正确的是（）A.动能是普遍存在的机械能的一种基本形式，凡是运动的物体都具有动能B.动能总是正值，但对于不同的参考系，同一物体的动能大小是不同的C.一定质量的物体，动能变化时，速度一定变化，但是速度变化时，动能不一定变化D.动能不变的物体，一定处于平衡状态2、物体沿高H的光滑斜面从顶端由静止下滑，求它滑到底端时的速度大小。练习H将质量m=2kg的一块石头从离地面H=2m高处由静止开始释放，落入泥潭并陷入泥中h=5cm深处，不计空气阻力，求泥对石头的平均阻力。（g取10m/s2）解答：石头在空中只受重力作用；在泥潭中受重力和泥的阻力。对石头在整个运动阶段应用动能定理，有所以，泥对石头的平均阻力•如图所示，AB为1/4圆弧轨道，半径为R=0.8m，BC是水平轨道，长S=3m，BC处的摩擦系数为μ=1/15，今有质量m=1kg的物体，自A点从静止起下滑到C点刚好停止。求物体在轨道AB段所受的阻力对物体做的功。解答：物体在从A滑到C的过程中，有重力、AB段的阻力、BC段的摩擦力共三个力做功，WG=mgR，fBC=umg由于物体在AB段受的阻力是变力，做的功不能直接求。根据动能定理可知：W外=0，所以mgR-umgS-WAB=0即WAB=mgR-umgS=1×10×0.8-1×10×3/15=6(J)解题步骤1.选择对象并受力分析2.明确研究的过程指出初、末态的动能3.计算合外力的总功4.根据动能定理列式求解《动能定理》的解题思路训练（一）用动能定理可求力例1一物体质量为10kg，在平行于斜面的拉力F的作用下沿斜面向上运动，斜面于物体间的滑动摩擦系数为μ=0.1，当物体运动到斜面中点时，去掉力F，物体刚好可运动到斜面顶端停下，设斜面倾角为300，取g=10m/s2，求拉力F。(二)用动能定理可求恒力、变力的功例2一质量为m的小球，用长为L的轻绳悬挂于O点，小球在水平力F，的作用下，从平衡位置P点很缓慢的移动到Q点，如图所示，则力F所做的功为多少？（三）用动能定理可求物体的位移例3一列车厢，沿平直的铁轨行驶，所受阻力的大小恒为f=2000N，从车站开出时车头对车厢的牵引力恒为6000N，当行驶一段距离S1=50米后，车厢与车头脱钩，求脱钩后车厢继续向前滑行的距离S2。（四）用动能定理可求物体的速度例4一个质点在一个恒力F的作用下由静止开始运动，速度达到v，然后换成一个方向相反的大小为3F的恒力作用，经过一段时间后，质点回到出发点，求质点回到原出发点时的速度。3、应用动能定理解题步骤:1、动能:物体由于运动而具有的能。2、动能定理:合外力对物体做的总功，等于物体动能的变化。212kEmv=22211122Wmvmv总＝-21kkWEE总=-1)、确定研究对象及运动过程2)、分析物体在运动过程中的受力情况，明确每个力是否做功，是做正功还是负功3)、明确初状态和末状态的动能，写出始末状态动能的表达式4)、根据动能定理列原始方程求解。