4.3动能 动能定理 课件 -2023-2024学年高一下学期物理粤教版(2019)必修第二册

by甘腾胜@20220202 新粤教版(2019)高中物理必修第二册 第四章 4.3 动能 动能定理 新课引入 乒乓球被球拍击打后飞向对手，子弹经火药引爆后射出枪膛，热气球在空气浮力的作用下逐渐上升，针被手用力甩出后穿透玻璃。在上述情境中，乒乓球、子弹、热气球、针在受到力的作用后都在运动，说明它们都具有能量。这种能量的特点是什么?它们和做功有什么关系? 动能 定义：物体由于运动而具有的能量，叫做动能，用符号Ｅk表示。 【讨论】 影响动能的因素有哪些？ 质量越大，速度越大，动能就越大。 那么，物体的动能与其质量、速度，有怎样的定量关系呢？ 理论推导 一个质量为m、初速度为v的物体在水平桌面上运动，运动一段位移s后静止。试导出物块此时动能的表达式。（用m、v表示） 选初速度的方向为正方向，根据牛顿第二定律F=ma，得 根据运动学公式 得 即 摩擦力对物体所做的功 即物体克服摩擦力做功的大小 根据功和能的关系(功是能量转化的量度) 理论推导 动能的表达式： ①动能是标量，没有方向，只有大小，且只能是正值。 v v v o 匀速圆周运动：EK不变 动能 ②单位：焦耳J，与功的单位相同。 1N·m=1J 1kg（m2/s2） =1Kg·m/s2·m N ④具有相对性 ③具有瞬时性 某一时刻的动能 ←速度瞬时性 Ek对于v 状态量 ←速度相对性 不同参考系Ek不同 动能的表达式： 动能 过程量和状态量 过程量——用来描述一段时间或一段空间变化的物理量。 如：时间t、位移s、平均速度v平、功W等。 状态量——用来描述某一时刻或某一位置上的物理量。 如：时刻t、速度v、加速度a、能量E等。 动能 【练1】足球运动员向足球踢了一脚，踢球的力F=100N，球以8m/s的速度飞出，在地面上滚动的距离S=50m。已知足球质量m=1kg，求球离开脚时的动能多大？ 32J 如果球的速度变为原来的一半，动能是原来的几倍？ 1/4倍 动能定理 理论推导 质量为m的物体，在恒定拉力F的作用下，以速度v1开始沿水平面运动，经位移s后，速度增加到v2，已知物体与水平面之间的摩擦力恒为f，试导出外力做功与物体动能变化的关系。 合外力对物体做的功： 根据牛顿第二定律： 由运动学公式： 联立各式得： 即： 合外力对物体所做的功等于物体动能的变化。 W=EK2－EK1=△EK 动能定理 理论推导 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。 动能定理 “=”反映了动能的变化用合外力对物体所做的功来量度。 动能定理 1、W为合外力所做的总功。 2、动能定理适用于物体的直线或曲线运动；适用于恒力做功，也适用于变力做功，不考虑全过程中的运动性质和状态变化细节。 3、动能定理的计算式为标量式。 4、式中的位移、速度都是相对于同一参考系的。 5、ΔEk=Ek2－Ek1为末状态的动能与初状态的动能之差，而与物体运动的全过程无关。 特别说明 动能定理 解题步骤 动能定理不涉及运动过程的加速度和时间，用动能定理处理问题有时比牛顿定律方便。 （1）确定研究对象，画出过程示意图； （2）分析物体的受力，明确各力做功的情况，并确定外力所做的总功； （3）分析物体的运动，明确物体的初、末状态，确定初、末状态的动能及动能的变化； （4）根据动能定理列方程求解； 动能定理 【练2】质量为2kg的物体沿半径为1m的1/4圆弧从最高点A由静止滑下，滑至最低点B时速率为4m/s，求物体在滑下过程中克服阻力所做的功。 4J 动能定理的应用 航空母舰上可供战斗机起飞的跑道比较短。为了让战斗机能够获得足够的动能起飞，根据动能定理，需要对战斗机做更多的功。因此，工程师们研发了弹射器，使战斗机在起飞时能够获得更多的动能以缩短助跑距离。 动能定理的应用 从安全的角度考虑，在设计儿童滑梯时，需要保证儿童从滑梯顶端滑到底部时速度不会过大，应用动能定理分析运动过程可知，重力做正功，摩擦力做负功。因此，滑梯不能设计得过高，以适当控制重力做功的大小；滑梯的倾斜度也不能太陡，以保证摩擦力做功的大小。 例 为了交通安全，在公路上行驶的汽车应保持必要的间距。已知某高速公路的最高限速v=120km/h，假设前车突然停止，后车司机从发现情况到进行制动操作，汽车通过的位移s′=17m，制动时汽车所受的阻力为汽车所受重力的0.5倍，则该高速公路上汽车间的安全距离至少应为多大？(g=10m/s2) 汽车制动时，阻力对汽车做负功，有 根据动能定理 汽车制动后滑行的距离 最小安全距离 解 方法一 解 本题还可以应用牛顿第二定律和匀变速直线运动公式解答 根据牛顿第二定律： 由运动学公式： 最小安全距离： 方法二 研究对象 确定初末状态，分析该过程中各力做的功及动能变化。 根据