高中物理教案与课件动能 动能定理

动能动能定理 垣曲职中韩瑜 教材分析 动能和动能定理是高中阶段的重要内容之一 它是功能关系的重要体现 是推导机械能守恒定律的依据 因此它是本章乃至整个力学部分的重点内容 能否顺利地掌握和运用本节知识对学生今后物理学习的影响是十分深远的 在整个经典物理学中 动能定理又与牛顿运动定律 动量定理并称为解决动力学问题的三大支柱 也是每年高考必考内容 因此学好动能定理对每个学生都尤为重要 动能定理 龙卷风动能的威力 海宁的海潮动能的壮观 风力发电动能的应用 课堂互动讲练 经典题型探究 知能优化演练 动能动能定理 基础知识梳理 常规题 多过程 求变力做功 求曲线运动 基础知识梳理 运动 标 焦耳 1 动能定理 合力所做的功等于物体动能的变化 2 表达式 W合的含义 Ek的含义 动能的增量 二动能定理 课堂互动讲练 对动能定理的理解1 动能定理公式中等号的意义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 单位相同 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 解题步骤 1 选取研究对象 明确它的运动过程 2 分析研究对象的受力情况和各个力的做功情况 然后求各个外力做功的代数和 3 明确物体在过程始末状态的动能Ek1和Ek2 4 列出动能定理的方程W合 Ek2 Ek1及其他必要的解题方程 进行求解 特别提醒 1 在研究某一物体受到力的持续作用而发生状态改变时 如涉及位移和速度而不涉及时间时应首先考虑应用动能定理 而后考虑牛顿定律 运动学公式 如涉及加速度时 先考虑牛顿第二定律 2 用动能定理解题 关键是对研究对象进行准确的受力分析及运动过程分析 并画出物体运动过程的草图 让草图帮助我们理解物理过程和各量关系 有些力在物体运动全过程中不是始终存在的 在计算外力做功时更应引起注意 1 一个物体只在力F的作用下 速度从0增加到v 再从v增加到2v 前后两个阶段中 物体动能的增加量之比为 力F在这两个阶段中做功之比是 课堂练习 1 3 1 3 分析 1 研究对象 物体 2 受力分析 表示出合力做的功 F G 3 表示出动能变化量 4 根据动能定理 求解 2 如图所示 一个质量m为2kg的物块 从高度h 5m 长度l 10m的光滑斜面的顶端A由静止开始下滑 那么物块滑到斜面底端B时速度的大小是 不计空气阻力 g取10m s2 A 10m sB 10m sC 100m sD 200m s F 分析 1研究对象 物体 2受力分析 如图 3列方程 4求解 G A 3 一个质量为m的小球 用长为l的轻绳悬挂于O点 小球在水平力F作用下 从平衡位置P很缓慢地移动到Q点 如图所示 则力F所做的功为 C 分析 1确定研究对象 小球 2对小球受力分析 3表示出合力做功和动能的变化量 4根据动能定理列方程 5求解 G F L 经典题型探究 1 常规题 匀变速直线运动 3 求变力做功问题 2 多过程问题 4 求解曲线运动问题 动能定理的应用1 运用动能定理须注意的问题 1 应用动能定理解题时 在分析过程的基础上无需深究物体运动过程中状态变化的细节 只需考虑整个过程的功及过程始末的动能 2 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作用的 必须根据不同的情况分别对待求出总功 计算时要把各力的功连同符号 正负 一同代入公式 2 动能定理中涉及的物理量有F l m v W Ek等 在处理含有上述物理量的力学问题时 可以考虑使用动能定理 由于只需要从力在整个位移内做的功和这段位移始末两状态动能变化去考虑 无需注意其中运动状态变化的细节 同时动能和功都是标量 无方向性 所以无论是直线运动还是曲线运动 计算都会特别方便 3 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 4 适用范围 直线运动 曲线运动 恒力做功 变力做功 各个力同时做功 分段做功均可用动能定理 特别提醒 动能定理说明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 匀变速直线运动 例1 用拉力F使一个质量为m的木箱由静止开始在水平冰道上移动了s 拉力F跟木箱前进的方向夹角为 木箱与冰道间的摩擦因数 求木箱获得的速度 分析 第一步确定研究对象 物体 第二步对物体进行受力分析 第三步由动能定理得 例2 质量为20g的子弹 以300m s的速度水平射入厚度是10mm的钢板 射穿后的速度是100m s 子弹受到的平均阻力是多大 分析 第一步确定研究对象 子弹 第二步对子弹受力分析表示出合力做的功 第三步表示出子弹动能变化量 第四步用动能定理求解 练习 一颗子弹速度为v时 刚好打穿一块钢板 那么速度为2v时 可打穿几块同样的钢板 要打穿n块同样的钢板 子弹速度应为多大 例1 一物体静止在不光滑的水平面上 已知m 1kg 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 15m 多过程问题直线运动 解法一 分段列式撤去外力F前 撤去外力F后 解法二 全过程列式 f 多过程问题直线运动 例2 铁球1m高处掉入沙坑 则已知铁球在下陷过程中受到沙子的平均阻力为铁球重力的20倍 则铁球在沙中下陷深度为多少m 多过程问题 直线运动 解法一 分段列式 自由下落 沙坑减速 解法二 全程列式 例3 以一恒定的初速度V0竖直向上抛出一小球 小球上升的最大高度为h 空气阻力的大小恒定不变 则小球回到出发点时的速度是多大 瞬间力做功问题 例1 1 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60m后停下 则运动员对球做的功 v 0 求变力做功问题 分析 本题研究对象是球 在整个过程中水平方向受平均作用力和阻力 但是运动员对球的功是在瞬间完成的 使球速度由0变为10m s 由动能定理 W 解的 W 50N 练习 1 某人从12 5m的高楼顶突然向上抛出一个小球 不计空气阻力 小球脱手时的速度是5m s 小球的质量为0 6kg g 10m s2 则人对小球所做功的大小是多少 瞬间力做功问题 2 质量为m的跳水运动员 从高为H的跳台上 以速率v1起跳 落水时的速度为v2 那么起跳时运动员所做的功是多少 3 在20m高处 某人将2kg的铅球以15m s的速度 水平 抛出 那么此人对铅球做的功是多少 求变力做功问题 平均力做功问题 例2 一颗质量m 10g的子弹 以速度v 600m s从枪口飞出 子弹飞出枪口时的动能为多少 若测得枪膛长s 0 6m 则火药引爆后产生的高温高压气体在枪膛内对子弹的平均推力多大 例3 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10m s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 求变力做功问题 与机车相联系的问题 求变力做功问题 与机车相联系的问题 速度最大时 应用动能定理 f恒定 求解曲线运动问题 例1 从高为5m处以水平速度8m s抛出一质量为0 2kg的皮球 皮球落地速度为12m s 求此过程中皮球克服空气阻力做的功 g 9 8m s2 h 5m 2J 分析 研究对象皮球受重力和阻力 根据动能定理得 例2 某人从距地面25m高处水平抛出一小球 小球质量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 求解曲线运动问题 求解曲线运动问题 V0 H V 人抛球 球在空中 列式时要注意W合和 Ek的正负 5J 17 2J 练习 质量为50kg的游泳运动员 从离水10m高的跳台上以5m s的速度跳出 g取10m s2 求 1 运动员起跳时做了多少功 2 若不计空气阻力他入水时的速度是多少 3 若该运动员落水时速度为13m s 则他克服空气阻力做了多少功 智能优化演练 如图所示 光滑1 4圆弧半径为0 8m 有一质量为1 0kg的物体自A点从静止开始下滑到B点 然后沿水平面前进4m 到达C点停止 求 1 在物体沿水平运动中摩擦力做的功 2 物体与水平面间的动摩擦因数 分析 在整个过程中有重力和摩察力做功 重力做功W mgh 摩