当前位置:文档之家› 【最新推荐】2020版物理新素养导学同步(新教材)人教必修二讲义:第8章 3.动能和动能定理 Word版含答案(1

【最新推荐】2020版物理新素养导学同步(新教材)人教必修二讲义:第8章 3.动能和动能定理 Word版含答案(1

3.动能和动能定理【学习素养·明目标】科学观念: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.能应用动能定理解决简单的问题.科学思维:1.通过动能定理的推导,培养科学思维能力.2.通过动能定理的应用,培养逻辑思维能力和综合分析问题的能力.一、动能的表达式1.定义物体由于运动而具有的能量.2.表达式E k=12m v2.3.单位与功的单位相同,国际单位为焦耳.1 J=1 kg·m2·s-2.4.物理量特点(1)具有瞬时性,是状态量.(2)具有相对性,选取不同的参考系,同一物体的动能一般不同,通常是指物体相对于地面的动能.(3)是标量,没有方向,E k≥0.二、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=12m v22-12m v21.(2)W=E k2-E k1.说明:式中W为合外力做的功,它等于各力做功的代数和.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(正确的打“√”,错误的打“×”)(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)合外力做功不等于零,物体的动能一定变化.(√)(4)物体的速度发生变化,合外力做功一定不等于零.(×)(5)物体的动能增加,合外力做正功.(√)2.在水平路面上,有一辆以36 km/h行驶的客车,在车厢后座有一位乘客甲,把一个质量为4 kg的行李以相对客车5 m/s的速度抛给前方座位的另一位乘客乙,则行李的动能是()A.500 J B.200 JC.450 J D.900 JC[行李相对地面的速度v=v车+v相对=15 m/s,所以行李的动能E k=1 2m v2=450 J,选项C正确.]3.(多选)一物体在运动过程中,重力做了-2 J的功,合力做了4 J的功,则()A.该物体动能减少,减少量等于4 JB.该物体动能增加,增加量等于4 JC.该物体重力势能减少,减少量等于2 JD.该物体重力势能增加,增加量等于2 JBD[重力做负功,重力势能增加,增加量等于克服重力做的功,选项C错误,选项D正确;根据动能定理得该物体动能增加,增加量为4 J,选项A错误,选项B正确.][观察探究]如图所示,一辆汽车正在上坡路上加速行驶.(1)汽车上坡过程受哪些力作用?各个力做什么功?(2)汽车的动能怎样变化?其动能的变化与各个力做功有什么关系?提示:(1)汽车受重力、支持力、牵引力及路面的阻力作用,上坡过程中牵引力做正功,重力、阻力做负功,支持力不做功.(2)由于汽车加速上坡,其动能增大,汽车动能的变化等于重力、牵引力及路面的阻力三个力做功的代数和.[探究归纳]1.动能的特征(1)是状态量:与物体的运动状态(或某一时刻的速度)相对应.(2)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.(3)是标量:只有大小,没有方向;只有正值,没有负值.2.动能的变化(1)ΔE k=12m v22-12m v21为物体动能的变化量,也称作物体动能的增量,表示物体动能变化的大小.(2)动能变化的原因合力对物体做功是引起物体动能变化的原因,合力做功的过程实质上是其他形式的能与动能相互转化的过程,转化了多少由合力做了多少功来度量.3.对动能定理的理解(1)表达式W=ΔE k中的W为外力对物体做的总功.(2)动能定理描述了做功和动能变化的两种关系.①等值关系:物体动能的变化量等于合力对它做的功.②因果关系:合力对物体做功是引起物体动能变化的原因,做功的过程实质上是其他形式的能与动能相互转化的过程,转化了多少由合力做的功来度量.【例1】下列关于运动物体所受合力做功和动能变化的关系正确的是()A.如果物体所受合力为0,则合力对物体做的功一定为0B.如果合力对物体所做的功为0,则合力一定为0C.物体在合力作用下做变速运动,动能一定发生变化D.物体的动能不变,所受合力一定为0A[由功的定义可知,选项A正确;如果合力做的功为0,但合力不一定为0,例如物体的合力和运动方向垂直而不做功,选项B错误;物体做变速运动可能是速度方向变化而速度大小不变,所以,做变速运动的物体,动能可能不变,选项C错误;物体动能不变,只能说合力不做功,但合力不一定为0,选项D 错误.](1)动能与速度的变化关系: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.(2)合力的功与动能变化的关系:合力做功不为零,合力一定不为零,物体的动能一定发生变化,速度大小一定变化;合力做功为零,物体的动能一定不发生变化,但速度大小不变,方向可发生变化.1.有一质量为m的木块,从半径为r的圆弧曲面上的a点滑向b点,如图所示.如果由于摩擦使木块的运动速率保持不变,则以下叙述正确的是()A.木块所受的合力为零B.因木块所受的力对其都不做功,所以合力做功为零C.重力和摩擦力的合力做的功为零D.重力和摩擦力的合力为零C[物体做曲线运动,速度方向变化,加速度不为零,故合力不为零,A错误;速率不变,动能不变,由动能定理知,合力做的功为零,而支持力始终不做功,重力做正功,所以重力做的功与摩擦力做的功的代数和为零,但重力和摩擦力的合力不为零,C正确,B、D错误.]2.如图所示,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A[受力分析,找到能影响动能变化的是那几个物理量,然后观测这几个物理量的变化即可.木箱受力如图所示,木箱在移动的过程中有两个力做功,拉力做正功,摩擦力做负功,根据动能定理可知即:W F-W f=12-0,所以动能小于拉力做的功,故A正确,B错2m v误;无法比较动能与摩擦力做功的大小,C、D错误.故选A.][要点归纳]1.应用动能定理解题的步骤(1)确定研究对象和研究过程(研究对象一般为单个物体或相对静止的物体组成的系统).(2)对研究对象进行受力分析(注意哪些力做功或不做功).(3)确定合外力对物体做的功(注意功的正负).(4)确定物体的初、末动能(注意动能增量是末动能减初动能).(5)根据动能定理列式、求解.2.动力学问题两种解法的比较滑行,当滑行距离l=7.2×102 m时,达到起飞速度v=60 m/s.求:(1)起飞时飞机的动能多大?(2)若不计滑行过程中所受的阻力,则飞机受到的牵引力为多大?(3)若滑行过程中受到的平均阻力大小为F=3.0×103 N,牵引力与第(2)问中求得的值相等,则要达到上述起飞速度,飞机的滑行距离应为多大?[解析](1)飞机起飞时的动能E k=12M v2代入数值得E k=1.08×107 J.(2)设牵引力为F1,由动能定理得F1l=E k-0代入数值得F1=1.5×104 N.(3)设滑行距离为l′,由动能定理得F1l′-Fl′=E k-0整理得l′=E kF1-F代入数值,得l′=9.0×102 m.[答案](1)1.08×107 J(2)1.5×104 N(3)9.0×102 m应用动能定理时注意的四个问题(1)动能定理中各量是针对同一惯性参考系而言的(一般选取地面为参考系).(2)若物体运动的过程包含几个不同的阶段,应用动能定理时,可以分段考虑,也可以将全过程作为一个整体来处理.(3)在求总功时,若各力不同时对物体做功,W应为各阶段各力做功的代数和.在利用动能定理列方程时,还应注意各力做功的正、负或合力做功的正、负.(4)对于受力情况复杂的问题要避免把某个力的功当作合力的功,对于多过程问题要防止“漏功”或“添功”.3.某人把质量为0.1 kg的一块小石头,从距地面为5 m的高处以60°角斜向上抛出,抛出时的初速度大小为10 m/s,则当石头着地时,其速度大小约为(g 取10 m/s2,不计空气阻力)()A.14 m/s B.12 m/sC.28 m/s D.20 m/sA[由动能定理,重力对石头所做的功等于石头动能的变化,则mgh=12m v22-12m v 21,v 2=v 21+2gh =10 2 m/s ≈14 m/s ,A 正确.] 4.如图所示,AB 为固定在竖直平面内的14光滑圆弧轨道,轨道的B 点与水平地面相切,其半径为R .质量为m 的小球由A 点静止释放,求:(1)小球滑到最低点B 时,小球速度v 的大小;(2)小球通过光滑的水平面BC 滑上固定曲面,恰到达最高点D ,D 到地面的高度为h (已知h <R ),则小球在曲面上克服摩擦力所做的功W f .[解析] (1)小球从A 滑到B 的过程中, 由动能定理得:mgR =12m v 2B -0解得:v B =2gR .(2)从A 到D 的过程,由动能定理可得: mg (R -h )-W f =0-0,解得克服摩擦力做的功W f =mg (R -h ). [答案] (1)2gR (2)mg (R -h )1.物体由于运动而具有的能量叫作动能,表达式为E k=12m v2.动能是标量,具有相对性.2.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,这个结论叫动能定理,表达式为W=E k2-E k1.3.如果物体同时受到几个力的共同作用,则W为合力做的功,它等于各个力做功的代数和.4.动能定理既适用于恒力做功,也适用于变力做功,既适用于直线运动,也适用于曲线运动.1.(多选)关于动能的理解,下列说法正确的是()A.一般情况下,E k=12m v2中的v是相对于地面的速度B.动能的大小由物体的质量和速率决定,与物体的运动方向无关C.物体以相同的速率向东和向西运动,动能的大小相等、方向相反D.当物体以不变的速率做曲线运动时其动能不断变化AB[动能是标量,由物体的质量和速率决定,与物体的运动方向无关.动能具有相对性,无特别说明,一般指相对于地面的动能.选A、B.] 2.(多选)甲、乙两个质量相同的物体,用大小相等的力F分别拉它们在水平面上从静止开始运动相同的距离s.如图所示,甲在光滑面上,乙在粗糙面上,则下列关于力F对甲、乙两物体做的功和甲、乙两物体获得的动能的说法中正确的是()A.力F对甲物体做功多B.力F对甲、乙两个物体做的功一样多C.甲物体获得的动能比乙大D.甲、乙两个物体获得的动能相同BC[由功的公式W=Fl cos α=F·s可知,两种情况下力F对甲、乙两个物体做的功一样多,A错误,B正确;根据动能定理,对甲有Fs=E k1,对乙有Fs -F f s=E k2,可知E k1>E k2,即甲物体获得的动能比乙大,C正确,D错误.] 3.一人用力踢质量为1 kg的静止足球,使足球以10 m/s的水平速度飞出,设人踢足球的平均作用力为200 N,足球在水平方向滚动的距离为20 m,则人对足球做的功为(g取10 m/s2)()A.50 J B.200 JC.4 000 J D.6 000 JA[人对足球做功的过程只是在踢球的瞬间,球在空中飞行以及在地面上滚动的过程中,都不是人在做功,所以人对足球做功的过程就是足球获得动能的过程.根据动能定义E k=12得,人对足球做的功为50 J.]2m v4.甲、乙两车汽车的质量之比m1∶m2=2∶1,它们刹车时的初动能相同,若它们与水平地面之间的动摩擦因数相同,则它们滑行的距离之比s1∶s2等于()A.1∶1 B.1∶2C.1∶4 D.4∶1B[对两辆汽车由动能定理得:-μm1gs1=0-E k,-μm2gs2=0-E k,s1∶s2=m2∶m1=1∶2,B正确.]。

相关主题