7.7动能和动能定理课件.ppt

7动能和动能定理物体由于运动而具有的能量叫做动能。在本章“1．追寻守恒量”中，已经知道与物体的质量和速度有关思考：物体的动能与哪些因素有关？是什么样的关系？结论：物体的质量越大，速度越大，它的动能就越大。那么，动能与物体的质量和速度之间有什么定量的关系呢？一、探究动能的表达式重力做功WG重力势能mgh弹力做功WF外力做功w弹性势能kx2/2动能表达式？探究物体动能表达式设质量为m的某物体，在与运动方向总相同的恒力F的作用下发生一段位移l，速度由v1增加到v2，如图所示。试寻求这个过程中力F做的功与v1、v2的关系？Fv1v2推导F做功表达式的过程W=FLL=(v22－v12)/2aa=F/mW=?结果与思考初态和末态的表达式均为“mv2/2”，这个“mv2/2”代表什么？W＝mv22－mv12末态初态m为物体的质量v为物体的瞬时速度单位：焦耳（J）Ek＝mv2二.动能我们对动能的表达式Ek＝mv2/2的理解1、动能是标量，且只有正值，动能只与物体的速度大小有关，与速度方向无关,且速度对动能影响比质量大。2、动能是状态量.V是瞬时速度。在某一时刻，物体具有一定的速度，也就具有一定的动能。3、动能具有相对性，对不同的参考系，物体速度有不同的瞬时值，也就具有不同的动能，一般都以地面为参考系研究物体的运动。关于动能的理解，下列说法正确的是：A、一定质量的物体，速度变化时，动能一定变化。B、一定质量的物体，速度不变时，动能一定不变。C、一定质量的物体，动能变化时，速度一定变化。D、一定质量的物体，动能不变时，速度一定不变。随堂练习W＝Ek2－Ek1=△Ek改写力在一个过程中对物体所做的功，等于物体在这个过程中动能的变化。W＝mv22－mv12三.动能定理动能是标量，只有正值，但△Ek有正负之分。当外力做正功时，W0，故△Ek0，即Ek2Ek1动能增加。当外力做负功时，W0，故△Ek0，即Ek2Ek1动能减少。思考与讨论（一）如果物体受到几个力作用,动能定理中的W表示的物理意义是什么？合力所做的总功。动能定理表述为：合力在一个过程中对物体所做的功，等于物体在这个过程中动能的变化。多个力作用W合＝Ek2－Ek1W合＝mv22/2－mv12/2举例说明上一节课做实验探究物体速度与力做功之间的关系时，曾经采用的一种方法是平衡摩擦力，实际上这时小车受到的橡皮筋的拉力就等于物体所受的合力．一架飞机在牵引力和阻力的共同作用下，在跑道上加速运动．速度越来越大，动能越来越大．这个过程中是牵引力和阻力都做功，牵引力做正功，阻力做负功，牵引力和阻力的合力做了多少功，飞机的动能就变化了多少．思考与讨论（二）动能定理是否可以应用于变力做功或物体做曲线运动的情况，该怎样理解?把过程分解为很多小段，认为物体在每小段运动中受到的力是恒力，运动的轨迹是直线，这样也能得到动能定理．应用动能定理解题一般步骤（尤其是变力功、曲线运动）：1.明确对象和过程：（通常是单个物体）2.作二分析：⑴受力分析，确定各力做功及其正负⑵确定初、末速度,明确初末状态的动能3.由动能定理列方程：W合＝mv22/2－mv12/2sFf例1、一架喷气式飞机，质量，起飞过程中从静止开始滑跑的路程为时，达到起飞速度。在此过程中飞机受到的平均阻力是飞机重量的0.02倍（k=0.02）。求飞机受到的牵引力F。kgm3100.5ms2103.5smv/60应用1：恒力+直线运动GFN1找对象（常是单个物体）解：对飞机由动能定理有221mvkmgsFskmgsmvF228.9100.502.0103.5260100.53223N4108.1启发：此类问题，牛顿定律和动能定理都适用，但动能定理更简洁明了。sF1F23确定各力做功4运动情况分析5建方程2受力分析例4、在h高处，以初速度v0向水平方向抛出一小球，不计空气阻力，小球着地时速度大小为（）C应用2：恒力+曲线运动21222121mvmvW总不涉及物理运动过程中的加速度和时间，而只与物体的初末状态有关，在涉及有关的力学问题，优先应用动能定理。例8:如下图，三小球完全相同，均从离地面高H处无初速释放，不计摩擦，求小球的落地速度。小结：应用动能定理处理问题时，不需要考虑物体运动细节、运动方向，用动能定理处理问题比牛顿运动定律方便。不需要考虑物体运动细节，运动方向典型应用HH答案：√2gH一质量为m的小球，用长为L的轻绳悬挂于O点。小球在水平拉力F作用下，从平衡位置P点很缓慢地移动到Q点，细线偏离竖直方向的角度为θ，如图所示。则拉力F做的功是：A.mgLcosθB.mgL(1－cosθ)C.FLcosθD.FL应用3：变力做功瞬间力做功问题例9:运动员踢球的平均作用力为200N,把一个静止的质量为1kg的球以10m/s的速度踢出,水平面上运动50m后停下,则运动员对球做的功?FS=50mvov=0求变力做功问题如果运动员踢球时，球以10m/s迎面飞来,踢出速度仍为10m/s,则运动员对球做的功为多少?典型应用答案：50J0练习1：某人从距地面25m高处水平抛出一小球，小球质量为100g，出手时速度大小为10m/s,落地时速度大小为16m/s，取g=10m/s2，试求：（1）人抛球时对小球做多少功？（2）小球在空中运动时克服阻力做功多少？练一练答案：5J17.2J例10:一列货车的质量为5.0×105kg,在平直轨道以额定功率3000kw加速行驶,当速度由静止加速到所能达到的最大速度30m/s时,共用了2min,则这段时间内列车前进的距离是多少?Ffv0vx求变力做功问题（与机车相联系的问题）典型应用答案：1350m练习1．一辆汽车的质量为m，从静止开始起动，沿水平路面前进了s后，达到了最大行驶速度vmax，设汽车的牵引功率保持不变，所受阻力为车重的k倍．求：(1)汽车的牵引功率；(2)汽车从静止到开始匀速运动所需的时间．巩固提高：1.如图所示，物体从高为h的斜面体的顶端A由静止开始滑下，滑到水平面上的B点静止，A到B的水平距离为S，求：物体与接触面间的动摩擦因数（已知：斜面体和水平面都由同种材料制成）解：（过程整体法）物体从A由静止滑到B的过程中，由动能定理有：shSSlmgSmglmghCBCBcos0cos而由①和②式得…….①…….②2.如图，物体沿一曲面从A点无初速滑下，滑至曲面的最低点B时，下滑高度为5m,若物体的质量为1kg,到B点时的速度为6m/s,则在下滑过程中，物体克服阻力所做的功为多少？AB5m此题中的摩擦力是变力，变力做功不能用W＝Flcosα计算。物体克服摩擦力做功32J3.如图所示，半径R＝1m的1/4圆弧导轨与水平面相接，从圆弧导轨顶端A，静止释放一个质量为m＝20g的小木块，测得其滑至底端B时速度VB＝3m／s，以后沿水平导轨滑行BC＝3m而停止．求：（1）在圆弧轨道上克服摩擦力做的功?（2）BC段轨道的动摩擦因数为多少?W=-0.11J0.154.如图所示，质量为m的物体静放在水平光滑的平台上，系在物体上的绳子跨过光滑的定滑轮由地面以速度V0向右走动着的人拉着。设人在地面上从平台的边缘开始向右行至绳和水平方向夹角成θ=30°处，求在此过程中人做的功。解：将V0分解由动能定理可得，人所做的功等于物体动能的增量，即21222121mvmvWV0V2θV200212330cos0vvvv　202083)23(21mvvmW由图知：V0V2θV25.以初速V0竖直上抛一个质量为m=0.1kg的小球，当小球返回出发点时的速度大小为3V0/4，若g取10m/s2，则小球受到的空气平均阻力为多少？(2))((1)02043212021vmfhmghmvfhmgh　　下降过程中　　升过程中解：由动能定理知，上mgf257)2()1(得　　fGGHh分析：小球的下落过程根据受力情况可分为两段：应用4：多过程1.一球从高出地面H处由静止自由落下，不考虑空气阻力，落到地面后并深入地面h深处停止，若球的质量为m，求：球在落入地面以下的过程中受到的平均阻力。因此可以分两段求解，也可以按全过程求解接触地面前做自由落体运动，只受重力G作用；接触地面后做减速运动，受重力G和阻力f作用。接触地面前（2）全过程：解：以球为研究对象，在下落的过程中受力如图，根据动能定理有0212mvmgH2210mvfhmgh0fhhHmg解得：hHmgf1（1）分段求解设小球在接触地面时的速度为v，则接触地面后GfGHh一物体静止在不光滑的水平面上，已知m=1kg，μ=0.1,现用水平外力F=2N拉其运动5m后立即撤去水平外力F,求其还能滑多远?Fv0vlμ=0.1ffx=0=0多过程问题直线运动5m例10质量为m的跳水运动员从高为H的跳台上以速率v1起跳，落水时的速率为v2，运动中遇有空气阻力，那么运动员起跳后在空中运动克服空气阻力所做的功是多少？V1HV2解：对象—运动员过程---从起跳到落水受力分析---如图示fmg由动能定理22211122KWmvmvE总21222121mvmvWmgHf21222121mvmvmgHWf足球运动员用力踢质量为0.3kg的静止足球，使足球以10m/s的速度飞出，假定脚踢足球时对足球的平均作用力为400N，球在水平面上运动了20m后停止，那么人对足球做的功为：A、8000JB、4000JC、15JD、无法确定变力功高考是怎样考的一物块由静止开始从粗糙斜面上的某点加速下滑到另一点，在此过程中重力对物块做的功等于（05辽宁）：A．物块动能的增加量B．物块重力势能的减少量与物块克服摩擦力做的功之和C．物块重力势能的减少量和物块动能的增加量以及物块克服摩擦力做的功之和D．物块动能的增加量与物块克服摩擦力做的功之和同一物体分别从高度相同，倾角不同的光滑斜面的顶端滑到底端时，相同的物理量是：A.动能B.速度C.速率D.重力所做的功