8.3.1 动能和动能定理 课件 -2024-2025学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

3.动能和动能定理（第一课时） 第八章 机械能守恒定律 课堂引入 问1、物体运动都具有什么能？ 问2、为什么它们具有那么大的能量？ 由于运动而具有的能量称为动能。 物体的质量m越大，速度v越大，其动能就越大。 新课引入 让我们用一段视频走入今天的课堂， 从视频中我们可以直观地感受穿甲弹的巨大威力 为什么穿甲弹由如此巨大的威力？（因为拥有动能） 在初中，我们已经知道由于运动而具有的能量就是动能，动能与质量和速度有关。并且定性知道：质量越大，速度越大，它的动能就越大。 现在，让我们一起来定量研究动能。如何研究呢？让我们一起回顾一下重力势能的的研究过程 思考：物体的动能与哪些因素有关？你会怎样设计实验来证实你的猜想？ 实验探究 动能与物体的质量m和运动的速度v有关，且质量越大，速度越大，动能越大。 物体由于运动而具有的能叫动能。 任务1：动能变化是否与外力做功有关 任务1：动能变化是否与外力做功有关 1.炮弹发射 2.人踢足球 3.汽车启动 4.汽车刹车 这些过程是否有外力做功？ 速度如何变化？ 动能如何变化？ 结论：物体动能变化与外力做功有关 请你联系生活实际举例说明动能变化是否与外力做功有关 实验演示操作：手推（从静止到运动），光电门和气垫导轨演示（光滑，有外力的时候） 动能的大小等于什么呢？ 提示：功是能量转化的量度，是否能从力做功的角度来寻找出呢？ 如图所示，光滑水平面上质量为m的物体在水平恒力F的作用下向前运动了一段距离l，速度由v1增加到v2。试推导出力F对物体做功的表达式。 任务2：理论推导外力做功与质量、速度关系 任务2：理论推导外力做功与质量、速度关系 知识链接 1.合力做功 2.牛顿第二定律 3.匀变速直线运动规律 无论是生活现象还是实验演示，都在告诉我们动能变化与外力做功有关。现在，让我们再从理论上推导外力做功与质量/速度关系，正式开始前，我们来回顾相关知识 情境一：质量为m的某物体在光滑水平面上运动，在与运动方向总相同的恒力F 的作用下发生一段位移l，速度由v1增加到v2。 自主学习3min 任务2：理论推导外力做功与质量、速度关系 问： 1.物体做什么运动？加速度为？ 2.物体速度与位移的关系？ 3.物体外力做的功？ 4.外力做功与m、v表达式？ l v2 v1 F G FN 我们先从最简单情境开始推导，光滑水平面，恒力作用的情境 FL= l v2 F v1 f G FN 自主学习3min 情境二：质量为m的某物体在粗糙水平面上运动，在与运动方向总相同的恒力F 的作用下发生一段位移l，受到地面阻力恒为f，速度从v1增加到v2。 问： 1.物体做什么运动？加速度为？ 2.物体速度与位移的关系？ 3.物体外力做的功？ 4.外力做功与m、v表达式？ 任务2：理论推导外力做功与质量、速度关系 如果有多个力做功，情况又如何 非常棒，这种情况得到的表达式与前一次是具有相同的形式，左边都是合外力做功，右边均为两项差值 是偶然还是一般化规律，我们继续深入思考，如果是变力作用下或是曲线运动，情况又是如何，怎么分析？ 情境三：若是变力作用或是曲线运动，如何分析？ l v2 F v1 v1＇ v2＇ v3＇ ... 科学方法： 微元法 v1 v2 任务2：理论推导外力做功与质量、速度关系 对，采用微元法，把整个过程分成无数个小段，在每一小段运动可认为物体受恒力作用，轨迹为直线，便可知在每一段里都符合这样的形式，把各小段做的功加起来，发现与前面恒力作用下情况一样。 说明这个式子具有一般化规律，我们一起看右边，1/2mv2应该具有某种特殊的意义，它就是我们探究的动能表达式，动能的单位J，它是一个标量，只有大小，而且只有正值，v是一个状态量而且跟参考系选择有关，所以动能也应该是一个状态量，并且具有相对性。 1.定义：物体由于物体运动而具有的能量。 3.单位：焦耳（J） 1J=1kg·m2/s2 2.表达式： 4.标量：遵从代数运算法则，且只有正值。 动能的表达式 5.状态量:对应某一时刻或某一位置，动能具有相对性。 想一想 当一定质量的物体的速度发生变化时，它的动能是否一定会发生变化呢？ 对于一定质量的物体： 如果速度发生了变化，则动能不一定会发生变化； 如果动能发生了变化，则速度一定会发生变化。 下面，请同学们思考一下，对于一定质量的物体，当其速度发生变化时，它的动能是否一定会发生变化呢？ （停顿）速度是矢量，既有大小，也有方向，速度发生变化，有可能是大小发生变化，无论方向是否改变，这种情况下物体的动能是一定会发生变化的；而如果速度只是方向发生了变化，大小没变，动能是不变的。例如物体做匀速圆周运动时的动能就是不变的。 （点击）所以，对于一定质量的物体，如果速度发生了变化，则动能是不一定会发生变化； 反过来，如果当物体的动能发生变化时，它的速度是否一定会发生变化呢？ （点击）这是一定的，因为物体的动能发生了变化，这意味着物体的速度大小一定发生了变化，所以，速度一定发生了变化。 通常情况下取地面为参考系。 动能是状态量。 动能是具有相对性的。 一定质量的物体在瞬时速度确定时，动能有唯一的确定的值。 （点击）此外，动能还是状态量。描述的是物体在某一时刻的运动状态。 （点击）一定质量的物体在瞬时速度确定时，动能有唯一的确定的值。 （点击)最后，请注意动能具有相对性。由于速度是一个与参考系的选取有关的物理量，因此根据动能的表达式可知，动能也是一个与参考系的选取有关的物理量。也就是说，同一个运动物体，对于不同的参考系而言其动能一般是不同的。举个例子，一位坐在匀速行驶的公交车上的乘客，相对于地面而言，他是运动的，具有一定的动能，但相对于公交车来讲，他是静止的，所具有的动能为零。 （点击）为了分析问题的方便，在通常情况下，我们都以地面为参考系来计算动能大小。 动能定理 1. 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。 W合＝Ek2－Ek1 合力的功 末动能 初动能 2. 表达式： W合＝ΔEk 科学方法： 演绎推理法 动能定理 (1)合力做正功，即W合＞０，Ek2＞Ek1 ，动能增大； (2)合力做负功，即W合＜０，Ek2＜Ek1 ，动能减小。 4.动能定理的适用范围： (1)恒力做功或变力做功； (2)直线运动或曲线运动； (3)单个物体或多个物体； (4)一个过程或全过程。 3.对动能定理表达式 的说明： W合＝Ek2－Ek1 例（多选）下列说法正确的是（ ） A.若某一物体的运动的运动状态发生变化，其动能一定发生变化。 B.做匀速圆周运动的物体，不同位置的速度不相同，但动能都相同。 C.功是一个过程量，动能是一个状态量。 D.坐在运动汽车上的人，相对于地面和相对于汽车的动能相同。 BC 课堂练习 比一比谁最厉害ran 　(多选)如图所示，一质量为0.2 kg的小球，在光滑水平面上以4.0 m/s的速度做匀速直线运动，与竖直墙壁碰撞后以原来的速率反向弹回，以碰撞前的速度方向为正方向，则小球与墙壁发生作用的过程中 A.Δv＝8 m/s B.Δv＝－8 m/s C.ΔEk＝1.6 J D.ΔEk＝0 例1 √ √ 　如图，某同学用绳子拉动木箱，使它从静止开始沿粗糙水平路面运动至具有某一速度。木箱获得的动能一定 A.小于拉力所做的功 B.等于拉力所做的功 C.等于克服摩擦力所做的功 D.大于克服摩擦力所做的功 例2 √ 【例1】一架喷气式飞机，质量 m 为 7.0×104kg，起飞过程中从静止开始滑跑。当位移 l 达到 2.5×103m 时，速度达到起飞速度 80 m/s。在此过程中，飞机受到的平均阻力是飞机所受重力的 。g 取 10 m/s2，求飞机平均牵引力的大小。 x v l O 课堂练习4min 过程规范，模型建构，受力分析，运动分析，规律选择 x v l O 课堂练习 动力学观 能量观（动能定理） F f N mg ① ② ① ② 解：对飞机，从静止到起飞，做匀加速直线运动 解：对飞机，从静止到起飞的过程 ③ 合力做功两种求法 动能定理的优越性 总结提升   牛顿运动定律 动能定理 适用条件 只能研究物体在恒力作用下做直线运动的情况 对于物体在恒力或变力作用下做直线运动或曲线运动的情况均适用 应用方法 要考虑运动过程的每一个细节 只考虑各力的做功情况及初、末状态的动能 运算方法 矢量运算 代数运算 相同点 确定研究对象，对物体进行受力分析和运动过程分析 结论 应用动能定理解题不涉及加速度、时间，不涉及矢量运算，运算简单，不易出错 质量为m的金属块，当初速度为v0时，在水平面上滑行的最大距离为s，如果将金属块质量增加到2m，初速度增大到2v0，在同一水平面上该金属块最多能滑行的距离为 A.s 　　　 B.2s 　　　C.4s 　　　D.8s 例3 √ (多选)(2022·南开中学高一月考)如图所示，质量为m的物块在水平恒力F的推动下，从粗糙山坡底部的A处由静止运动至高为h的坡顶B处，并获得速度v，A、B之间的水平距离为x，重力加速度为g，则 A.物块克服重力所做的功是mgh 例4 √ √ √ 任务3：实验验证动能定理 定理？ “科学靠两条腿走路，一是理论，一是实验。有时一条腿走在前面，有时另一条退走在前面，但只有使用两条腿，才能前进。” 密立根 合外力做功与动能变化关系式要成为一个定理，单纯理论推导还缺乏说服力，还能经得起实验的检验 任务3：实验验证动能定理 平衡摩擦力后，当小车质量M » 重物质量m时，小车合外力F合=F=mg 如何测量对小车做功的作用力？ ？ 我们可以利用探究加速度与F/m关系的实验装置进行实验，还记不记得小车合外力怎么求（平衡摩擦力，车质量远大于重物质量） 结合动能定理，可以知道本实验，所需要测量的量。由于器材原因，我们昨晚秘密安排两个课代表代替大家完成 j ？ 任务3：实验验证动能定理 设计实验，分组合作 问：实验原理？ 今天给大家准备的是之前自由落体运动的实验装置， B到D： 22.50 33.15cm 13.45 5.95 任务3：实验验证动能定理 0 1.物体由于运动而具有的能 2.表达式： 4.标量、状态量、相对量 3.单位：焦耳（J） 1.内容：合力在一个过程中对物体所做的功，等于物体在这个过程中动能的变化。 2.表达式： 课堂小结 动能 动能定理 今天我们从初中定性了解动能到理论分析得出动能的定量表达式和动能定理，最后还通过实验检验了动能定理的正确性，请大家下来继续深入思考，完成相关作业，下课 B.合外力对物块做的功是mv2 C.推力对物块做的功是mv2＋mgh D.阻力对物块做的功是mv2＋mgh－Fx Lavf60.4.100 $$