动能和动能定理(课件)高中物理系列（鲁科版2019必修第二册）

1.3.1动能和动能定理鲁科版（2019）授课人：上好课第一章【上好课】2021-2022学年高中物理同步备课系列必修第二册目录CONTENT1功率的含义2常见机械的功率3功率与力、速度的关系4典例分析子弹被高速射出，则可击穿玻璃、木块甚至石头等。台风、龙卷风等强烈的空气流动可以拔起大树、掀翻汽车甚至摧毁房屋。例子中的风、子弹因运动而具有了对外做功的能力，物理上称这些物体具有了能量能量做功的能力01Partone动能动能的大小与什么因素有关？1、定义：物体由于运动而具有的能量，称为物体的动能。2、表达式：Ek=mv221（1）公式中v是瞬时速度，对地速度；（2）国际单位为焦耳（J）；

（物体的动能等于物体的质量与物体速度的二次方的乘积的一半）（1）动能是标量，且只有正值，动能只与物体的速度大小有关，与速度方向无关。3.对动能表达式的理解AＤCB物体的动能变化时，速度一定变化；速度变化时，动能不一定变化。（2）动能是状态量，v是瞬时速度。在某一时刻，物体具有一定的速度，物体的运动状态一定,物体的动能一定，动能是反映物体本身运动状态的物理量。（3）动能具有相对性，对不同的参考系，物体速度有不同的瞬时值，也就具有不同的动能，不作说明一般都以地面为参考系研究物体的运动。运动是相对的。当鸟儿与飞机相对而行时，虽然鸟儿的速度不是很大，但是飞机的飞行速度很大，这样对于飞机来说，鸟儿的动能就很大。如果是一只1.8千克的鸟撞在速度为每小时700千米的飞机上，产生的冲击力比炮弹的冲击力还要大。鸟击落飞机

练习：思考判断（1）动能是机械能的一种，凡是运动的物体都具有动能（）（2）动能总是非负值（）（3）两个物体中，速度大的动能也大。（）（4）某物体的速度加倍，它的动能也加倍。（）（5）做匀速圆周运动的物体动能保持不变（）试比较下列每种情况下，甲、乙两物体的动能：(除题意中提到的物理量外，其他物理情况相同)总结：动能是标量，与速度方向无关；动能与速度的平方成正比，因此速度对动能的影响更大。①物体甲做直线运动，乙做曲线运动；②物体甲向北运动，乙向南运动；③物体甲的速度是乙的两倍；④物体甲的质量是乙的一半。质量10kg的小球从高20m平台落下，求落地时的动能（g=10m/s2)。解：重力做的功力做功与物体的动能有什么关系呢？02Parttwo恒力做功与动能改变的关系小车通过撞击对木块做功，使木块从静止开始运动，木块的动能从无到有。滚动的保龄球具有动能，滚动过程速度越来越慢，保龄球动能减小。动能发生了变化动能发生了变化是不是力做功导致了物体动能的变化呢？动能越来越小受到阻力的作用（合外力与运动方向相反）阻力做负功自由落体的物体速度越来越大只受重力（合外力与运动方向相同）重力做正功动能越来越大合外力对物体做功物体动能变化与正功动能增加负功动能减少在地面上滚动的足球速度越来越小？恒力做功与动能改变的关系此实验的装置与“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置基本相同。实验目的探究恒力做功与动能改变的关系实验器材用打点计时器测小车的位移s和速度v，用天平测小车的质量m，用钩码给小车提供作用力F,求出恒力所做的功W=Fs和物体的动能Ek=mv2/2，然后进行比较。实验装置如图1-13。实验原理打点计时器天平小车钩码1、实验中如何平衡摩擦力？2、如何让小车所受的合力近似等于钩码的重力？为什么？用细线通过定滑轮连接小车与钩码，纸带通过打点计时器与小车相连。实验中，通过改变钩码数量来改变小车所受拉力的大小，测出需要测的物理量，然后算出每次拉力做的功及相应的小车动能的改变量。比较二者之间的关系，可以得出什么结论？实验过程实验数据处理小车质量0.2kg,拉力0.2N合外力做功等于动能的变化光滑水平面上一质量为m的物体，在与运动方向相同的恒定外力F作用下，发生一段位移l，速度由v1增加到v2(如图)，这个过程中外力做功多少？V1aFsv2F解答：外力F做功：W＝FsF=ma理论推导如果考虑摩擦力f，则外力做功与动能的关系又如何呢？aSv2v1Ff03Partthree动能定理1、文字表述：外力对物体所做的总功等于物体动能的变化。外力的总功末状态动能初状态动能1、合外力做功。2、外力做功之和。动能变化和某一过程（始末状态）相对应。W合=Ek2

－Ek1=ΔEk2、对动能定理的理解：（1）合力对物体做的功的理解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。（2）标量性（3）对定理中“变化”一词的理解①W合＞0，Ek2__Ek1，△

Ek——0②W合＜0，Ek2__Ek1，△

Ek——0＞＞＜＜①.W合＝F合·lcosq②.W合＝W1+W2+…＝F1·l1

+F2·l2

+…cosqcosq合外力做做正功，则物体动能增加合外力做做负功，则物体动能减少①式如果所有外力作用的位移都相同时优先选用②式如果外力作用的位移不完全相同时，则用此方法③.W合=WAB+WBC+WCD……③式适合于全程是变力，分段是恒力情形W合

=mv2221

－mv1221

=Ek2

－Ek1=ΔEk（4）动能定理的适用范围及条件：①既适用于恒力做功，也适用于变力做功.②既适用于直线运动，也适用于曲线运动。③既适用于单一运动过程，也适用于运动的全过程。④动能定理中的位移和速度必须是相对于同一个参考系.一般以地面为参考系.动能定理不涉及物理运动过程中的加速度和时间，而只与物体的初末状态有关，在涉及有关的力学问题，应优先考虑应用动能定理。（5）研究对象：在高中阶段，动能定理的研究对象一般是单个物体。且物体可视为质点；或物体有一定的形状，但上各点速度大小相等，计算动能时可看作质点。否则高中阶段无法确定物体的动能。（研究对象如果是物体系统，必须考虑内力做功）如图：（6）做功的过程是能量转化的过程，动能定理表达式中的“=”的意义是一种因果联系的数值上相等的符号，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”。04Partfour典例分析如图所示，一辆汽车正以v1=72km/h的速度匀速直线行驶，司机发现在前方150m处停有一故障车辆，马上进行刹车操作。设司机的反应时间t1=0.75s，刹车时汽车受到的阻力为重力的1/2。取重力加速度g=10m/s2。请计算从发现故障车至停下，汽车在这段时间内发生的位移，据此判断这两辆车是否会相撞。在司机的反应时间内，后车做匀速直线运动，位移

s1=v1t1。后车刹车后，在水平方向只受到阻力F阻的作用，发生的位移为s2。根据已知条件，运用动能定理即可求出s2，若s1+s2＜150m，则两车不会相撞。分析解:设后车刹车时所受阻力为F阻；司机反应时间内后车的位移为s1；从开始刹车到停止，后车的位移为s2。后车受力分析如图所示。由题意可知v1=72km/h=20m/s，F阻

=mg由匀速直线运动公式可得s1=v1t1=20×0.75m=15m由动能定理得整理得发现故障车至停下汽车发生的位移为s=s1+s2=55ms＜150m，故两车不会相撞。讨论《中华人民共和国道路交通安全法》规定，机动车在道路上行驶，不得超过限速标志标明的最高时速。你能从物理学的角度说明该规定的理由吗？运用动能定理不仅可以较简便地求解一些恒力做功问题，还可求解一些特殊情况下的变力做功问题。雨滴在空中下落时会受到空气阻力，空气阻力f的大小与雨滴下落速率v的二次方成正比，即f=kv2，其中k为常数。若质量为m的雨滴，从高h处以初速度v0竖直加速下落，接近落地前开始做匀速直线运动。已知重力加速度为g，求该雨滴从高处下落到地面的过程中，空气阻力对其所做的功。解:落地前为匀速直线运动，则:f=mg由f=kv2得：根据动能定理可得解得：例1.一架喷气式飞机，质量ｍ＝5×103kg，当起飞过程中从静止开始滑跑的路程为l＝5.3×102ｍ时，达到起飞速度v＝60ｍ/s，在此过程中飞机受到的平均阻力是飞机重量的k倍(ｋ＝0.02)，求飞机受到的牵引力。随堂练习解：①常规方法②动能定理法关键：1.正确计算物体所受外力做的总功；2.明确物体在运动过程中初、末状态的动能值。【解题步骤】

总结：动能定理不涉及物理运动过程中的加速度和时间，而只与物体的初末状态有关。在处理物理问题时，应优先考虑应用动能定理。（1）确定研究对象，通常是单个物体；（3）分析物体的受力情况，明确各力做功的情况（做功的大小和正负），并确定外力所做的总功；（4）明确初、末状态的动能，确定动能的变化ΔEk；（5）根据动能定理W总=Ek2-Ek1列方程求解；（2）明确运动过程，可以是某段过程，也可以是整个过程；“三同”：a、力对“物体”做功与“物体”动能变化中”物体”要相同，即

同一物体b、由于和中的s与v跟参考系的选取有关，应取

同一参考系c、物体做功的“过程”应与物体动能变化的“过程”一样，即

同一过程W合

=mv2221

－mv1221

=Ek2

－Ek1

=ΔEk随堂练习例2．把质量为0.5kg的石块从10m高处以与水平方向抛出，初速度大小是v0=5m/s。（不计空气阻力）（1）请求解石块落地时的速度大小。解题思路：动能定理解题思路：平抛运动变式：把质量为0.5kg的石块从10m高处以与水平方向成θ角斜向上抛出，初速度大小是v0=5m/s。（不计空气阻力）（1）请求解石块落地时的速度大小。问题：斜抛？新思路：动能定理！随堂练习解：只有重力做功随堂练习（2