4.3 动能 动能定理-【导与练】2022-2023学年新教材高中物理必修第二册同步全程学习全书word（教科版2019）

3　动能　动能定理 [学习目标] 1.知道动能的符号、单位和表达式,会根据动能的表达式计算物体的动能。 2.能运用牛顿第二定律与运动学公式导出动能定理,理解动能定理的物理意义。 3.能应用动能定理解释生产生活中的现象或解决实际问题。 4.理解动能定理的验证实验的原理、步骤及误差分析。 知识点一　动能 1.定义:物体由于运动而具有的能量。 2.表达式:Ek=mv2。 3.单位:在国际单位制中,动能的单位为焦耳。1 J=1 N·m=1 kg·m2/s2。 知识点二　动能定理 1.动能定理的内容 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化。 2.动能定理的表达式 (1)W=m-m。 (2)W=Ek2-Ek1。 说明:式中W为合力做的功,它等于各个力做功的代数和。 3.动能定理的适用范围 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情况。 1.思考判断 (1)速度大的物体动能也大。(　×　) (2)某物体的速度加倍,它的动能也加倍。(　×　) (3)两质量相同的物体,动能相同,速度一定相同。(　×　) (4)做匀速圆周运动的物体,速度改变,动能不变。(　√　) (5)合力做功不等于零,物体的动能一定变化。(　√　) (6)物体的速度发生变化,合力做功一定不等于零。(　×　) (7)物体的动能增加,合力做正功。(　√　) 2.思维探究 (1)一颗科学试验卫星的质量为631 kg,某时刻它的速度大小为7.6 km/s,此时它的动能是多少? 答案:Ek=mv2≈1.8×1010 J。 (2)人骑自行车下坡时,没有蹬车,车速却越来越快,动能越来越大,这与动能定理相矛盾吗? 答案:不矛盾。人没蹬车,但合力却对人和车做正功,故动能越来越大。 要点一　对动能的理解 让铁球从一块木板做成的斜面滚下,与木块相碰,推动木块做功。(如图所示) (1)让同一铁球从不同的高度滚下,可以看到:高度越大时,铁球把木块推得越远,对木块做的功越多。 (2)让质量不同的铁球从同一高度滚下,可以看到:质量越大的铁球把木块推得越远,对木块做的功越多。 以上两个现象说明动能的影响因素有哪些?写出理由。 答案:(1)同一铁球高度越大到达水平面时的速度越大,把木块推得越远,对木块做功越多,故动能的影响因素有速度。 (2)质量不同的铁球从同一高度滚下,到达水平面时的速度相等,质量越大的铁球对木块做功越多,说明动能的影响因素有质量。 1.对动能的理解 (1)动能是标量,与物体的速度方向无关。 (2)动能是状态量,具有瞬时性,与物体的运动状态(或某一时刻的速度)相对应。 (3)动能具有相对性,选取不同的参考系,物体的速度不同,动能也不同,一般以地面为参考系。 2.动能变化量ΔEk 物体动能的变化量是末动能与初动能之差,即ΔEk=m-m,若ΔEk>0,则表示物体的动能增加,若ΔEk<0,则表示物体的动能减少。 [例1] (多选)对于质量不变的物体而言,对其具有的动能的分析正确的是(　AD　) A.该物体动能大小与参考系的选取有关 B.如果物体的速度改变,则该物体的动能一定改变 C.如果该物体速度的方向不变,则该物体的动能一定不变 D.如果该物体速度的大小不变,则该物体的动能一定不变 解析:因速度的大小与参考系的选取有关,故动能的大小也与参考系的选取有关,A正确;速度是矢量,速度变化时可能只有方向变化,而大小不变,动能是标量,所以速度只有方向变化时,动能不变,B、C错误,D正确。 动能与速度的三种关系 (1)数值关系:Ek=mv2,速度v越大,动能Ek越大。 (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)变化关系:动能是标量,速度是矢量。当动能发生变化时,物体的速度(大小)一定发生了变化,当速度发生变化时,可能仅是速度方向的变化,物体的动能可能不变。 [针对训练1] 质量相等的甲、乙两辆小车同时从某地出发沿同一直线做匀速直线运动,它们的路程—时间图像分别如图所示,根据图像分析正确的是(　D　) A.v甲=0.6 m/s,v乙=0.2 m/s,甲车的惯性大于乙车的惯性 B.经过6 s两小车相距6.0 m,运动过程中,甲车的动能大于乙车的动能 C.经过6 s两小车相距4.8 m,运动过程中,甲车的动能等于乙车的动能 D.经过6 s两小车可能相距2.4 m,运动过程中,甲车的动能大于乙车的动能 解析:由于两车的质量相等,因此甲、乙两车的惯性也相等,故A错误;经过6 s,甲车通过的路程s甲=3.6 m,乙车通过的路程s乙=1.2 m,若两车运动方向相同,则两车相距3.6 m-1.2 m=2.4 m,若两车的运动方向相反,则两车相距3.6 m+1.2 m=4.8 m,由题图可知甲车的速度为v甲== m/s=0.6 m/s,乙车的速度为v乙== m