2024年高中物理第七章第7节动能和动能定理讲义含解析新人教版必修2

PAGEPAGE1动能和动能定理一、动能┄┄┄┄┄┄┄┄①1．定义：物体由于运动而具有的能量。2．表达式：Ek＝eq\f(1,2)mv2。3．单位：与功的单位相同，国际单位为焦耳。1J＝1_N·m＝1_kg·m2/s2。4．标矢性：标量，只有大小，没有方向。二、动能的特点┄┄┄┄┄┄┄┄②1．动能是标量，没有方向，Ek>0。2．动能是状态量，对应某一时刻物体的瞬时速度。3．动能具有相对性，物体运动速度的大小与选定的参考系有关，相对于不同参考系，物体具有不同的速度，即物体的动能不同。无特殊说明均以地面为参考系。[留意](1)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，是个状态量。动能变更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变更量，即对应一个过程。动能为非负值，而动能变更量有正有负，ΔEk>0表示物体的动能增加，ΔEk<0表示物体的动能削减。(2)一个质量不变的物体速度发生变更，动能不肯定变更；若动能变更了，则速度肯定变更。三、动能定理┄┄┄┄┄┄┄┄③1．推导：如图所示，物体做匀加速直线运动，F为合力。2．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动能的变更。3．表达式(1)W＝Ek2－Ek1。(2)W＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)。4．适用范围不仅适用于恒力做功和直线运动，也适用于变力做功和曲线运动的状况。[说明](1)假如物体受到几个力的共同作用，式中W为合力所做的功，它等于各力做功的代数和。(2)假如外力对物体做正功，物体的动能增加，外力对物体做负功，物体的动能削减。①[判一判]1．一个物体的动能与参考系的选取无关(×)2．做匀速圆周运动的物体的动能保持不变(√)3．两质量相同的物体，若动能相同，则速度肯定相同(×)4．动能不变的物体，肯定处于平衡状态(×)②[判一判]1．合外力做功不等于零，物体的动能肯定变更(√)2．物体的速度发生变更，合外力做功肯定不等于零(×)3．物体的动能增加，合外力做正功(√)1.表达式的理解(1)动能定理中所说的外力，既可以是重力、弹力、摩擦力，也可以是任何其他的力。(2)动能定理中的W是指全部作用在物体上的外力的合力做的功，而不是某一力做的功。W可以为正功，也可以为负功。其求解思路如下。(3)Ek1、Ek2分别为初动能和末动能，Ek2可以大于也可以小于Ek1。2．两种关系(1)等值关系：某物体的动能变更量总等于合力对它做的功。(2)因果关系：合力对物体做功是引起物体动能变更的缘由，合力做功的过程实质上是其他形式的能与动能相互转化的过程，转化了多少由合力做了多少功来度量。3．普遍性动能定理虽然可依据牛顿其次定律和匀变速直线运动的运动学公式推出，但动能定理本身既适用于恒力作用过程，也适用于变力作用过程，既适用于直线运动的状况，也适用于曲线运动状况。4．探讨对象及过程(1)探讨对象：可以是单个物体，也可以是相对静止的系统。(2)探讨过程：既可以是运动中的某一段过程，也可以是运动的全过程。[典型例题]例1.[多选]一物体做变速运动时，下列说法正确的有()A．合力肯定对物体做功，使物体动能变更B．物体所受合力肯定不为零C．合力肯定对物体做功，但物体动能可能不变D．物体加速度肯定不为零[解析]物体的速度发生了变更，则合力肯定不为零，加速度也肯定不为零，B、D正确；物体的速度变更，可能是大小不变，方向变更，故动能不肯定变更，合力不肯定做功，A、C错误。[答案]BD[点评]动能与速度的关系(1)数值关系：Ek＝eq\f(1,2)mv2，速度v和动能Ek均为相对于同一参考系时的数值。(2)瞬时关系：动能和速度均为状态量，二者具有瞬时对应关系。(3)变更关系：动能是标量，速度是矢量，当动能发生变更时，物体的速度(大小)肯定发生了变更，当速度发生变更时，可能仅是速度方向的变更，物体的动能可能不变。[即时巩固]1．(2024·灵宝月考)下列关于运动物体所受的合力、合力做功和动能变更的关系，正确的是()A．假如物体所受的合力为零，那么合力对物体做的功肯定为零B．假如合力对物体做的功为零，则合力肯定为零C．物体在合力作用下做匀变速直线运动，则动能在一段过程中变更量肯定不为零D．物体的动能不发生变更，物体所受合力肯定是零解析：选A功是力与物体在力的方向上发生的位移的乘积，假如物体所受的合力为零，那么合力对物体做的功肯定为零，A正确；假如合力对物体做的功为零，可能是合力不为零，而是在力的方向上的位移为零，B错误；竖直上抛运动是一种匀变速直线运动，其在上升和下降阶段经过同一位置时动能相等，故动能在一段过程中变更量可以为零，C错误；动能不变更，只能说明速度大小不变，但速度方向有可能变更，因此合力不肯定为零，D错误。1.应用动能定理解题的步骤(1)确定探讨对象和探讨过程(探讨对象一般为单个物体)。(2)对探讨对象进行受力分析(留意哪些力做功或不做功)。(3)确定合力对物体做的功(留意功的正负)。(4)确定物体的初、末动能(留意动能增量是末动能减初动能)。(5)依据动能定理列式、求解。2．动能定理与牛顿定律解题的比较牛顿定律动能定理相同点确定探讨对象，对物体进行受力分析和运动过程分析适用条件只能探讨在恒力作用下物体做直线运动对于物体在恒力或变力作用下，物体做直线或曲线运动均适用应用方法要考虑运动过程的每一个细微环节，结合运动学公式解题只考虑各力的做功状况及初、末状态的动能运算方法矢量运算代数运算特殊提示两种思路对比可以看出应用动能定理解题不涉及加速度、时间，不涉及矢量运算，运算简洁不易出错[典型例题]例2.质量M＝6.0×103kg的客机，从静止起先沿平直的跑道匀加速滑行，当滑行距离l＝7.2×102m时，达到起飞速度v＝60m/s。求：(1)起飞时飞机的动能多大？(2)若不计滑行过程中所受的阻力，则飞机受到的牵引力为多大？(3)若滑行过程中受到的平均阻力大小为F＝3.0×103N，牵引力与第(2)问中求得的值相等，则要达到上述起飞速度，飞机的滑行距离应为多大？[解析](1)飞机起飞时的动能Ek＝eq\f(1,2)Mv2代入数值得Ek＝1.08×107J(2)设牵引力为F1，由动能定理得F1l＝Ek－0代入数值，解得F1＝1.5×104N(3)设滑行距离为l′，由动能定理得F1l′－Fl′＝Ek－0整理得l′＝eq\f(Ek,F1－F)代入数值，得l′＝9.0×102m[答案](1)1.08×107J(2)1.5×104N(3)9.0×102m[点评]动能定理解题的优越性应用牛顿运动定律和运动学规律时，涉及的有关物理量比较多，对运动过程中的细微环节也要细致探讨；应用动能定理解题时，探讨对象的运动性质、运动轨迹、做功的力是变力还是恒力等诸多因素都可以不予考虑，使分析简化，只考虑合力做功和初、末两个状态的动能，并且可以把不同的运动过程合并为一个全过程来处理。[即时巩固]2．(2024·咸阳月考)如图所示，物体(可看成质点)沿一曲面从A点无初速度下滑，当滑至曲面的最低点B点时，下滑的竖直高度h＝5m，此时物体的速度v＝6m/s。若物体的质量m＝1kg，g＝10m/s2，求物体在下滑过程中克服阻力所做的功。解析：物体在曲面上的受力状况为：重力、弹力、摩擦力，其中弹力不做功。设摩擦力做功为Wf，由A→B用动能定理知mgh＋Wf＝eq\f(1,2)mv2－0解得Wf＝－32J故物体在下滑过程中克服阻力所做的功为32J。答案：32J1．放在光滑水平面上的物体，仅在两个同向水平力的共同作用下起先运动。若这两个力分别做了6J和8J的功，则该物体的动能增加了()A．48JB．14JC．10JD．2J解析：选B合力对物体做功W合＝6J＋8J＝14J。依据动能定理得物体的动能增加量为14J，B正确。2．一质量为m的小球，用长为l的轻绳悬挂于O点。小球在水平拉力F作用下，从平衡位置P点很缓慢地移动到Q点，如图所示，则拉力F所做的功为()A．mglcosθB．mgl(1－cosθ)C．FlcosθD．Flsinθ解析：选B小球缓慢移动，时时都处于平衡状态，由平衡条件可知，F＝mgtanθ，随着θ的增大，F也在增大，是一个变更的力，不能干脆用功的公式求它做的功，所以此题须要用动能定理求解。由于物体缓慢移动，动能保持不变，由动能定理得：－mgl(1－cosθ)＋W＝0，所以W＝mgl(1－cosθ)，B正确。3．(2024·三明高一检测)两个物体A、B的质量之比为mA∶mB＝2∶1，二者初动能相同，它们和水平桌面的动摩擦因数相同，则二者在桌面上滑行到停止经过的距离之比为()A．xA∶xB＝2∶1B．xA∶xB＝1∶2C．xA∶xB＝4∶1D．xA∶xB＝1∶4解析：选B物体滑行过程中只有摩擦力做功，依据动能定理，对A：－μmAgxA＝0－Ek；对B：－μmBgxB＝0－Ek。故eq\f(xA,xB)＝eq\f(mB,mA)＝eq\f(1,2)，B正确。4．[多选]质量为m的物体，从静止起先以a＝eq\f(1,2)g的加速度竖直向下运动高度h，下列说法中正确的是()A．物体的动能增加了eq\f(1,2)mghB．物体的动能削减了eq\f(1,2)mghC．物体的势能削减了eq\f(1,2)mghD．物体的势能削减了mgh解析：选AD物体的合力为ma＝eq\f(1,2)mg，向下运动h时合力做功eq\f(1,2)mgh，依据动能定理物体的动能增加了eq\f(1,2)mgh，A正确，B错误；向下运动高度h过程中重力做功mgh，物体的势能削减了mgh，C错误，D正确。5．(2024·三门峡高一检测)如图所示，斜面倾角为θ，滑块质量为m，滑块与斜面的动摩擦因数为μ，从距挡板P为s0的位置以v0的速度沿斜面对上滑行。设重力沿斜面的分力大于滑动摩擦力，且每次与P碰撞前后的速度大小保持不变，挡板与斜面垂