2.2动能定理（课件）-高教版第三版《物理（通用类）》【上好课】

2.2 动能定理 主题二 功和能 高教版《物理（通用类）》 SZ-LWH 学习目标 1. 说出动能的定义、影响因素、标矢性和单位，写出动能表达式，理解速度平方关系。 2. 能用动能公式计算物体动能，能根据动能定理求合外力做功或分析制动距离，规范处理初末状态和单位。 3. 能用动能观点解释汽车制动、水车做功、风力发电和新能源汽车动能回收等现象。 SZ-LWH 水车为什么能把水提升到高处 教材情境：水车在流动的河水推动下转动，把水提升到高处。 问题：水车是如何做功的？它为什么能把水提升到高处？ 教师归纳：流动的河水具有动能，能推动水车对水做功。 SZ-LWH 动能的教材定义 物体由于运动而具有的能量，称为动能。 问题：高速行驶的汽车和缓慢行驶的汽车相撞，哪一种情况更危险？同样速度下，质量不同的车辆相撞，结果是否相同？ 动能大小可能与物体的质量、速度有关。怎样用实验检验？ SZ-LWH 研究动能与质量、速度的关系 观察指标：用木块被小车撞后移动的距离，比较小车对木块做功的效果。 木块移动越远，说明小车做功前具有的动能越大。 SZ-LWH 两次比较分别控制什么 保持质量不变：提高释放位置，使小车到达水平面时速度增大。 保持速度不变：从同一位置释放，在小车上增加砝码。 结论：速度越大、质量越大，物体的动能越大。 SZ-LWH 比较法与控制变量法 控制变量法：研究速度的影响时保持质量不变；研究质量的影响时保持速度不变。 比较法：通过比较木块移动的距离，判断不同小车做功效果的差异。 规范表达：说清控制量、改变的量和观察指标。 SZ-LWH 动能的表达式 物体的动能等于物体质量与速度平方乘积的一半。 Ek = 1 2 mv2 m为质量，v为速度；动能是标量，国际单位是J（焦耳）。 SZ-LWH 速度变化对动能影响更显著 速度不变时：质量变为原来的2倍，动能变为原来的2倍。 质量不变时：速度变为原来的2倍，动能变为原来的4倍。 速度以平方关系影响动能，因此高速行驶会显著增大物体的动能。 SZ-LWH 教材原例1：人和子弹 一个质量为60 kg的人以10 m/s的速度奔跑，一颗质量为0.01 kg的子弹以800 m/s的速度射出。人和子弹相比，哪一个的动能大？ 分析：分别用动能公式计算两者的动能，再比较数值。 Ek人 = 1 2 × 60 × 102 J = 3000 J 答案：人的动能为3000 J，子弹的动能为3200 J。 Ek弹 = 1 2 × 0.01 × 8002J = 3200 J 比较结论：虽然子弹质量很小，但速度很大，子弹的动能比人的动能大。 SZ-LWH 即时练习 1. 保持速度不变，物体质量由m增大到2m，动能如何变化？ 答案：动能增大为原来的2倍。 解析：速度不变时，动能与质量成正比。 2. 研究速度对动能的影响时，应保持哪个物理量不变？用什么现象比较动能大小？ 答案：保持小车质量不变；比较木块被撞后移动的距离。 解析：只改变速度，用木块移动距离比较小车做功效果。 SZ-LWH 动能定理 合外力对物体所做的功，等于物体动能的增量，这个结论称为动能定理。 W合 = Ek2 − Ek1 下标1表示初状态，下标2表示末状态；先确定初、末动能，再求合外力所做的功。 SZ-LWH 合外力做功怎样改变动能 合外力做正功：物体的动能增加。 合外力做负功：物体的动能减少。 合外力做功为零：物体的动能不变。 SZ-LWH 教材示例2：新能源汽车制动 一辆新能源汽车以108 km/h的速度在水平路面上行驶，司机开始制动。已知车轮与路面的动摩擦因数为0.6，g取10 N/kg，求汽车还能前进多远。 求解任务：判断合外力做功的正负，明确初速度和末速度，再用动能定理求制动距离。 SZ-LWH 教材示例2：受力与解题思路 受力：重力与支持力抵消，汽车所受合外力是滑动摩擦力。 初状态：速度为108 km/h；末状态：汽车停止，末速度为0。 摩擦力做负功，汽车动能减少。列动能定理可求位移。 SZ-LWH 教材示例2：制动距离 v1 = 108 3.6 m/s = 30 m/s s = v12 2μg = 302 2 × 0.6 × 10 m = 75 m 答案：汽车的制动距离为75 m。 解析：质量在等式两边约去，制动距离与初速度平方成正比。 SZ-LWH 为什么速度越大，安全距离越长 在摩擦条件相同时，速度越大，汽车初动能越大，制动距离越长。 限速与保持安全车距，都是降低交通风险的重要措施。 SZ-LWH 技术·中国：风力发电 风的动能推动风轮转动，再由发电机把机械能转化为电能。 2024年，我国研制的全球最大26 MW级海上风力发电机组在福建下线。 SZ-LWH 即时练习 3. 质量为2 kg的物体以3 m/s速度运动，求它的动能。 答案：Ek = 1 2 × 2 × 32 J = 9 J 解析：速度必须平方。 4. 两个物体质量相同，速度之比为1∶2，它们的动能之比是多少？ 答案：1∶4。 解析：质量相同时，动能与速度平方成正比。 SZ-LWH 即时练习 5. 若汽车初速度增大为原来的2倍，其他制动条件不变，制动距离如何变化？ 答案：制动距离增大为原来的4倍。 解析：由动能定理可知，摩擦条件不变时，制动距离与初速度平方成正比。 SZ-LWH 即时练习 6. 风力发电机把风的动能转化为电能。若同一质量的空气速度增大，风的动能如何变化？ 答案：风速增大时，风的动能按速度平方增大。 解析：风轮接受风的动能并带动发电机，实现能量转化。 SZ-LWH 课堂背诵 1. 填空：物体由于______而具有的能量叫作动能。 答案：运动。 2. 请说出动能大小规律及研究方法。 答案：质量越大、速度越大，动能越大；实验采用控制变量法和比较法。 SZ-LWH 课堂背诵 3. 请写出动能表达式，并说明单位。 答案：Ek = 1 2 mv2，单位J 4. 请完整说出动能定理。 答案：合外力对物体所做的功，等于物体动能的增量。 5. 填空：合外力做正功，动能______；做负功，动能______。 答案：增加；减少。 SZ-LWH 师生互动：实验设计 任务一：怎样用小车撞击木块的实验比较动能大小规律？ 答案：控制质量或速度中的一个量不变，改变另一个量；比较木块移动的距离。 教师归纳：实验方案要说清控制变量、改变变量和观察指标。 SZ-LWH 师生互动：安全距离 任务二：结合动能定理解释为什么汽车速度越大，制动距离越长。 答案：汽车初动能越大，需要摩擦力做更多负功才能停下。 教师归纳：摩擦条件不变时，制动距离与初速度平方成正比。 SZ-LWH 师生互动：技术调查 任务三：从水车、风力发电或新能源汽车动能回收中任选一个，说明能量转化过程。 答案：示例：风的动能推动风轮转动，发电机再把机械能转化为电能。 教师归纳：说明能量来源、转化装置和转化结果，表达才完整。 SZ-LWH 课堂练习 1. 关于动能，下列说法正确的是（　　）。 A．动能是矢量 B．物体速度越大，动能一定越大 C．动能与物体质量和速度有关 D．动能的单位是N 答案：C。 解析：动能是标量，单位为J；比较动能要同时考虑质量和速度。 SZ-LWH 课堂练习 2. 质量不变，速度变为原来的2倍，动能变为（　　）。 A．2倍 B．4倍 C．0.5倍 D．0.25倍 答案：B。 解析：质量不变时，动能与速度平方成正比。 SZ-LWH 课堂练习 3. 动能是______量，国际单位是______。 答案：标；J（焦耳）。 解析：动能只有大小没有方向。 4. 质量为4 kg的物体以5 m/s速度运动，求动能。 答案：Ek = 1 2 × 4 × 52 J = 50 J 解析：代入动能公式，速度5 m/s必须平方。 SZ-LWH 课堂练习 5. 汽车质量1000 kg、速度20 m/s，制动至停止，摩擦力做功多少？ W合 = 0 − 1 2 × 1000 × 202 J = −2.0 × 105J 解析：结果为负值，说明制动时摩擦力做负功，汽车动能减少。 SZ-LWH 课堂练习 6. 解释风力发电和新能源汽车制动时的能量转化，并指出其中动能的变化。 答案：风力发电把风的动能转化为机械能、电能；新能源汽车制动时动能减少，部分动能可转化为电能储存。 解析：完整回答应包含能量来源、转化装置和转化结果。 SZ-LWH 课堂小结 动能定义 物体由于运动而具有的能量；动能是标量。 动能公式 动能等于质量与速度平方乘积的一半，单位J。 动能定理 合外力做功等于物体动能的增量。 功与动能 正功使动能增加，负功使动能减少。 生产应用 汽车制动、水车、风力发电和动能回收。 SZ-LWH 作业布置 1．复习本节课的知识点； 2．完成课后练习； 3．整理笔记和易错题。 SZ-LWH $