人教版必修2 第7节　动能和动能定理 课件（36张）.ppt

第6节实验 探究功与速度变化的关系 略 第7节动能和动能定理 教师备课参考 核心素养养成目标 物理观念1 知道动能的符号 单位和表达式 会根据动能的表达式计算运动物体的动能2 能从牛顿第二定律与运动学公式导出动能及动能定理 理解动能定理的物理意义3 领会运用动能定理解题的优越性 会运用动能定理处理有关问题科学思维与科学研究1 运用类比 演绎推导方式得到动能定理的表达式2 理论联系实际 学会运用动能定理分析解决问题的方法情感态度与责任通过动能定理的演绎推导 感受成功的喜悦 培养学生科学研究的兴趣 教学重难点 教学重点1 动能及动能定理的推导2 动能表达式及动能定理的应用教学难点用动能定理计算变力所做的功 重难点突破方略 动能表达式 类比导入 教师提出问题 通过知识 方法的迁移 找到探究规律的思想方法 形成良好的思维习惯 问题 我们在学习重力势能时 是从哪里开始入手进行分析的 我们在学习弹性势能时 又是从哪里开始入手进行分析的 这对我们讨论动能有何启示 学生 学习重力势能时 是从重力做功开始入手分析的 学习弹性势能时 是从弹力做功开始入手分析的 讨论动能也可以从力对物体做的功入手分析 问题探究 教师讲述物理情景 设物体的质量为m 在与运动方向相同的恒定外力f的作用下发生一段位移l 速度由v1增加到v2 如图所示 问题1 物体的加速度多大 物体的初速度 末速度 位移之间有什么关系 问题2 f对物体所做的功多大 结合问题1的两式 你能综合推导出什么样的式子 学习目标 1 通过上节实验 能得出动能的表达式 知道动能的单位 会利用表达式计算物体的动能 知道动能是标量 2 会利用牛顿第二定律推导出恒力作用下物体的动能定理 体会由旧知得新知的喜悦 理解动能定理的物理意义 3 初步掌握动能定理的应用 体会动能定理的优越性 感悟解题规律 探寻基本知识 测评学习效果 探寻基本知识 树立物理观念 知识点一 动能 情境导学 1 动能很大的物体 它的速度一定也很大吗 答案 物体的动能大小由速度和质量共同决定 动能很大的物体 它的速度不一定很大 2 某物体的速度加倍 它的动能也加倍吗 答案 由ek mv2知 某物体的速度加倍 它的动能变为原来的4倍 知识梳理 1 定义 物体由于运动而具有的能 2 表达式 ek 式中v为运动物体的瞬时速度 3 单位 与功的单位相同 国际单位为 符号为 1j 1 1kg m2 s2 4 标矢性 动能是 只有大小 并且是状态量 思考判断 1 两个物体中 速度较小的动能小 2 两物体质量相同 动能相同 其速度不一定相同 焦耳 j n m 标量 知识点二 动能定理 情境导学 1 磁悬浮列车的动能如何变化 变化的原因是什么 答案 磁悬浮列车在牵引力的作用下 速度逐渐增大 动能逐渐增大 是牵引力对列车做功的结果 2 如何估算小朋友从顶端滑到底端时所获得的速度 答案 由于小朋友从滑梯上滑下的过程是变加速曲线运动 因此无法用运动学公式求解 只能用动能定理求解 由动能定理mgh mv2 得v 故要想求出小朋友滑到底端时的速度 应知道滑梯顶端离地面的高度h和当地的重力加速度g 知识梳理 1 内容 力在一个过程中对物体做的功 等于物体在这个过程中 2 表达式 w ek2 ek1 ek2表示一个过程的 ek1表示这个过程的 w表示 或者说是物体所受所有外力对物体做功的代数和 3 适用范围 动能定理既适用于做功 也适用于做功 既适用于运动 也适用于运动 思考判断 1 物体的动能减少 则它的合外力一定做负功 2 如果一个物体所受合外力为零 则物体的动能一定不变 动能的变化 末动能 初动能 合力做的功 恒力 变力 直线 曲线 要点一 感悟解题规律 培养科学思维 对动能与动能变化量的理解 1 动能的特征 1 动能是标量 运动物体动能的数值为正值 不会为负值 2 动能是状态量 描述的是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 速度一定变化 3 由于瞬时速度与参考系有关 所以ek也与参考系有关 在一般情况下 如无特殊说明 则取大地为参考系 2 动能与动能变化量是两个不同的概念 动能描述的是物体在某一时刻或某一位置所具有的能量状态 具有瞬时性 是状态量 动能变化量则是指物体的末动能减去初动能 即ek2 ek1 描述的是从一个状态到另一个状态的动能变化量 即对应一个过程 例1 关于运动物体所受的合力 合力做的功及动能变化的关系 下列说法正确的是 a 合力为零 则合力做功一定为零b 合力做功为零 则合力一定为零c 合力做功越多 则动能一定越大d 动能不变化 则物体所受合力一定为零 a 核心点拨 合力是零产生的结果是匀速直线运动状态或静止状态 合力的功是零产生的结果是动能不变化 即速率不变化 解析 合力为零 则物体可能静止 也可能做匀速直线运动 这两种情况合力做功均为零 或这两种运动 动能均不变 所以合力做功一定为零 a正确 合力做功为零则动能不变 但合力不一定为零 故b d错误 合力做功越多 动能变化越大 而不是动能越大 故c错误 误区警示动能是标量 速度是矢量 当某一物体的动能发生变化时 物体的速度 大小 一定发生了变化 当速度发生变化时 可能仅是速度方向的变化 物体的动能可能不变 教师备用 例1 1 多选 关于对动能的理解 下列说法正确的是 a 动能是机械能的一种表现形式 凡是运动的物体都具有动能b 相对不同参考系 同一物体运动的动能相同c 一定质量的物体 动能变化时 速度一定变化 但速度变化时 动能不一定变化d 动能不变的物体 一定处于平衡状态 解析 动能是物体由于运动而具有的能量 所以运动的物体都具有动能 动能和势能 重力势能和弹性势能 统称为机械能 选项a正确 由于ek mv2 而v与参考系的选取有关 所以选项b错误 由于速度为矢量 当方向变化而大小不变时其动能不改变 故选项c正确 物体动能不变 说明合外力做功为零 合外力不一定为零即不是处于平衡状态 故选项d错误 ac 针对训练1 多选 关于运动物体所受的合力 合力的功 运动物体动能的变化 下列说法正确的是 a 运动物体所受的合力不为零 合力必做功 物体的动能一定要变化b 运动物体所受的合力为零 则物体的动能一定不变c 运动物体的动能保持不变 则该物体所受合力不一定为零d 运动物体所受合力不为零 则该物体一定做变速运动 bcd 解析 由功的公式w flcos 知 合力不为零 但若 90 合力的功也为零 选项a错误 若运动物体所受的合力为零 物体做匀速直线运动 则物体的动能不发生改变 选项b正确 运动物体动能不变 说明速度大小不变 但方向可能变化 也可能不变 其合力可能不为零 选项c正确 由牛顿第二定律 有不为零的合力作用 就一定会改变物体的运动状态 物体做变速运动 选项d正确 要点二 动能定理的应用 1 应用动能定理解题的步骤 1 确定研究对象和研究过程 2 对研究对象进行受力分析 研究对象以外的物体施于研究对象的力都要分析 含重力 3 写出该过程中合力做的功 或分别写出各个力做的功 注意功的正负 如果研究过程中物体受力情况有变化 要分别写出该力在各个阶段做的功 4 写出物体的初 末动能 注意动能增量是末动能减去初动能 5 按照动能定理列式求解 2 应用 1 做变加速运动或曲线运动的物体常用动能定理研究 2 当不涉及加速度 时间的计算时 做匀变速直线运动的物体也常用动能定理研究 3 变力做功 多过程等问题可用动能定理分析 计算 特别提醒 1 当系统内各物体加速度不同时 一般不以系统为研究对象应用动能定理 2 一般情况下 既能用牛顿运动定律 运动学公式结合法求解 也能用动能定理求解的问题 首先考虑用动能定理求解 例2 一人用力踢质量为1kg的皮球 使球由静止以10m s的速度飞出 假定人踢球的平均作用力是200n 球在水平方向运动了20m停止 那么人对球所做的功为 a 50jb 500jc 4000jd 无法确定 解析 人踢球瞬间完成 人对球做的功无法用功的计算式求得 但人对球做功增加了球的动能 可由动能定理求得w mv2 0 1 102j 50j 而不是w fx 200 20j 4000j a 规律方法求变力做功的方法在求变力做的功时 无法应用w fl求解 只能把变力做的功用符号w表示 应用动能定理求解 教师备用 例2 1 2017 江西宜春检测 如图所示 将质量为m的小球以速度v0由地面竖直向上抛出 小球落回地面时 其速度大小为v0 设小球在运动过程中所受空气阻力的大小不变 则空气阻力的大小等于 d ab 解析 若克服阻力做的功为w 由动能定理可得fs mgh w mv2 0 得w fs mgh mv2 故选项d错误 推力f对小车做的功可由fs计算 因为f是水平恒力 s是水平位移 故选项c错误 由动能定理可知 选项b正确 克服重力做功为mgh 选项a正确 要点三 动能定理在多过程问题中的应用 对于包含多个运动阶段的复杂运动过程 可以选择分段或全程应用动能定理 1 分段应用动能定理时 将复杂的过程分割成一个个子过程 对每个子过程的做功情况和初 末动能进行分析 然后针对每个子过程应用动能定理列式 然后联立求解 2 全程应用动能定理时 分析整个过程中出现过的各力的做功情况 分析每个力的做功 确定整个过程中合力做的总功 然后确定整个过程的初 末动能 针对整个过程利用动能定理列式求解 当题目不涉及中间量时 选择全程应用动能定理更简单 更方便 例3 如图所示 一质量为2kg的铅球从离地面2m高处自由下落 陷入沙坑2cm深处 求沙子对铅球的平均阻力 g取10m s2 法二应用动能定理全程求解铅球下落全过程都受重力 只有进入沙中铅球才受阻力ff 重力做功wg mg h h 而阻力做功wf ffh 由动能定理得mg h h ffh 0 0 代入数据得ff 2020n 答案 2020n 规律方法利用动能定理研究单物体多过程问题的方法 1 应用动能定理解决多过程问题时 要根据题目所求解的问题选取合适的过程 可以分过程 也可以整过程一起研究 值得注意的是虽然列式时忽略了中间复杂过程 但不能忽略对每个过程的分析 2 在运动过程中 物体受到的某个力可能是变化的或分阶段存在的 应用动能定理列式时要注意这种力做功的表达方式 教师备用 例3 1 2017 湖北潜江期末 多选 质量为m的物体从地面上方h高处无初速度释放 落在地面后出现一个深度为h的坑 如图所示 在不计空气阻力的情况下 对全过程的以下说法中正确的是 a 外力对物体做的总功为零b 物体的机械能减少mg h h c 地面对物体的阻力对物体做功为 mghd 地面对物体的平均阻力大小为 abd 解析 物体的初末动能都为零 根据动能定理可知 合外力做的功等于物体动能的变化量 所以外力对物体做的总功为零 a正确 物体机械能的减少量体现在重力势能和动能的减少 这个过程 动能的变化量为零 而重力势能减少量为mg h h 所以物体的机械能减少mg h h b正确 对整个过程应用动能定理 则mg h h wf 0 即wf mg h h c错误 整个过程中 根据动能定理得mg h h fh 0 解得地面对物体的平均阻力为f d正确 针对训练3 2017 浙江绍兴一中期末 物体在合外力作用下做直线运动的v t图像如图所示 下列表述正确的是 a 在0 2s内 合外力做正功b 在2 4s内 合外力不做功c 在0 2s内 合外力做负功d 在0 6s内 合外力总是做正功 a 解析 在0 2s内 物体的速度在增大 即动能在增大 所以合外力做正功 a正确 c错误 2 6s内物体的速度在减小 动能在减小 根据动能定理可得合外力做负功 b d错误 测评学习效果 演练当堂技法 1 2017 吉林高一检测 一个人站在阳台上 从阳台边缘以相同的速率v分别把三个质量相同的球竖直上抛 竖直下抛 水平抛出 不计空气阻力 则三球落地时的动能 a 上抛最大b 下抛最大c 水平抛出最大d 三球一样大 d 解析 根据动能定理mgh m m 三球落地时的动能相同 选项d正确 2 2017 河南驻马店高一检测 多选 一物体在水平方向的两个平衡力 均为恒力 作用下沿水平方向做匀速直线运动 若撤去一个水平力 则有 a 物体的动能可能减少b 物体的动能可能不变c 物体的动能可能增加d 余下的一个力一定对物体做正功 ac 解析 设撤掉一个力后另一个力与原速度方向间的夹角为 当90 180 时 力对物体做负功 物体动能减小 选项a正确 d错误 当0 90 时 力对物体做正功 物体动能增加 选项c正确 无论 多大 力都对物体做功 物体动能一定变化 选项b错误 3 如图所示 在2014年世界杯足球比赛时 某方获得一次罚点球机会 该方一名运动员将质量为m的足球以速度v0猛地踢出 结果足球以速度v撞在球门高h的门梁上而被弹出 现用g表示当地的重力加速度 则此足球在空中飞往门梁的过程中克服空气阻力所做的功应等于 c 4 2017 江苏徐州检测 多