2022-2023年粤教版(2019)新教材高中物理必修2 第4章机械能及其守恒定律第3节动能动能定理课件

第四章机械能及其守恒定律第三节动能动能定理1．表达式：质量为m的物体,以速度v运动时的动能为Ek＝_______.2．动能是标量：只有________,没有__________．3．单位：与______的单位相同．国际单位为________,符号________．动能的表达式大小方向功焦耳J【答案】不会,动能总大于或等于零．物体的动能会小于零吗？下列各组物理量都是标量的是 (

)A．质量、时间 B．速度、动能C．位移、路程 D．功、加速度【答案】A【解析】速度、位移、加速度等既有大小又有方向,为矢量,而质量、时间、动能、路程、功等都只有大小没有方向,为标量,A正确．1．内容：合力对物体所做的功等于物体________的变化量．这个结论叫作________________．2．表达式：W＝__________或W＝_____________.动能定理动能动能定理Ek2－Ek1判断正误．(1)动能是状态量,是标量,只有正值,动能与速度方向无关．

(

)(2)由于速度具有相对性,所以动能也具有相对性． (

)(3)动能定理既适用于直线运动和曲线运动,也适用于恒力做功和变力做功．

(

)(4)如果物体所受的合外力为零,那么,合外力对物体做的功一定为零．

(

)(5)物体在合外力作用下做变速运动,动能一定变化． (

)【答案】(1)√

(2)√

(3)√

(4)√

(5)×动能定理的理解(1)物体在运动过程中受几个力作用？做功情况怎样？(2)从A点到C点,物体初、末状态的动能各是多少？(3)求从A点到C点过程中物体克服摩擦力做的功．(1)物体受重力、轨道支持力和摩擦力三个力作用．在圆弧轨道上运动时,重力做正功,支持力不做功,摩擦力做负功．在水平轨道上运动时,重力、支持力不做功,摩擦力做负功．(2)物体由A点从静止滑下,最后停在C点,初、末状态的动能都是零．(3)设克服摩擦力做功为Wf.根据动能定理mgR－Wf＝0,故Wf＝mgR.2．普遍性动能定理虽然可根据牛顿第二定律和匀变速直线运动的公式推出,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；既适用于物体做直线运动的情况,也适用于物体做曲线运动的情况．3．W与ΔEk的关系动能定理揭示了合外力对物体所做的功是引起物体动能变化的原因,合外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,转化了多少由合外力做了多少功来度量．精练1

将一小球竖直向上抛出,小球在运动过程中受到的空气阻力不可忽略．a为小球运动轨迹上的一点,小球上升和下降经过a点时的动能分别为Ek1和Ek2.从抛出开始到小球第一次经过a点时重力所做的功为W1,从抛出开始到小球第二次经过a点时重力所做的功为W2.下列选项正确的是

(

)A．Ek1＝Ek2,W1＝W2 B．Ek1＞Ek2,W1＝W2C．Ek1＜Ek2,W1＜W2 D．Ek1＞Ek2,W1＜W2【答案】B【解析】设a至最高点高h,抛出点至a高H,则W1＝－mgH,W2＝－mg(H＋h)＋mgh＝W1；设从小球第一次经过a点到第二次经过a点的过程中,克服空气阻力做的功为W,根据动能定理有－W＝Ek2－Ek1,可得Ek1＞Ek2,B正确．变式1改变消防车的质量和速度,能使消防车的动能发生改变．在下列几种情况下,哪种消防车的动能是原来的2倍 (

)A．质量不变,速度增大到原来2倍B．质量减半,速度增大到原来的4倍C．速度不变,质量增大到原来的2倍D．速度减半,质量增大到原来的2倍【答案】C过山车是一种惊险的游乐设施,其运动轨道可视为如图所示的物理模型．已知轨道最高点A离地面高度为h,圆环轨道半径R＝10m,过山车质量m＝100kg,g取10m/s2,不计一切阻力．探究以下问题．动能定理的应用(1)若h＝45m,过山车从A点静止释放后,经过圆环轨道最低点B时的速度为多大？对轨道压力是多少？(2)若过山车从A点静止释放后,经过圆环轨道最高点C时,轨道对车的作用力恰好等于车的重力,A点的高度h′是多少米？(3)若过山车从A点静止释放后,能够到达C点,则h0至少是多少米？精练2

完全由我国自行设计、建造的国产新型航空母舰已完成多次海试,并取得成功．航母上的舰载机采用滑跃式起飞,故甲板是由水平甲板和上翘甲板两部分构成,如图甲所示．为了便于研究舰载机的起飞过程,假设上翘甲板BC是与水平甲板AB相切的一段圆弧,如图乙所示,AB长L1＝150m,BC水平投影L2＝63m,图中C点切线方向与水平方向的夹角θ＝12°(sin12°≈0.21)．若舰载机从A点由静止开始做匀加速直线运动,经t＝6s到达B点进入BC．已知飞行员的质量m＝60kg,g取10m/s2,求：(1)舰载机水平运动的过程中,飞行员受到的水平力所做的功W.(2)舰载机刚进入BC时,飞行员受到竖直向上的压力FN.【答案】(1)7.5×104J

(2)1.1×103

N变式2设某一舰载机质量m＝2.5×104

kg,着舰速度v0＝50m/s,着舰过程中航母静止不动．发动机的推力大小恒为F＝1.2×105

N,若空气阻力和甲板阻力保持不变．(1)若飞机着舰后,关闭发动机,仅受空气阻力和甲板阻力作用,飞机将在甲板上以a0＝2m/s2的加速度做匀减速运动,求航母甲板至少多长才能保证飞机不滑到海里．(2)为了让飞机在有限长度的跑道上停下来,甲板上设置了拦阻索让飞机减速,同时考虑到飞机尾钩挂索失败需要复飞的情况,飞机着舰时并不关闭发动机．若飞机着舰后就钩住拦阻索,图示为飞机钩住拦阻索后某时刻的情景,此时飞机的加速度大小a1＝38m/s2,速度v＝40m/s,拦阻索夹角θ＝106°,两滑轮间距40m,(sin53°＝0.8,cos53°＝0.6)求：a．此时拦阻索承受的张力大小．b．飞机从着舰到图示时刻,拦阻索对飞机做的功．【答案】(1)625m

(2)a.8.5×105N

b．－1.23×107J解答本题应注意以下三点(1)舰载机水平运动的过程中,飞行员受到的水平力所做功等于其动能的变化量．(2)根据几何关系求出圆弧BC所在圆的半径．(3)舰载机刚进入BC时飞行员所受力的合力提供其做圆周运动的向心力．科学思维——应用动能定理求解变力做功利用动能定理求解变力做功1．分析物体的受力情况,确定哪些力是恒力,哪些力是变力,如果是恒力,写出恒力做功的表达式,如果是变力,用相应功的符号表示出变力所做的功．2．分析物体运动的初、末状态,求出动能的变化量．3．运用动能定理列式求解．专练一个劲度系数k＝800N/m的轻质弹簧,两端分别连接着质量均为m＝12kg的物体A和B,将它们竖直静止地放在水平地面上,如图所示．在物体A上施加一竖直向上的变力F,使物体A由静止开始向上做匀加速运动,当t＝0.4s时物体B刚好离开地面(设整个匀加速过程弹簧都处于弹性限度内,g取10m/s2)．求：(1)此过程中物体A的加速度的大小．(2)若此过程中弹簧做的总功为零,弹簧具有的能量不变,则外力F所做的功是多少？【答案】(1)3.75m/s2

(2)49.5J1．关于运动物体所受的合外力、合外力做的功及动能变化的关系,下列说法正确的是

(

)A．合外力为零,则合外力做功一定为零B．合外力做功为零,则合外力一定为零C．合外力做功越多,则动能一定越大D．动能不变,则物体所受合外力一定为零【答案】A【解析】如果物体所受的合外力为零,根据W＝Flcosα,可得外力对物体做的总功一定为零,故A正确；如果合外力做的功为零,但合外力不一定为零,可能物体的合外力和运动方向垂直而不做功,故B错误；根据动能定理可知,如果合外力做功越多,动能变化越大,但是动能不一定越大,故C错误；物体动能不变,只能说合外力不做功,但合外力不一定为零,例如做匀速圆周运动的物体,D错误．2．A、B两物体的速度之比为2∶1,质量的大小之比为1∶3,则它们的动能之比为

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)A．12∶1 B．12∶3C．12∶5 D．4∶3【答案】D3．一个物体的速度从零增大到v,外力对物体做功为W1；速度再从v增大到2v,外力对物体做功为W2,则W1和W2的关系正确的是

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)A．W2＝3W1 B．W2＝2W1C．W2＝W1 D．W2＝4W1【答案】A【答案】C【解析】设物体在AB段克服摩擦力做的功为Wf,对全过程应用动能定理有mgR－Wf－μmgR＝0,解得Wf＝mgR(1－μ),故C正确,A、B