【导学练】2014年高中物理第7章第7节动能和动能定理期末课时同步复习课件新人教版必修2.ppt

第七节动能和动能定理第七节动能和动能定理现代战斗机和攻击机的起飞时速，大都在250350千米，如果自行加速滑跑，至少需要2 0003 500米长的跑道但目前世界上最大的航空母舰飞行甲板也不过 330多米在这种情况下，舰上的飞机怎样做到起飞无误呢？其办法是借用弹射器帮助它上天现代航空母舰上多用蒸汽弹射器，其原理就是用蒸汽作动力，推动活塞和弹射装置运动做功，舰载机在活塞带动和自身的动力作用下，如箭一样弹射上天空，加上迎风速度，飞机会迅速达到离舰起飞的速度1明确动能的表达式及含义2能理解和推导动能定理3掌握动能定理及其应用课前预习一、动能1定义：物体由于_而具有的能2表达式：_.3 特 点：动 能 是 _(填“矢 量”或“标 量”)，是_(填“过程量”或“状态量”)4单位：_.运动Ek mv2标量状态量焦耳二、动能定理1内容在：力一个过程中对物体所做的功等于物体在这个过程中_2表达式：WEk2Ek1 ，其中Ek1表示物体的_；Ek2表示物体的_；W表示_，它等于各个力做功的_3适用范围：(1)动能定理既适用于恒力做功，也适用于_做功(2)动能定理既适用于直线运动，也适用于_动能的变化初动能末动能合外力做的功代数和变力曲线运动4(1)若Ek2Ek1即W总_0，合力对物体做_，物体的动能_；(2)Ek2Ek1即W总_0，合力对物体做_，物体的动能_减少正功增加负功怎样理解动能定理？1动能定理(1)推导：设物体的质量为m，初速度为v1，在与运动方向相同的合力F的作用下发生一段位移l，速度增加到v2，如图所示，这个过程F做的功WFl.根据牛顿第二定律有Fma，由匀变速直线运动的规律得 ，可得 W .(2)动能定理：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这个结论就叫做动能定理(3)表达式：WEk2Ek1.2动能定理的含义动能定理反映了合外力对物体做的功与物体动能的变化量之间的对应关系，是动能关系的具体体现外力对物体做功的过程，正是其他形式的能与动能相互转化的过程合外力做功的多少，量度了动能转化的多少当合外力对物体做正功时，W0，则Ek2Ek10，即Ek2Ek1，物体动能增加，其他形式的能转化为动能；当合外力对物体做负功时，W0，则Ek2Ek10，即Ek2Ek1，物体动能减少，动能转化为其他形式的能(1)W总是所有外力对物体做的总功，这些力对物体所做功的代数和等于物体动能的增量，即W总W1W2(代数和)或先将物体的外力进行合成，求出合外力F合后，再利用W总F合xcos 进行计算(2)因为动能定理中功和能均与参考系的选取有关，所以动能定理也与参考系的选取有关中学物理中一般取地面为参考系(3)不论物体做什么形式的运动、受力如何，动能定理总是适用的(4)动能定理是计算物体位移或速率的简捷公式，当题目中涉及位移时可优先考虑动能定理(5)做功的过程是能量转化的过程，动能定理表达式中的“”的意义是一种因果关系在数值上相等的符号，它并不意味着“功就是动能增量”，也不意味着“功转变成了动能”，而是意味着“功引起物体动能的变化”(6)动能定理公式两边的每一项都是标量，因此动能定理是一个标量方程(7)若Ek2Ek1，即W总0，合力对物体做正功，物体的功能增加；若Ek2Ek1，即W总0，合力对物体做负功，物体的动能减少名师提示：书写动能定理表达式时，左边应写出物体所受到的所有外力做功的代数和，而右边一定要用末状态的动能减去初状态的动能 尝试应用1一物体速度由0增加到v，再从v增加到2v，外力做功分别为W1和W2，则W1和W2的关系是()AW1W2BW22W1CW23W1 DW24W1答案：C怎样应用动能定理？与牛顿第二定律有何不同？1应用动能定理的解题与步骤(1)一般步骤：确定研究对象和研究过程动能定理的研究对象只能是单个物体，如果是系统，那么系统内的物体不能有相对运动对研究对象进行受力分析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的受力情况有变化，要分别写出该力在各个阶段做的功写出物体的初、末动能按照动能定理列式并求解(2)一述过程可用如下的程序图表示：(4)若物体运动过程中包含几个不同的物理过程，解题时，可以分段考虑，也可以视为一个整体过程，应用动能定理求解2应用动能定理需要注意的问题(1)明确研究对象和研究过程，找出始、末状态的速度情况(2)要对物体进行正确的受力分析(包括重力、弹力等)，明确各力做功的大小及正、负情况(3)有些力在运动过程中不是始终存在，若物体运动过程中包含几个物理过程，物体运动状态、受力等情况均发生变化，则在考虑外力做功时，必须根据不同情况分别对待(3)由于动能定理只涉及过程中各力的功及过程的初、末状态，不涉及过程中物体的运动性质、物体受的力是变力还是恒力，所以对牛顿第二定律和运动学公式不能解决的变力作用过程，可以用动能定理求解3动能定理和牛顿第二定律的比较(1)牛顿第二定律是力的瞬时作用规律，力的作用效果是立即产生加速度，将使物体的速度发生变化动能定理是力对位移的积累作用规律，在某一过程中力对物体做的功产生的效果是使物体的动能发生了变化(2)由于动能定理只涉及过程中各力的功及过程的初、末状态，而不涉及加速度和时间，一般用动能定理解决问题，比用牛顿第二定律和运动学公式求解要简单4应用动能定理解题的优越性(1)由于动能定理反映的是物体两个状态的动能变化与其合力所做功的量值关系，所以对由初始状态到终止状态这一过程中物体运动性质、运动轨迹、做功的力是恒力还是变力等诸多因素不必加以限制这些正是动能定理解题的优越性所在(2)一般来说，在不涉及加速度和时间时，能用牛顿第二定律和运动学知识求解的问题，用动能定理也可以求解，而且往往用动能定理求解更简捷可是，有些用动能定理能够求解的问题，应用牛顿第二定律和运动学知识却无法求解可以说，熟练地应用动能定理求解问题，是一种高层次的思维方法，应该增强用动能定理解题的主动意识名师提示：(1)正确分析物体的受力，要考虑物体所受的所有外力，包括重力(2)有些力在物体运动的全过程中不是始终存在的，若物体运动的全过程包含几个不同的物理过程，物体运动状态、受力等情况均可能发生变化，则在考虑外力做功时，必须根据不同情况分别对待应用动能定理解题的步骤可概括为：“确定状态找动能，分析过程找力功，正功负功加一起，动能增量与它同”尝试应用2起重机的钢索吊着m1.0103 kg的物体以a2 m/s2的加速度竖直向上提升了5 m，钢索对物体的拉力做的功为多少？物体的动能增加了多少？(g 取10 m/s2)解析：由动能定理得，物体动能的增加量Ekmah1.010325 J1.0104 J由动能定理还可以得W拉WGEk所以拉力做的功W拉EkWGEkmgh1.0104 J1.0103105 J6.0104 J.答案：6.0104 J1.0104 J应用动能定理求变力做功 如图所示，AB为 圆弧轨道，BC为水平直轨道，圆弧的半径为R，BC的长度也是R.一质量为m的物体，与两个轨道的动摩擦因数都为，当它由轨道顶端A从静止下滑时，恰好运动到C处停止，那么物体在AB段克服摩擦力做的功为()A.mgR B.mgRCmgR D(1)mgR解析：物体从A到B所受弹力要发生变化，摩擦力大小也要随之发生变化，所以求克服摩擦力做的功，不能直接用功的公式求得而在BC段克服摩擦力所做的功，可直接求得对从A到C全过程应用动能定理即可求出在AB段克服摩擦力所做的功设物体在AB段克服摩擦力所做的功为WAB，物体从A到C的全过程，根据动能定理有mgRWABmgR0所以有WABmgRmgR(1)mgR.答案：D名师归纳：利用动能定理求解变力做功时，首先要注意哪些力是变力，哪些力是恒力，找出恒力做的功和变力做的功，然后再利用动能定理解题 变式应用1某同学从h5 m高处，以初速度v08 m/s抛出一个质量m0.5 kg的橡皮球，测得橡皮球落地前瞬时速度为12 m/s，求该同学抛球时所做的功和橡皮球在空中运动时克服空气阻力做的功(g取10 m/s2)解析：某同学抛球的过程，球的速度由零增加为抛出时的初速度v0，故抛球时所做的功为:橡皮球抛出后，重力和空气阻力做功，由动能定理得：即橡皮球克服空气阻力做功为5 J.答案：16 J5 J运用动能定理求解多过程问题 如图所示，一质量为2 kg的铅球从离地面2 m高处自由下落，陷入沙坑2 cm深处，求沙子对铅球的平均阻力(g取10 m/s2)解法一：分段列式设铅球自由下落到沙面时的速度为v，则mgH mv20解析：铅球的运动分成自由下落和陷入沙坑做变速运动两个过程，根据动能定理，分段列式或全程列式，都可求出平均阻力设铅球在沙中受到的阻力为F，则mghFh0 mv2代入数据可得F2 020 N.解法二：根据全程列式在铅球运动的全过程中，重力做功mg(Hh)，进入沙中阻力做功Fh，全程动能变化量为零，则由WEk2Ek1得mg(Hh)Fh0解得F2 020 N.答案：2 020 N名师归纳：如果物体在几个力(其中一个力未知)的作用下，运动的位移和其动能变化已知时，可用动能定理求解此未知力，当所研究的问题中涉及不止一个物体或不止一个运动过程时，可以根据解决问题的方便选取不同的物体或过程应用运能定理列方程，可以对整个过程，也可以选取其中几个过程分别列方程动能定理与曲线运动的综合应用 某兴趣小组设计了如图所示的玩具轨道，其中“2008”四个等高数字用内壁光滑的薄壁细圆管弯成，固定在竖直平面内(所有数字均由圆或半圆组成，圆半径比细管的内径大得多)，底端与水平地面相切弹射装置将一个小物体(可视为质点)以v05 m/s的水平初速度由a点弹出，从b点进入轨道，依次经过“8002”后从P点水平抛出小物体与地面ab段间的动摩擦因数0.3，不计其他机械能损失已知ab段长L 1.5 m，数字“0”的半径R0.2 m，小物体质量m0.01 kg，g10 m/s2.求：(1)小物体从P点抛出后的水平射程(2)小物体经过数字“0”的最高点时管道对小物体作用力的大小和方向解析：(1)设小物体运动到P点时的速度大小为v，对小物体由a运动到P的全过程应用动能定理得答案：(1)0.8 m(2)0.3 N，方向竖直向下名师归纳：动能定理在处理变力、曲线运动的问题时，具有独特的优势，所以有很多考题将动能定理与圆周运动、平抛运动的知识综合起来考查解决此类问题的关键是利用“程序法”将“大过程”分成几个“小阶段”或“状态”，然后再分别应用相关知识列出方程联立求解变式应用3如图是滑道压力测试的示意图，光滑圆弧轨道与光滑斜面相切，滑到底部B处安装一个压力传感器，其示数N表示该处所受压力的大小，某滑块从斜面上不同高度h处由静止下滑，通过B时，下列表述正确的有()AN小于滑块重力 BN大于滑块重力CN越大表明h越大 DN越大表明h越小解析：设滑块在B点的速度大小为v，开始到B点由动能定理得：mgh mv2.在B点由牛顿第二定律得Nmgm ，因而选B、C.答案：BC基础练1关于运动物体所受的合外力、合外力做功和物体动能变化的关系，下列说法正确的是()A如果物体所受合外力为零，则合外力对物体做的功一定为零B如果合外力对物体所做的功为零，则合外力一定为零C物体在合外力的作用下做变速运动，动能一定发生变化D物体的动能不变，所受合外力一定为零A2A、B两物体在光滑的水平面上，分别在相同的水平恒力F作用下，由静止开始通过相同的位移s.若A的质量大于B的质量，则在这一过程中()AA获得的动能较大BB获得的动能较大CA、B获得的动能一样大D无法比较A、B获得的动能的大小C3质量为1.0 kg的滑块，以4 m/s的初速度在光滑的水平面上向左滑行，从某一时刻起将一向右的水平力作用于滑块，经过一段时间，滑块的速度方向变为向右，大小为4 m/s，则在这段时间内水平力所做的功为()A0 B8 J C16 J D32 J解析：这段过程的初动能和末动能相等，根据动能定理 WEk2Ek1知，W0故选项A正确答案：A4一质量为m的小球，用长为l的轻绳悬挂于O点，小球在水平拉力F的作用下，从平衡位置P点缓慢地移动到Q点，如图所示，则力F做的功为()Amglcos BFlsinCmgl(1cos)DFl解析：将小球从P点缓慢地移动到Q点的过程中力F是变化的，由动能定理得：Wmgl(1cos)0，故Wmgl(1cos)，C正确答案：C5.两辆汽车在同一路面上行驶，它们的质量平直之比 ，速度之比 .当两车急刹车后，甲车滑行的最大距离为 ，乙车滑行的最大距离为 ，设两车与路面间的动摩擦因数相等，不计空气阻力，则（）A.B.C.D.答案：D6一质点开始时做匀速直线运动，从某时刻起受到一恒力作用此后，该质点的动能不可能为()A一直增大B先逐渐减小至零，再逐渐增大C先逐渐增大至某一最大值，再逐渐减小D先逐渐减小至某一非零的最小值，再逐渐增大解析：当力的方向与速度方向相同或与速度方向的夹角小于90时，恒力对质点做正功，质点的动能逐渐增大；当力的方向与速度方向相反时，恒力对质点做负功，至速度减小到零后又对质点做正功，因此质点的动能先减小后增大；当力的方向与速度方向的夹角大于90小于180时，力的方向与速度方向的夹角逐渐减小，恒力先对质点做负功，直到夹角等于90，而后恒力又对质点做正功，故动能先逐渐减小到某一非零的最小值再逐渐增大，故选项A、B、D正确答案：C提高练7人骑自行车上坡，坡长l200 m，坡高h10 m，人和车的总质量为100 kg，人蹬车的牵引力为F100 N，若在坡底时车的速度为10 m/s，到坡顶时车的速度为4 m/s，(g取10 m/s2)求：(1)上坡过程中人克服摩擦力做多少功；(2)人若不蹬车，以10 m/s的初速度冲上坡，能在坡上行驶多远答案：(1)1.42104 J(2)41 m8剑桥大学物理学家海伦杰尔斯基研究了各种自行车特技的物理学原理，并通过计算机模拟技术探寻特技动作的极限，设计了一个令人惊叹不已的高难度动作“受因斯坦空翻”，并在伦敦科学博物馆由自行车特技运动员(18岁的布莱士)成功完成现将“爱因斯坦空翻”简化模型如图所示，质量为m的自行车运动员从B点由静止出发，经BC圆弧，从C点竖直冲出，完成空翻已知他完成空翻的时间为t，由B到C的过程中克服摩擦阻力做功W，空气阻力忽略不计，重力加速度为g，试求自行车运动员从B到C至少做多少功？9一质量为m2 kg的小球从光滑的斜面上高h3.5 m处由静止滑下，斜面底端紧接着一个半径R1 m的光滑半圆环，如图所示，试求：(1)小球滑到圆环顶点时对圆环的压力；(2)小球至少应从多高处由静止滑下，才能越过圆环最高点(g取10 m/s2)答案：(1)40 N(2)2.5 m