8.3动能和动能定理ppt课件-（2019）新人教版高中物理高一下学期必修第二册.pptx

1、第八章第八章 机械能守恒定律机械能守恒定律8.38.3动能和动能定理动能和动能定理问题：问题： 物体的动能跟物体的质量和速度都有关系。物体的质量越物体的动能跟物体的质量和速度都有关系。物体的质量越大，速度越大，它的动能就越大。炮弹在炮筒内推力的作用下大，速度越大，它的动能就越大。炮弹在炮筒内推力的作用下速度越来越大，动能增加。这种情况下推力对物体做了功。你速度越来越大，动能增加。这种情况下推力对物体做了功。你还能举出其他例子，说明动能和力做的功有关吗？这对于定量还能举出其他例子，说明动能和力做的功有关吗？这对于定量研究动能有什么启发呢？研究动能有什么启发呢？1 1、定义：物体因为运动而具有的能

2、量称为动能。、定义：物体因为运动而具有的能量称为动能。一、动能一、动能类型一：质量为类型一：质量为m m 的物体在与运动方向相同的恒力的物体在与运动方向相同的恒力F F 的作用下发生的作用下发生一段位移一段位移l l ，速度从，速度从v v1 1 增加到增加到v v2 2 类型三：质量为类型三：质量为m m 的物体在与运动方向相同的恒力的物体在与运动方向相同的恒力F F 的作用下，的作用下，沿粗糙水平面运动了一段位移沿粗糙水平面运动了一段位移l l ，受到的摩擦力为，受到的摩擦力为F Ff f ，速度从，速度从v v1 1 变为变为v v2 2类型二：质量为类型二：质量为m m 的物体在水平粗

3、糙面上受到摩擦力的物体在水平粗糙面上受到摩擦力F Ff f 的作用下的作用下发生一段位移发生一段位移l l ，速度从，速度从v v1 1 减小到减小到v v2 2 尝试找出功尝试找出功与动能之间与动能之间的关系的关系FlW maF avvl22122 21222121mvmvW Fv1Fv2lGFNv1v2lGFNlFv2Fv1ffGFNff21222121mvmvW 221mvEk 动能动能物体的质量物体的质量物体的速度物体的速度物体的物体的动能动能1 1、物体的动能等于它的质量跟它的速度平方的乘积的一半。、物体的动能等于它的质量跟它的速度平方的乘积的一半。2 2、单位：焦耳（、单位：焦耳（

4、J J） 1J=1kgm2/s2 =1Nm3 3、动能的三个性质：、动能的三个性质：（1 1）标矢性：动能是标量，只有大小，没有方向。动能的取）标矢性：动能是标量，只有大小，没有方向。动能的取值可以为正值或零，但不会为负值。值可以为正值或零，但不会为负值。（2 2）瞬时性：动能是状态量，对应物体在某一时刻的运动）瞬时性：动能是状态量，对应物体在某一时刻的运动状态。速度变化时，动能不一定变化，但动能变化时，速度状态。速度变化时，动能不一定变化，但动能变化时，速度一定变化。一定变化。（3 3）相对性：由于瞬时速度与参考系有关，所有）相对性：由于瞬时速度与参考系有关，所有E Ek k也与参考也与参考

5、系有关。在一般情况下，如无特殊说明，则取大地为参考系。系有关。在一般情况下，如无特殊说明，则取大地为参考系。 20162016年年8 8月月1616日，我国成功发射首颗量子科学实验卫星日，我国成功发射首颗量子科学实验卫星“墨子号墨子号”，它，它的质量为的质量为631 kg631 kg，某时刻它的速度大小为，某时刻它的速度大小为 7.6 km/s 7.6 km/s，此时它的动能是多，此时它的动能是多少？少？2327k11631 (7.6 10 ) J6.08 10 J22Emv1 1、内容：、内容：力力在一个过程中对物体所做的功，等于物体在这个过在一个过程中对物体所做的功，等于物体在这个过程中动

6、能的变化。程中动能的变化。二二. .动能定理动能定理3 3、物理意义：、物理意义：合外力做的功是物体动能变化的量度。合外力做的功是物体动能变化的量度。4 4、适用范围：、适用范围： （1 1）既适用于既适用于直线直线运动，也适用于运动，也适用于曲线曲线运动。运动。（2 2）既适用于既适用于恒力恒力做功，也适用于做功，也适用于变力变力做功。做功。（3 3）力可以是各种性质的力，这些力既可以同）力可以是各种性质的力，这些力既可以同时作用，又可以分阶段作用。时作用，又可以分阶段作用。5 5、公式中、公式中“=”“=”的意义：的意义：合力做功是物体动能变化的原因合力做功是物体动能变化的原因等号表明合力

7、做功与物体动能变化的三个关系：等号表明合力做功与物体动能变化的三个关系：数量关系数量关系单位关系单位关系在国际单位制中都是焦耳在国际单位制中都是焦耳因果关系因果关系合力做的功与物体动能变化具有数量相等的关系合力做的功与物体动能变化具有数量相等的关系(1)(1)状态状态与过程的理解与过程的理解功是过程量功是过程量 动能是状态量动能是状态量动能定理表示了过程动能定理表示了过程量等于状态量的改变量等于状态量的改变量的关系量的关系6 6、对动能定理的理解：、对动能定理的理解：6 6、对动能定理的理解：、对动能定理的理解：(3(3) )利用动能定理研究单个对象时利用动能定理研究单个对象时,W,W是指合外

8、力做的功是指合外力做的功, ,也也可以理解为各个力做功的代数和。利用动能定理研究多个可以理解为各个力做功的代数和。利用动能定理研究多个物体组成的系统时物体组成的系统时,W,W是指系统内力与外力做功的代数和。是指系统内力与外力做功的代数和。( (4 4) )一些变力做功一些变力做功, ,不能用不能用W=Flscos求解求解, ,应当善于运用动应当善于运用动能定理。若整个过程包含了几个运动性质不同的分过程能定理。若整个过程包含了几个运动性质不同的分过程, ,既既可以考虑分段计算可以考虑分段计算, ,又可以对整个过程分析。只要求出过程又可以对整个过程分析。只要求出过程中各力做功的多少和正负即可用动能

9、定理求解。中各力做功的多少和正负即可用动能定理求解。两种思路对比可看出应用动能定理解题不涉及加速度、时两种思路对比可看出应用动能定理解题不涉及加速度、时间间, ,不涉及矢量运算不涉及矢量运算, ,运算简单运算简单, ,不易出错。不易出错。比较项目比较项目牛顿运动定律牛顿运动定律动能定理动能定理相同点相同点确定研究对象确定研究对象, ,对物体进行受力分析和运动过程分析对物体进行受力分析和运动过程分析适用条件适用条件只能研究恒力作用下物体做只能研究恒力作用下物体做直线运动的情况直线运动的情况对于物体在恒力或变力作对于物体在恒力或变力作用下用下, ,物体做直线运动或物体做直线运动或曲线运动均适用曲线

10、运动均适用应用方法应用方法要考虑运动过程的每一个细要考虑运动过程的每一个细节节, ,结合运动学公式解题结合运动学公式解题只考虑各力的做功情况及只考虑各力的做功情况及初、末状态的动能初、末状态的动能运算方法运算方法矢量运算矢量运算代数运算代数运算7 7、动能定理与牛顿运动定律解题的比较、动能定理与牛顿运动定律解题的比较: :F牵xvF阻lO解：解： 以飞机为研究对象，以飞机为研究对象， 设飞机滑跑的方向为设飞机滑跑的方向为x x轴正方向。飞机的轴正方向。飞机的初动能初动能E Ek1k10 0，末动能，末动能 ，合力，合力 F F 做的功做的功2221mvEkFlW 根据动能定理根据动能定理 ,有

11、有12kkEEW0212mvFl由于由于501,-kkmgFFFF阻阻牵，kmglmvF22牵把数值代入后得到把数值代入后得到N1004. 15牵F飞机平均牵引力的大小是飞机平均牵引力的大小是 1.04105N。总结：总结：应用动能定理解题的基本步骤：应用动能定理解题的基本步骤： 1 1、定对象，、定对象，选过程；选过程； 2 2、析受力，算总功；、析受力，算总功； 3 3、知运动，定初末；、知运动，定初末； 4 4、列方程，细求解。、列方程，细求解。解法二：动能定理解法二：动能定理:解法一：牛顿运动定律解法一：牛顿运动定律: :练习练习1 1：一架喷气式飞机，质量：一架喷气式飞机，质量m=5

12、.0m=5.010103 3kgkg，起飞过程中从静止开始滑，起飞过程中从静止开始滑跑。当位移达到跑。当位移达到l=5.3=5.310102 2m m时，速度达到起飞速度时，速度达到起飞速度v=60m/sv=60m/s。在此过程。在此过程中飞机受到的平均阻力是飞机重量的中飞机受到的平均阻力是飞机重量的0.020.02倍。求飞机受到的牵引力。倍。求飞机受到的牵引力。F合合=F-f阻阻=F- kmg =ma 由动能定理得由动能定理得例例2 2、人们有时用、人们有时用“打夯打夯”的方式把松散的地面夯实。设某次打的方式把松散的地面夯实。设某次打夯符合以下模型：两人同时通过绳子对重物各施加一个力，力的夯

13、符合以下模型：两人同时通过绳子对重物各施加一个力，力的大小均为大小均为320 N320 N，方向都与竖直方向成，方向都与竖直方向成3737，重物离开地面，重物离开地面30 cm30 cm后人停止施力，最后重物自由下落把地面砸深后人停止施力，最后重物自由下落把地面砸深2 cm2 cm。已知重物的。已知重物的质量为质量为50 kg50 kg， g g取取10 m/s10 m/s2 2， cos 37 cos 370.80.8。求：。求：（1 1）重物刚落地时的速度是多大？）重物刚落地时的速度是多大？（2 2）重物对地面的平均冲击力是多大？）重物对地面的平均冲击力是多大？解：解： （1 1）两根绳子

14、对重物的合力）两根绳子对重物的合力 F F合合 2 F cos 37 2 F cos 372 23203200.8 N0.8 N512 N512 N 由甲至丙只有绳子的拉力做功，应用动能定理可得由甲至丙只有绳子的拉力做功，应用动能定理可得221mvlF合2/5 . 22smmFv合（2 2）由丙到丁的过程中，应用动能定理可得）由丙到丁的过程中，应用动能定理可得2210mvlFlmg阻N103 . 8232lmvmgF阻重物落地时的速度大小为重物落地时的速度大小为2.5 2.5 /s/s，对地面的平均冲击力的大小为，对地面的平均冲击力的大小为8.3 8.3 10 103 3 练习练习2 2：一质

15、量为：一质量为m m、速度为速度为v v0 0 的汽车在关闭发动机后于水的汽车在关闭发动机后于水平地面滑行了距离平地面滑行了距离l 后停了下来。试求汽车受到的阻力。后停了下来。试求汽车受到的阻力。解法二：动能定理：解法二：动能定理：W合合= = - -f阻阻l = = 0 - -mv0212解法一：牛顿运动定律：解法一：牛顿运动定律：由由 v2v02 = =2al 得得 a- -2lv02F合合= 0 -f阻阻= ma 由动能定理得由动能定理得得得 f阻阻= =2lmv02A1 1、一人用力踢质量为、一人用力踢质量为1 kg1 kg的静止足球，使足球以的静止足球，使足球以10 m/s10 m/

16、s的水平速度飞出，设人踢足球的平均作用力为的水平速度飞出，设人踢足球的平均作用力为200 N200 N，足，足球在水平方向滚动的距离为球在水平方向滚动的距离为20 m20 m，则人对足球做的功为，则人对足球做的功为( (g g取取10 m/s10 m/s2 2)()() )A A50 J50 J B B200 200 J JC C4 000 J4 000 J D D6 000 J6 000 J题组一：动能定理的基本应用题组一：动能定理的基本应用2、甲、乙两车汽车的质量之比甲、乙两车汽车的质量之比m1m221，它们刹车，它们刹车时的初动能相同，若它们与水平地面之间的动摩擦因数时的初动能相同，若它

17、们与水平地面之间的动摩擦因数相同，则它们滑行的距离之比相同，则它们滑行的距离之比s1s2等于等于()A11 B12C14 D41B3 3、质量为、质量为0.5 kg0.5 kg的篮球以的篮球以10 m/s10 m/s的速度撞向篮板后的速度撞向篮板后, ,以不变以不变的速率反弹回来的速率反弹回来, ,则此过程中则此过程中( () )A.A.篮球的速度没有改变篮球的速度没有改变B.B.篮球的动能改变了篮球的动能改变了C.C.篮板对篮球做功为篮板对篮球做功为50 J50 J D. D.篮板对篮球做功为零篮板对篮球做功为零【解析】【解析】选选D D。速度是矢量。速度是矢量, ,反弹回来后速度的方向发生

18、了变化反弹回来后速度的方向发生了变化, ,所以速度发生了变化所以速度发生了变化, ,故故A A错误错误; ;根据动能的计算式根据动能的计算式:E:Ek k= mv= mv2 2, ,篮篮球反弹回来后速率未变球反弹回来后速率未变, ,所以动能不变所以动能不变, ,故故B B错误错误; ;根据动能定根据动能定理理:W=E:W=Ek k=E=Ek2k2-E-Ek1k1, ,篮球的动能未变篮球的动能未变, ,所以篮板对篮球做的功等于所以篮板对篮球做的功等于零零, ,故故C C错误错误,D,D正确。所以正确。所以D D正确正确,A,A、B B、C C错误。错误。D1 1、如如图所图所示，木板可绕固定水平

19、轴示，木板可绕固定水平轴O O转动。木板从水平位置转动。木板从水平位置OAOA缓慢缓慢转到转到OBOB位置，木板上的物块始终相对于木板静止。在这一过程中，位置，木板上的物块始终相对于木板静止。在这一过程中，物块的重力势能增加了物块的重力势能增加了2 J2 J。用。用F FN N表示物块受到的支持力，用表示物块受到的支持力，用F Ff f表示表示物块受到的摩擦力。在此过程中，以下判断正确的物块受到的摩擦力。在此过程中，以下判断正确的是（是（）A. FA. FN N和和F Ff f对物块都不做功对物块都不做功B. FB. FN N对物块做功为对物块做功为2 J2 J，F Ff f对物块不做功对物块

20、不做功C. FC. FN N对物块不做功，对物块不做功，F Ff f对物块做功为对物块做功为2 J2 JD. FD. FN N和和F Ff f对物块所做功的代数和为对物块所做功的代数和为0 0题组二：用动能定理解决变力做功问题题组二：用动能定理解决变力做功问题B【解析】由【解析】由做功的条件可知：只要有力，并且物块沿力做功的条件可知：只要有力，并且物块沿力的方向有位移，那么该力就对物块做功。受力分析知，的方向有位移，那么该力就对物块做功。受力分析知，支持力支持力F FN N做正功，但摩擦力做正功，但摩擦力F Ff f方向始终和速度方向垂直，方向始终和速度方向垂直，所以摩擦力不做功。所以摩擦力不

21、做功。物块的重力势能增加了物块的重力势能增加了2 J2 J，即重力做功为，即重力做功为-2 J-2 J，缓慢，缓慢转动的过程中物块动能不变，由动能定理知，转动的过程中物块动能不变，由动能定理知，W WFNFN-W-WG G=0=0，则则F FN N对物块做功为对物块做功为2 J2 J，B B选项正确。选项正确。2 2、 一一质量为质量为m m的小球，用长为的小球，用长为l l的轻绳悬挂于的轻绳悬挂于O O点，点，小球在水平力小球在水平力F F作用下从平衡位置作用下从平衡位置P P点很缓慢地移动到点很缓慢地移动到Q Q点，如点，如图所图所示。则力示。则力F F所做的功为（）所做的功为（）A. m

22、glcos B. Flsin C. mgl（1-cos ） D. Fl（1-sin ）CA1 1、如图所示，如图所示，ABAB为固定在竖直平面内的为固定在竖直平面内的4(1)4(1)光滑圆弧轨道，轨光滑圆弧轨道，轨道的道的B B点与水平地面相切，其半径为点与水平地面相切，其半径为R R. .质量为质量为m m的小球由的小球由A A点静止点静止释放，求：释放，求：(1)(1)小球滑到最低点小球滑到最低点B B时，小球速度时，小球速度v v的大小；的大小；(2)(2)小球通过光滑的小球通过光滑的水平面水平面BCBC滑上固定曲面，恰达最高点滑上固定曲面，恰达最高点D D，D D到地面的高度为到地面的

23、高度为h h( (已知已知h hR R) )，则小球在曲面上克服摩擦力所做的功，则小球在曲面上克服摩擦力所做的功W Wf f. .题组三：用动能定理解决多过程问题题组三：用动能定理解决多过程问题2、如图所示，物体在离斜面底端如图所示，物体在离斜面底端5 m处由静止开始下滑，处由静止开始下滑，然后滑到由小圆弧连接的水平面上，若物体与斜面及水然后滑到由小圆弧连接的水平面上，若物体与斜面及水平面的动摩擦因数均为平面的动摩擦因数均为0.4，斜面倾角为，斜面倾角为37。求物体能。求物体能在水平面上滑行多远。在水平面上滑行多远。3 3、物体从高出地面物体从高出地面H H处由静止自由落下，不考虑空气阻处由静

24、止自由落下，不考虑空气阻力，落至沙坑表面后又进入沙坑力，落至沙坑表面后又进入沙坑h h深度停止深度停止( (下图所示下图所示) )。求物体在沙坑中受到的平均阻力是其重力的多少倍？求物体在沙坑中受到的平均阻力是其重力的多少倍？4 4、如图所示如图所示, ,小物块从倾角为小物块从倾角为的倾斜轨道上的倾斜轨道上A A点由静止点由静止释放滑下释放滑下, ,最终停在水平轨道上的最终停在水平轨道上的B B点点, ,小物块与水平轨道、小物块与水平轨道、倾斜轨道之间的动摩擦因数均相同倾斜轨道之间的动摩擦因数均相同,A,A、B B两点的连线与水两点的连线与水平方向的夹角为平方向的夹角为,不计物块在轨道转折时的机

25、械能损失不计物块在轨道转折时的机械能损失, ,则动摩擦因数大小为则动摩擦因数大小为( () )A.tanA.tanB.tanB.tanC.tan(+)C.tan(+) D.tan(-) D.tan(-)B1 1、( (多选多选) )物体沿直线运动的物体沿直线运动的v-tv-t图象如图所示图象如图所示, ,已知在第已知在第1 1秒内合力秒内合力对物体做功为对物体做功为W,W,则则( () )A.A.从第从第1 1秒末到第秒末到第3 3秒末合力做功为秒末合力做功为4W4WB.B.从第从第3 3秒末到第秒末到第5 5秒末合力做功为秒末合力做功为-2W-2WC.C.从第从第5 5秒末到第秒末到第7 7

26、秒末合力做功为秒末合力做功为W WD.D.从第从第3 3秒末到第秒末到第4 4秒末合力做功为秒末合力做功为-0.75W-0.75WCD题组四：动能定理与图像的综合应用题组四：动能定理与图像的综合应用【解析】【解析】选选C C、D D。由题图可知物体速度变化情况。由题图可知物体速度变化情况, ,根据动能定理得根据动能定理得第第1 s1 s内内: : 第第1 s1 s末到第末到第3 s3 s末末: A: A错错; ; 第第3 s3 s末到第末到第5 s5 s末末: B: B错错; ;第第5 s5 s末到第末到第7 s7 s末末: C: C正确正确; ;第第3 s3 s末到第末到第4 s4 s末：末

27、： D D正确。正确。21Wmv2，22111Wmvmv022，221W0mvW2 ，231Wm(v)0W2 ，2241v1Wm()mv0.75W222，2 2、( (多选多选) )在平直公路上在平直公路上, ,汽车由静止开始做匀加速直线运动汽车由静止开始做匀加速直线运动, ,当当速度达到速度达到v vmaxmax后后, ,立即关闭发动机直至静止立即关闭发动机直至静止,v-t,v-t图象如图所示图象如图所示, ,设设汽车的牵引力为汽车的牵引力为F,F,受到的摩擦力为受到的摩擦力为F Ff f, ,全程中牵引力做功为全程中牵引力做功为W W1 1, ,克克服摩擦力做功为服摩擦力做功为W W2 2

28、, ,则则 ( () )A.FFA.FFf f=13=13B.WB.W1 1WW2 2=11=11C.FFC.FFf f=41=41D.WD.W1 1WW2 2=13=13BC【解析】【解析】选选B B、C C。对汽车运动的全过程。对汽车运动的全过程, ,由动能定理由动能定理得得:W:W1 1-W-W2 2=E=Ek k=0,=0,所以所以W W1 1=W=W2 2, ,选项选项B B正确正确, ,选项选项D D错误错误; ;设牵引力、摩擦力作用下的位移设牵引力、摩擦力作用下的位移分别为分别为x x1 1、x x2 2, ,由图象知由图象知x x1 1xx2 2=14=14。由动能定理得由动能

29、定理得FxFx1 1-F-Ff fx x2 2=0,=0,所以所以FFFFf f=41,=41,选项选项A A错误错误, ,选选项项C C正确。正确。3 3、从、从地面竖直向上抛出一只小球，小球运动一段时间后落回地面。地面竖直向上抛出一只小球，小球运动一段时间后落回地面。忽略空气阻力，该过程中小球的忽略空气阻力，该过程中小球的动能动能E Ek k与与时间时间t t的关系图象是（）的关系图象是（）AADCB4 4、从地面竖直向上抛出一物体、从地面竖直向上抛出一物体, ,物体在运动过程中除受到重力外物体在运动过程中除受到重力外, ,还受到一大小不变、方向始终与运动方向相反的外力作用。距地还受到一大

30、小不变、方向始终与运动方向相反的外力作用。距地面高度面高度h h在在3 m3 m以内时以内时, ,物体上升、下落过程中动能物体上升、下落过程中动能E Ek k随随h h的变化如的变化如图所示。重力加速度取图所示。重力加速度取10 m/s10 m/s2 2。该物体的质量为。该物体的质量为( () )A.2 kgA.2 kgB.1.5 kgB.1.5 kgC.1 kgC.1 kgD.0.5 kgD.0.5 kgC【解析】【解析】选选C C。对上升过程。对上升过程, ,由动能定理由动能定理,-(F+mg)h=E,-(F+mg)h=Ek k-E-Ek0k0, ,得得E Ek k=E=Ek0k0-(F+

31、mg)h,-(F+mg)h,即即F+mg=-k=12 N;F+mg=-k=12 N;下落过程中下落过程中, ,设物体从最高处下落到地面的距离为设物体从最高处下落到地面的距离为l l, ,由动能定理由动能定理可得可得(mg-F)(l-h)=Ek, ,转换可得转换可得Ek=(mg-F)l-(mg-F)h, ,即即mg-F=-k=8 N,mg-F=-k=8 N,联立两公式联立两公式, ,得到得到m=1 kgm=1 kg、F=2 N,F=2 N,故只有故只有C C正确。正确。5 5、物体在恒定水平推力、物体在恒定水平推力F F的作用下沿粗糙水平面由静的作用下沿粗糙水平面由静止开始运动，发生位移止开始运

32、动，发生位移s s1 1后即撤去力后即撤去力F F ，物体由运动一，物体由运动一段距离后停止运动段距离后停止运动. . 整个过程的整个过程的VtVt图线如图所示图线如图所示. .求求推力推力F F与阻力与阻力f f的比值的比值. .Fs1s0 1 2 3 4vt解法一：解法一：由动能定理得由动能定理得 WF + Wf =0 即：即：Fs1 +（ fs）=0由由Vt图线知图线知 s ：s1 = 4 ：1 所以所以 F ：f = s ：s1结果：结果：F ：f = 4 ：1解法二：解法二： 分段用动能定理分段用动能定理Fs1s0 1 2 3 4vt撤去撤去F前，由动能定理得前，由动能定理得 （F f）s1 = 21mV2V21mV2撤去撤去F后，由动能定理得后，由动能定理得 f(s s1) = 0 两式相加得两式相加得 Fs1 +（ fs）= 0由解法由解法1 知知 F ：f = 4 ：1解法三：牛顿定律结合匀变速直线运动规律解法三：牛顿定律结合匀变速直线运动规律