3. 动能和动能定理（教学课件）物理人教版必修第二册

第八章 机械能守恒定律 人教版（2019）必修 第二册 3. 动能和动能定理 目录 学习目标 重点难点 课堂导入 探究新知 课堂小结 课堂练习 布置作业 1 2 3 4 5 6 7 2 01 02 03 04 物理观念 理解动能的概念，理解并会应用动能定理处理有关物理问题。 科学思维 通过光滑/粗糙水平面、恒力做功等理想化模型，简化复杂情境，推导动能定理，体现物理研究中“抓主要矛盾”的建模思想。 科学探究 通过“恒力做功与速度变化关系”的情景分析，引导学生经历“提出问题→猜想假设→数学推导→归纳结论”的探究过程。 科学态度与责任 结合生活实例（如交通工具启动、工程施工中的打夯），感受物理知识在解决实际问题中的应用，培养将理论与实践结合的意识。 学习目标 动能的表达式 01 动能定理 02 教学内容 教学重点 1 教学重点 2 教学难点 3 理解动能的物理意义，掌握动能公式 的推导过程。 掌握动能定理的内容，应用定理解决实际问题 应用动能定理解决多过程和变力做功问题。 重点难点 火箭和炮弹的动能变化的原因是什么？动能大小与哪些因素有关？ 课堂导入——思考与讨论 动能与物体的质量和速度之间有什么定量的关系呢？ 重力做功WG 重力势能mgh 弹力做功WF ？力做功 W 弹性势能 动能表达式？ 课堂导入——思考与讨论 01 PART 01 第一部分 动能的表达式 探究新知 8 在光滑水平面上质量为m的物体，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，如图所示。试寻求这个过程中外力做的功与v1、v2的关系？ F v1 F v2 l 情景1 G FN 探究新知——情景一 (1)外力对物体做的功是多大？ (2)物体的加速度是多大？ (3)物体的初速度、末速度、位移之间有什么关系？ (4)结合上述三式能推导出什么关系式？ 探究新知——思考与讨论 F v1 F v2 l 情景1 G FN 探究新知——情景一 F v1 F v2 l 情景1 G FN 在粗糙水平面上质量为m的物体，物体所受摩擦力恒为f，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，如图所示。试寻求这个过程中外力做的功与v1、v2的关系？ l F v2 F v1 f f G FN 情景2 探究新知——情景二 (1)外力对物体做的功是多大？ (2)物体的加速度是多大？ (3)物体的初速度、末速度、位移之间有什么关系？ (4)结合上述三式能推导出什么关系式？ 探究新知——思考与讨论 l F v2 F v1 f f G FN 情景2 探究新知——情景二 l F v2 F v1 f f G FN 情景2 初态和末态的表达式均为“mv2/2”，这个“mv2/2”代表什么？ W＝ mv22－ mv12 末态 初态 探究新知——归纳总结 上述关于动能和动能定理的结论，其推导过程是在恒力做功且物体做直线运动的情境下得出的，那么，倘若做功过程对应的是一个曲线运动的路径，此结论是否依旧成立呢？ 探究新知——思考与讨论 1.定义：在物理学中用 这个量表示物体的动能。 2.公式： 3.单位：在国际单位制中是焦耳，符号为J。1 kg(m/s)2＝1 N·m＝1 J。 探究新知——动能的表达式 4.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。 5.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，也就具有一定的动能。 6.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，一般都以地面为参考系研究物体的运动。 探究新知——动能的表达式 探究新知——典例解析 B 【例1】一个质量为的静止粒子受到恒力的作用，持续时间为。经过时间后它的动能为（　　） A． B． C． D． 探究新知——典例解析 【答案】B 【详解】粒子初速度为0，受恒力作用时间，加速度则末速度则动能。 故选B。 02 PART 02 第二部分 动能定理 探究新知 21 1.内容：外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.公式：W=Ek2－Ek1 如果物体受到几个力的共同作用，W即为合力做的功，它等于各个力做功的代数和。 3.物理意义：动能定理指出了合外力对物体所做的总功与物体动能变化之间的关系，即若合外力做正功，物体的动能增加，若合外力做负功，物体的动能减小，做了多少功，动能就变化多少。 探究新知——动能定理 4.实质：动能定理从能量变化的角度反映了力改变运动的状态在空间上的累积效果。 5.适用范围：动能定理是物体在恒力作用下，并且做直线运动的情况下得到的，当物体受到变力作用，或者做曲线运动时，可以采用把整个过程分成许多小段，也能得到动能定理。 探究新知——动能定理 【例2】一架喷气式飞机，质量m =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 v =80m/s，飞机受到的平均阻力是飞机所受重力的1/50。g取10m/s2，求飞机受到的牵引力。 探究新知——典例解析 探究新知——思考与讨论 (1)飞机受到几个力的作用？做出飞机的受力分析图。 (2)请结合你所学过的牛顿第二定律和运动学公式，求解所问问题。 (3)是否可以用今天所学的动能定理解决所问问题？求解过程中我们要注意哪些问题？ 解：设飞机做匀加速直线运动，受到重力、支持力、牵引力和阻力作用 根据牛顿第二定律：F合=F-kmg=ma 由v2-02=2al得：a=v2/2l 由以上两式得：F=1.04×105N v0=0m/s v=80m/s l=2.5×103m F f N G 方法一：利用牛顿第二定律和运动学公式 探究新知——典例解析 v0=0m/s v=80m/s l=2.5×103m F f N G 方法二：利用动能定理 解：根据动能定理： F=1.04×105N 探究新知——典例解析 探究新知——应用动能定理解题的步骤 【例3】人们有时用“打夯”的方式把松散的地面夯实（如图）。设某次打夯符合以下模型：两人同时通过绳子对重物各施加一个力，力的大小均为300N，方向都与竖直方向成370，重物离开地面30cm后人停止施力，最后重物自由下落把地面砸深2cm。已知重物的质量为50kg，g取10m/s2，cos370=0.8。求： （1）重物刚落地时的速度是多大？ （2）重物对地面的平均冲击力是多大？ 探究新知——典例解析 探究新知——思考与讨论 (1)重物从离开地面到再次落回地面静止，重物全过程中的不同阶段受力有何变化？ (2)如果第一个问题我们仍然用牛顿第二定律和运动学公式，你是否可以快速的求出落地速度？如果用动能定理呢？比较一下哪种方法更方便。 (3)重物从落地瞬间到速度减为0的过程中，重物的受力是否有变化？如何求重物所受平均冲力？ 解：(1)两根绳子对重物的合力大小为： 故甲至丙只有绳子的拉力做功，由动能定理得： 解得： （2）由丙到丁的过程中，由动能定理得： 探究新知——典例解析 【例4】如图所示，质量为m的物体被用细绳牵引着在光滑水平面上做匀速圆周运动。当拉力为F时转动半径为R，当外力增大到10F时，物体仍做匀速圆周运动，其转动半径为。在此过程中外力对物体所做的功为（　　） A． B． C． D． 探究新知——典例解析 C 探究新知——典例解析 【答案】C 【详解】根据向心力公式，根据动能定理，外力对物体所做的功联立解得。 故选C。 课堂小结 课堂练习 B 1．下列有关物体运动的相关概念，说法正确的是（　　） A．若物体的速度改变，则其动能一定改变 B．若物体的动能改变，则其速度一定改变 C．做匀速圆周运动的物体，速度一定不变 D．做圆周运动的物体，加速度方向一定指向圆心 课堂练习 【答案】B 【详解】AB．由动能的表达式 可知，做匀速圆周运动的物体，速度大小不变，动能不变，但是动能变化，物体的速度一定变化，A错误，B正确； C．匀速圆周运动的物体，其速度的大小保持不变，但速度方向持续改变，C错误； D．只有在匀速圆周运动中，物体的加速度方向始终指向圆心，对于非匀速圆周运动的物体，其加速度方向并不指向圆心，D错误。 故选B。 课堂练习 D 2．汽车在平直公路上由静止开始做匀加速直线运动，当汽车速度达到vm时关闭发动机，汽车继续运动一段时间后停止，其速度图像如图所示，若汽车加速行驶时其牵引力做功为W1，汽车在整个运动过程中克服阻力做功W2，则W1与W2的比值为（　　） A．4∶1 B．3∶1 C．2∶1 D．1∶1 课堂练习 【答案】D 【详解】对全过程应用动能定理，由初速度与末速度大小皆为零，则知合外力做功为零，即可知W1与W2的比值为1∶1。 故选D。 3．质量为m的物体以初速度v0沿水平面向左开始运动，起始点A与一水平轻弹簧O端相距s，如图所示。已知物体与水平面间的动摩擦因数为μ，物体与弹簧接触后，弹簧的最大压缩量为x，重力加速度为g，则从开始接触到弹簧被压缩至最短（弹簧始终在弹性限度内），物体克服弹簧弹力所做的功为（　　） A．mv02－μmg（s＋x） B．mv02－μmgx C．μmgs D．μmg（s＋x） 课堂练习 A 课堂练习 【答案】A 【详解】设物体克服弹簧弹力做功为，从开始接触到弹簧被压缩至最短，根据动能定理可得解得物体克服弹簧弹力所做的功为。 故选A。 课堂练习 A 4．如图所示，质量为m的小球，从离地面高H处由静止开始释放，落到地面后继续陷入泥中h深度而停止，不计空气阻力，重力加速度为g，则下列说法正确的是（　　） A．小球落地时动能等于 B．小球在泥土中受到的平均阻力为 C．小球陷入泥中的过程中克服泥的阻力所做的功等于刚落到地面时的动能 D．整个过程中小球克服阻力做的功小于 课堂练习 【答案】A 【详解】A．小球落到地面过程，根据动能定理有可知，小球落地时动能等于，A正确； B．小球在运动的全过程，根据动能定理有解得小球在泥土中受到的平均阻力为，B错误； C．小球陷入泥中的过程，根据动能定理有解得可知，小球陷入泥中的过程中克服泥的阻力所做的功大于刚落到地面时的动能，C错误。 D．结合B解析可知，整个过程中小球克服阻力做的功为，D错误。 故选A。 课堂练习 C 5．“复兴号”是我国自主研发的具有完全知识产权的新一代高速列车。质量为m的列车从静止开始以恒定功率P在平直轨道上运动，经时间t达到该列车运行的最大速度vm，假设列车行驶过程中所受到的阻力保持不变。则t时间内（　　） A．列车一直在做匀加速直线运动 B．合外力做功为Pt C．列车克服阻力做功 D．列车的位移为 课堂练习 【答案】C 【详解】A．由于列车从静止开始以恒定功率启动，所以，由此可知，列车速度增大，牵引力减小，加速度减小，列车做加速度减小的加速运动，故A错误； B．列车在运动过程中，根据动能定理有故B错误； C．列车克服阻力做功为故C正确； D．列车做加速度减小的加速运动，所以列车的位移故D错误。 故选C。 6．科技馆在做趣味实验时，从地面竖直向上抛出一实心球，实心球在运动过程中除受到重力外，还受到一大小不变、方向始终与运动方向相反的阻力作用。距地面高度在3m以内时，实心球上升、下落过程中动能随的变化如图所示。重力加速度取，则下面说法正确的是（　　） A．小球质量为0.5kg B．小球质量为1.0kg C．运动过程中所受阻力为4N D．运动过程中所受阻力为1N 课堂练习 B 课堂练习 【答案】B 【详解】根据动能定理可得所以图像的斜率绝对值等于物体受到的合力大小。上升阶段有下降阶段，有联立解得m=1.0kg，f=2N。 故选B。 布置作业 1.认真阅读课本本节内容，并完成课后“练习与应用”； 2.完成分层作业。 谢谢聆听 鼎力物理制作，盗版必究 谢谢聆听 $