高中物理新人教版必修２系列課件

1、高中物理新人教版 必修系列課件 7.7動(dòng)能和動(dòng)能定理 教學(xué)目標(biāo) 、掌握用動(dòng)能定理還能解決一些用牛頓第二定律 和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式難以求解的問(wèn)題，如變力作用過(guò)程、 曲線運(yùn)動(dòng)等問(wèn)題。 、掌握用動(dòng)能定理處理含有涉及的物理量中的F、 l、m、v、W、Ek等物理量的力學(xué)問(wèn)題。 第一課時(shí) 一. . 動(dòng)能 1.1.物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能叫動(dòng)能 2.2.動(dòng)能的大小：2 2 1 mvEK 3.3.動(dòng)能是標(biāo)量 4.4.動(dòng)能是狀態(tài)量，也是相對(duì)量因?yàn)闉樗矔r(shí)速度， 且與參考系的選擇有關(guān), ,公式中的速度一般指相對(duì)于地 面的速度 5.5.動(dòng)能的單位與功的單位相同-焦耳. . 6.6.動(dòng)能與動(dòng)量大小的關(guān)系： m P E K 2 2

2、 K mEP2 一個(gè)物體的動(dòng)量發(fā)生變化，它的動(dòng)能不一定變化一個(gè) 物體的動(dòng)能發(fā)生變化，它的動(dòng)量一定變化 二、動(dòng)能定理 1.1.合外力所做的功等于物體動(dòng)能的變化, ,這個(gè)結(jié)論叫做 動(dòng)能定理. . K EmvmvW 2 1 2 2 2 1 2 1 合 2.2.動(dòng)能定理的理解及應(yīng)用要點(diǎn): : (1)(1)等式的左邊為各個(gè)力做功的代數(shù)和，正值代表正功 ，負(fù)值代表負(fù)功。等式右邊動(dòng)能的變化，指末動(dòng)能 E EK2 K2=1/2mv =1/2mv2 22 2與初能E EK1 K1=1/2mv =1/2mv1 12 2之差. . (2)“(2)“增量”是末動(dòng)能減初動(dòng)能EEK K0 0表示動(dòng)能增加 ，EEK K0

3、0表示動(dòng)能減小 (3)(3)在動(dòng)能定理中, ,總功指各外力對(duì)物體做功的代數(shù)和 這里我們所說(shuō)的外力包括重力、彈力、摩擦力、電場(chǎng) 力或其他的力等 (4)(4)動(dòng)能定理適用單個(gè)物體，對(duì)于物體系統(tǒng)尤其是具有 相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體系統(tǒng)不能盲目的應(yīng)用動(dòng)能定理由于 此時(shí)內(nèi)力的功也可引起物體動(dòng)能向其他形式能（比如 內(nèi)能）的轉(zhuǎn)化 (5)(5)各力位移相同時(shí)，可求合外力做的功，各力位移不 同時(shí)，分別求力做功，然后求代數(shù)和 (6)(6)有些力在物體運(yùn)動(dòng)全過(guò)程中不是始終存在的，若物 體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中包含幾個(gè)物理過(guò)程，物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、受 力等情況均發(fā)生變化，因而在考慮外力做功時(shí)，必須 根據(jù)不同情況分別對(duì)待. . (7)(7)動(dòng)能定

4、理中的位移和速度必須是相對(duì)于同一個(gè)參考 系. .一般以地面為參考系. . (8)(8)若物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中包含幾個(gè)不同的物理過(guò)程，解題 時(shí)可以分段考慮. . 若有能力，可視全過(guò)程為一整體，用 動(dòng)能定理解題. . (9)(9)動(dòng)能定理中涉及的物理量有、 等，在處理含有上述物理量的力學(xué)問(wèn)題時(shí)，可以 考慮使用動(dòng)能定理。由于只需從力在整個(gè)位移內(nèi)的功 和這段位移始末兩狀態(tài)動(dòng)能變化去考察，無(wú)需注意其 中運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的細(xì)節(jié)，又由于動(dòng)能和功都是標(biāo)量， 無(wú)方向性，無(wú)論是直線運(yùn)動(dòng)或曲線運(yùn)動(dòng)，計(jì)算都有會(huì) 特別方便。 總之，無(wú)論做何種運(yùn)動(dòng)，只要不涉及加速度和時(shí)間 ，就可考慮應(yīng)用動(dòng)能定理解決動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。 例1、 鋼球從高處

5、向下落，最后陷入泥中，如果空氣 阻力可忽略不計(jì)，陷入泥中的阻力為重力的n 倍， 求：鋼珠在空中下落的高度H與陷入泥中的深度h 的 比值 H h =? 解: 畫(huà)出示意圖并分析受力如圖示： h H mg mg f 由動(dòng)能定理，選全過(guò)程 mg(H+h)nmgh=0 H + h = n h H : h = n - 1 練習(xí)1 1、放在光滑水平面上的某物體，在水平恒力F F 的作用下，由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，在其速度由0 0增加到v v 和由v v增加到2v2v的兩個(gè)階段中，F(xiàn) F對(duì)物體所做的功之 比為 ( )( ) A.11 A.11 B.12 B.12 C.13 C.13 D.14 D.14 C 例2如右圖

6、所示，水平傳送帶保持 1m/s 的速度運(yùn) 動(dòng)。一質(zhì)量為1kg的物體與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 0.2?，F(xiàn)將該物體無(wú)初速地放到傳送帶上的A點(diǎn)，然后 運(yùn)動(dòng)到了距A點(diǎn)1m 的B點(diǎn)，則皮帶對(duì)該物體做的功為 （ ） A. 0.5J B. 2J C. 2.5J D. 5J 解: 設(shè)工件向右運(yùn)動(dòng)距離S 時(shí)，速度達(dá)到傳送帶的速 度v，由動(dòng)能定理可知 mgS=1/2mv2 解得 S=0.25m，說(shuō)明工件未到達(dá)B點(diǎn)時(shí)，速度已達(dá)到v， 所以工件動(dòng)能的增量為 EK = 1/2 mv2 = 0.511= 0.5J A AB 練習(xí)2 2、兩輛汽車在同一平直路面上行駛，它們的 質(zhì)量之比mm1 1mm2 2=12=12，速度之

7、比v v1 1vv2 2=21=21， 兩車急剎車后甲車滑行的最大距離為s s1 1，乙車滑行 的最大距離為s s2 2，設(shè)兩車與路面間的動(dòng)摩擦因數(shù)相 等，不計(jì)空氣阻力，則( )( ) A.s A.s1 1ss2 2=12=12 B.s B.s1 1ss2 2=11=11 C.s C.s1 1ss2 2=21=21 D.s D.s1 1ss2 2=41=41 D 如下圖所示，一個(gè)質(zhì)量為m的小球從A點(diǎn)由靜 止開(kāi)始滑到B點(diǎn)，并從B點(diǎn)拋出，若在從A到B的過(guò)程 中，機(jī)械能損失為E，小球自B點(diǎn)拋出的水平分速度為 v，則小球拋出后到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)與A點(diǎn)的豎直距離是 。 例3、 A B 解: 小球自B點(diǎn)拋出后做

8、斜上拋運(yùn)動(dòng),水平方向做勻速 直線運(yùn)動(dòng),到最高點(diǎn)C的速度仍為v ,設(shè)AC的高度差為h v C h 由動(dòng)能定理, AB C mgh E=1/2mv2 h=v2/2g+E/mg v2/2g+E/mg 練習(xí)3 3、下列關(guān)于運(yùn)動(dòng)物體所受的合外力、合外 力做功和動(dòng)能變化的關(guān)系，正確的是 A A如果物體所受的合外力為零，那么，合外力對(duì) 物體做的功一定為零 B B如果合外力對(duì)物體所做的功為零，則合外力一 定為零 CC物體在合外力作用下作變速運(yùn)動(dòng)，動(dòng)能一定變 化 D D物體的動(dòng)能不變，所受的合外力必定為零 A 質(zhì)量為m的跳水運(yùn)動(dòng)員從高為H的跳臺(tái)上以速 率v1 起跳，落水時(shí)的速率為v2 ，運(yùn)動(dòng)中遇有空氣阻力 ，那

9、么運(yùn)動(dòng)員起跳后在空中運(yùn)動(dòng)克服空氣阻力所做的 功是多少？ V1 H V2 解： 對(duì)象運(yùn)動(dòng)員過(guò)程-從起跳到落水 受力分析-如圖示 f mg 由動(dòng)能定理 K EmvmvW 2 1 2 2 2 1 2 1 合 2 1 2 2 2 1 2 1 mvmvWmgH f 2 1 2 2 2 1 2 1 mvmvmgHW f 例4. 練習(xí)4 4、一質(zhì)量為1kg1kg的物體被人用手由靜止 向上提升1m1m，這時(shí)物體的速度2 m/s2 m/s，則下 列說(shuō)法正確的是 ( )( ) V=2m/s h=1m F FA A手對(duì)物體做功 12J12J B B合外力對(duì)物體做功 12J12J CC合外力對(duì)物體做功 2J2J D

10、D物體克服重力做功 10 J10 J mg A C D 例5.5.如圖所示，質(zhì)量為mm的物塊從高h(yuǎn) h的斜面頂端OO由 靜止開(kāi)始滑下，最后停止在水平面上B B點(diǎn)。若物塊從斜 面頂端以初速度v v0 0沿斜面滑下，則停止在水平面的上 CC點(diǎn)，已知，AB=BC , AB=BC , 則物塊在斜面上克服阻力做的 功為 。（設(shè)物塊經(jīng)過(guò)斜面與水 平面交接點(diǎn)處無(wú)能量損失） CAB m h O 解：設(shè)物塊在斜面上克服阻力做的功為W1， 在AB或BC段克服阻力做的功W2 由動(dòng)能定理 OB mgh -W1 W2= 0 OCmgh -W1 2W2= 0 - 1 /2 mv02 W1 =mgh1 /2 mv02 mg

11、h1 /2 mv02 練習(xí)5 5某人在高h(yuǎn) h處拋出一個(gè)質(zhì)量為mm的物體 不計(jì)空氣阻力，物體落地時(shí)的速度為v v，這人對(duì)物體 所做的功為：( ) ( ) A Amghmgh B Bmvmv2 2/2/2 C Cmgh+mvmgh+mv2 2/2/2 D Dmvmv2 2/2- mgh/2- mgh D 例6. 6. 斜面傾角為 ，長(zhǎng)為L(zhǎng) L， ABAB段光滑，BCBC段粗糙 ，AB =L/3, AB =L/3, 質(zhì)量為mm的木塊從斜面頂端無(wú)初速下滑， 到達(dá)CC端時(shí)速度剛好為零。求物體和BCBC段間的動(dòng)摩擦 因數(shù) 。 B A C L 分析：以木塊為對(duì)象，下滑全過(guò)程用動(dòng)能定理： 重力做的功為mgL

12、sinWG 摩擦力做功為 mgLcos 3 2 Wf 支持力不做功, ,初、末動(dòng)能均為零。 由動(dòng)能定理 mgLsin -2/3 mgLcos =0 可解得 tg 2 3 點(diǎn)評(píng)：用動(dòng)能定理比用牛頓定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)方程解 題方便得多。 練習(xí)6.6.豎直上拋一球，球又落回原處，已知空氣 阻力的大小正比于球的速度( )( ) （A A） 上升過(guò)程中克服重力做的功大于下降過(guò)程中重 力做的功 （B B） 上升過(guò)程中克服重力做的功等于下降過(guò)程中重 力做的功 （CC） 上升過(guò)程中克服重力做功的平均功率大于下 降 過(guò)程中重力做功的平均功率 （D D） 上升過(guò)程中克服重力做功的平均功率等于下降 過(guò)程中重力做功的平均功

13、率 B 、C 例7.7.將小球以初速度v v0 0豎直上拋，在不計(jì)空氣阻力的 理想狀況下，小球?qū)⑸仙侥骋蛔畲蟾叨?。由于有?氣阻力，小球?qū)嶋H上升的最大高度只有該理想高度的 80%80%。設(shè)空氣阻力大小恒定，求小球落回拋出點(diǎn)時(shí)的 速度大小v?v? 解：有空氣阻力和無(wú)空氣阻力兩種情況下分別在上升 過(guò)程對(duì)小球用動(dòng)能定理： v v / f G G f 2 0 2 1 mvmgH 和 2 0 2 1 8 . 0mvHfmg 可得H=vH=v0 02 2/2g/2g， mgf 4 1 再以小球?yàn)閷?duì)象，在有空氣阻力的情況下對(duì)上 升和下落的全過(guò)程用動(dòng)能定理。全過(guò)程重力做的功為 零，所以有： 22 0 2 1

14、 2 1 8 . 02mvmvHf 解得 0 5 3 vv 例8.8.地面上有一鋼板水平放置，它上方3m3m處有一鋼球 質(zhì)量 m=1kgm=1kg，以向下的初速度v v0 0=2m/s=2m/s豎直向下運(yùn)動(dòng) ，假定小球運(yùn)動(dòng)時(shí)受到一個(gè)大小不變的空氣阻力 f=2Nf=2N ，小球與鋼板相撞時(shí)無(wú)機(jī)械能損失，小球最終停止運(yùn)動(dòng) 時(shí)，它所經(jīng)歷的路程S S 等于 多少？ ( g=10m/s( g=10m/s2 2 ) ) V0=2m/s h=3m 解： 對(duì)象 小球過(guò)程 從開(kāi)始到結(jié)束 受力分析-如圖示 mg f 由動(dòng)能定理 2 1 2 2k mv 2 1 mv 2 1 EW 合 2 0 mv 2 1 0fSm

15、gh 16m 2 230 f mv 2 1 mgh S 2 0 練習(xí)7.7.如圖所示，A A、B B是位于水平桌面上的兩質(zhì)量相 等的木塊，離墻壁的距離分別為ll1 1 和ll2 2 ，與桌面之間的 滑動(dòng)摩擦系數(shù)分別為 A A和 B B，今給A A以某一初速度， 使之從桌面的右端向左運(yùn)動(dòng)，假定A A、B B之間，B B與墻 間的碰撞時(shí)間都很短，且碰撞中總動(dòng)能無(wú)損失，若要 使木塊A A最后不從桌面上掉下來(lái)，則A A的 初速度最大不能超過(guò) 。 l1 AB l2 4 221 l)l(lg BA 例9.9.在光滑水平面上有一靜止的物體，現(xiàn)以水平恒力 甲推這一物體，作用一段時(shí)間后，換成相反方向的恒 力乙推

16、這一物體，當(dāng)恒力乙作用時(shí)間與恒力甲作用時(shí) 間相同時(shí)，物體恰好回到原處，此時(shí)物體的動(dòng)能為32 32 J, J,則在整個(gè)過(guò)程中，恒力甲做的功等于 焦耳，恒 力乙做的功等于 焦耳. . 解：畫(huà)出運(yùn)動(dòng)示意圖如圖示：由牛頓定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式 A B C F甲F乙 S ABS=1/2a1 t2 =F1 t2 /2mv=at=F1 t/m v BCA - S=vt - 1/2 a2 t2 = F1 t 2/m - F2 t2 /2m F2 =3 F1 ABCA 由動(dòng)能定理 F1S+F2S=32 W1= F1S=8J W2= F2S=24J 8J 24J 例10.10.總質(zhì)量為MM的列車，沿水平直線軌道勻 速前

17、進(jìn)，其末節(jié)車廂質(zhì)量為mm，中途脫節(jié)司 機(jī)發(fā)覺(jué)時(shí)，機(jī)車已行駛L L的距離，于是立即關(guān) 閉發(fā)動(dòng)機(jī)滑行設(shè)運(yùn)動(dòng)的阻力與質(zhì)量成正比， 機(jī)車的牽引力恒定，當(dāng)列車的兩部分都停止時(shí) ，它們的距離是多少？ 對(duì)末節(jié)車廂應(yīng)用動(dòng)能定理，有 解解 ss 12 設(shè)從脫鉤開(kāi)始，前面的部分列車和末節(jié)車廂分別行駛了 、 2 01 vm-M 2 1 -=gsm-Mk-FL）（）（ - kmgs = - 1 2 mv 20 2 又整列車勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，有，則可解得F = kMgs= ML M-m 說(shuō)明 本題所求距離為兩個(gè)物體的位移之差，需分別對(duì)各個(gè)物體 應(yīng)用動(dòng)能定理求解時(shí)也可假設(shè)中途脫節(jié)時(shí)，司機(jī)若立即關(guān)閉 發(fā)動(dòng)機(jī)，則列車兩部分將停在同

18、一地點(diǎn)現(xiàn)實(shí)際上是行駛了距 離L L后才關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，此過(guò)程中牽引力做的功，可看作用來(lái)補(bǔ) 續(xù)前部分列車多行駛一段距離而 克服阻力所做的功，即：（） ，故FL=k M-m g ss= ML M-m 才停止, ,則兩者距離 s=ss=s1 1-s -s2 2. .對(duì)前面部分的列車應(yīng)用動(dòng)能定理, ,有 2 0 2 2h av l 2 0 2 2 1 h mgv gl 練習(xí)8.8.質(zhì)量為mm的飛機(jī)以水平v v0 0飛離跑道后逐漸上升, , 若飛機(jī)在此過(guò)程中水平速度保持不變, ,同時(shí)受到重力和 豎直向上的恒定升力( (該升力由其他力的合力提供, ,不含 重力). ).今測(cè)得當(dāng)飛機(jī)在水平方向的位移為L(zhǎng) L時(shí),

19、 ,它的上升 高度為h,h,求(1)(1)飛機(jī)受到的升力大小?(2)?(2)從起飛到上升 至h h高度的過(guò)程中升力所做的功及在高度h h處飛機(jī)的動(dòng) 能? ? 解析(1)(1)飛機(jī)水平速度不變,L= v,L= v0 0t, t,豎直方向的加速度恒 定,h=at,h=at2 2, ,消去t t即得 由牛頓第二定律得:F=mg:F=mgma=ma= (2)(2)升力做功W=Fh=W=Fh= 2 0 2 2 1 h mghv gl 在h h處,v,vt t=at=at=0 2 2 hv ah l 2 222 00 2 114 1 22 kt h Em vvmv l 例1111如圖示，光滑水平桌面上開(kāi)一

20、個(gè)小孔，穿一 根細(xì)繩，繩一端系一個(gè)小球，另一端用力F F 向下拉， 維持小球在水平面上做半徑為r r 的勻速圓周運(yùn)動(dòng)現(xiàn) 緩緩地增大拉力，使圓周半徑逐漸減小當(dāng)拉力變?yōu)?8F 8F 時(shí)，小球運(yùn)動(dòng)半徑變?yōu)閞/2r/2，則在此過(guò)程中拉力對(duì) 小球所做的功是： A A0 0 B B7Fr/27Fr/2 CC4Fr4Fr D D3Fr/23Fr/2 解： F r mv 2 1 8F 0.5r mv 2 2 Frmv 2 1 4Frmv 2 2 Fr 2 3 mv 2 1 mv 2 1 EW 2 1 2 2k D 練習(xí)9.9.某人造地球衛(wèi)星因受高空稀薄空氣的阻氣作 用，繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道會(huì)慢慢改變，每次測(cè)量中衛(wèi)

21、 星的運(yùn)動(dòng)可近似看作圓周運(yùn)動(dòng)。某次測(cè)量衛(wèi)星的軌 道半徑為r r1 1，后來(lái)變?yōu)閞 r2 2 。以E Ek1k1、 E E k2k2表示衛(wèi)星在這 兩個(gè)軌道上的動(dòng)能， T T1 1 、 T T2 2表示衛(wèi)星在這兩上軌道 上繞地運(yùn)動(dòng)的周期，則 ( )( ) （A）E k2 Ek1 T2 T1 （B） E k2 Ek1 T2 T1 （C） E k2 Ek1 T2 T1 （D） E k2 Ek1 T2 T1 C 質(zhì)量為mm的物體放在小車一端受水平恒力F F作 用被拉到另一端( (如圖所示) )。假如第一次將小車固定； 第二次小車可以在光滑水平面上運(yùn)動(dòng)。比較這兩次過(guò)程 中拉力F F所作的功WW1 1和WW

22、2 2、產(chǎn)生的熱量QQ1 1和QQ2 2、物體 的末動(dòng)能E Ek1 k1和E Ek k2 2，應(yīng)有W W1 1_W_W2 2；QQ1 1_Q_Q2 2；E Ek1 k1_ _ _E_Ek2 k2。( (用“” ”或“” (v0+vm) / 2 D. 克服阻力的功為 提示: : 由動(dòng)能定理 Pt fs =1/2m(vPt fs =1/2m(vm m2 2 - v - v0 02 2 ) ) f=F=P/v f=F=P/vm m 聯(lián)列解之 A C D 例20.20.一傳送帶裝置示意如圖，其中傳送帶經(jīng)過(guò)ABAB區(qū)域 時(shí)是水平的，經(jīng)過(guò)BCBC區(qū)域時(shí)變?yōu)閳A弧形（圓弧由光滑 模板形成，未畫(huà)出），經(jīng)過(guò)CDC

23、D區(qū)域時(shí)是傾斜的，ABAB 和CDCD都與BCBC相切?，F(xiàn)將大量的質(zhì)量均為mm的小箱一 個(gè)一個(gè)在A A處放到傳送帶上，放置時(shí)初速為零，經(jīng)傳送 帶運(yùn)送到D D處，D D和A A的高度差為h h。穩(wěn)定工作時(shí)傳送 帶速度不變，CDCD段上各箱等距排列，相鄰兩箱的距離 為L(zhǎng) L。每個(gè)箱子在A A處投上后，在到達(dá)B B之前已經(jīng)相對(duì)于 傳送帶靜止，且以后也不再滑動(dòng)（忽略經(jīng)BCBC段時(shí)的微 小滑動(dòng)）。己知在一段相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間T T內(nèi)，共運(yùn)送小貨 箱的數(shù)目為N N，這裝置由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，傳送帶與輪子間 無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，不計(jì)輪軸處的摩擦。求電動(dòng)機(jī)的平均輸 出功率P P。 【解析】以地面為參考（下同），設(shè)傳送帶的運(yùn)動(dòng)速 度為v v0 0，在水平段運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中，小貨箱先在滑動(dòng)摩 擦力作用下做勻加速運(yùn)動(dòng)，設(shè)這段路程為S S，所用時(shí) 間為t t，加速度為a a，則對(duì)小箱有：S Satat2 2 v v0 0atat 在這段時(shí)間內(nèi)，傳送帶運(yùn)動(dòng)的路程為：S S0 0= v= v0 0tt， 由以上可得S S0 02S2S 用f f表示小箱與傳送帶之間的滑動(dòng)摩擦力，則傳送帶對(duì) 小箱做功為： WW1 1=fS=mv=fS=mv0 02 2 傳送帶克服小箱對(duì)它的摩擦力做功： WW0 0=Fs=Fs0 0=2mv=2