高中物理动能和动能定理教学ppt课件

这是一份高中物理动能和动能定理教学ppt课件，共59页。PPT课件主要包含了N·m，动能的变化，合外力做的功，代数和，考点1动能的理解，规律方法，情境引入·助学助教，跟进训练，末状态的动能，动能增量等内容，欢迎下载使用。
学习目标1.[物理观念]通过力对物体做功的分析确定动能的表达式，加深对功能关系的理解。2.[科学探究]能够从功的表达式、牛顿第二定律与运动学公式推导动能定理。 3.[科学思维]理解动能定理。会用动能定理对运动过程进行分析和计算，获得结论。
知识梳理阅读本节教材，回答第84页“问题”并梳理必要知识点，教材第84页“问题”提示：举例：初速度不为0的木块在粗糙的地面上运动，因为受到摩擦阻力的作用，速度越来越小，动能减小；物体动能的变化与外力做功有关。
一、动能的表达式1．定义物体由于____而具有的能量叫动能，用符号____表示。2．表达式Ek＝_______。3．单位与功的单位相同，国际单位为____。1 kg(m/s)2＝_______＝____。4．动能是____(选填“矢量”或“标量”)，只有大小没有方向。
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__________。
2．动能定理的表达式(1)W＝ ______________。(2)W＝_______________。说明：式中W为____________，它等于各力做功的_______。
说明：力对物体做的功是指物体所受的一切外力（合外力）对它做的功。
3．动能定理的适用范围不仅适用于____做功和____运动，也适用于____做功和____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。 ( )
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 J　　　C．450 J　　　D．900 J
3．(多选)一物体在运动过程中，重力做了－2J的功，合力做了4J的功，则(　　)A．该物体动能减少，减少量等于4JB．该物体动能增加，增加量等于4JC．该物体重力势能减少，减少量等于2JD．该物体重力势能增加，增加量等于2J
解析：[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，D正确；根据动能定理得该物体动能增加，增加量为4J，选项A错误，B正确。]
如图，A球质量大于B球质量，球从斜面上滚下，静止在地面上的纸盒被碰后，滑行一段距离停下来。你认为物体的动能可能与哪些因素有关？ 甲　　　　　乙　　　　　丙
提示：物体的动能与物体的质量和速度有关。
1．对动能概念的理解(1)动能是状态量，动能公式中的速度v是瞬时速度。(2)动能是标量，且动能恒为正值。(3)动能也具有相对性，同一物体，对不同的参考系物体的速度有不同值，因而动能也有不同值。计算动能时一般都是以地面为参考系。
2．动能的变化量末状态的动能与初状态的动能之差，即 动能的变化量是过程量，ΔEk＞0，表示物体的动能增加；ΔEk＜0，表示物体的动能减少。
【例1】　关于物体的动能，下列说法正确的是(　　)A．物体速度变化，其动能一定变化B．物体所受的合外力不为零，其动能一定变化C．物体的动能变化，其运动状态一定发生改变D．物体的速度变化越大，其动能变化一定也越大
解析：[选项A中若物体速度的方向变化而大小不变，则其动能不变化，故选项A错误；选项B中物体所受合外力不为零，只要速度大小不变，其动能就不变化，如匀速圆周运动中，物体所受合外力不为零，但速度大小始终不变，动能不变，故选项B错误；选项C中，物体动能变化，其速度一定发生变化，故运动状态改变，故选项C正确；选项D中，物体速度变化若仅由方向变化引起，其动能可能不变，如匀速圆周运动中，速度变化，但动能始终不变，故选项D错误。]
动能与物体速度大小有关，与物体速度方向无关，而物体速度变化既可能是大小变化，也可能是方向变化。动能与物体的受力情况无关，仅由质量与速度大小决定。
1．(对动能的理解)(多选)关于动能，下列说法正确的是(　　) A．动能是普遍存在的机械能中的一种基本形式，凡是运动的物体都具有动能B．公式 中，速度v是物体相对于地面的速度，且动能总是正值C．一定质量的物体，动能变化时，速度一定变化，但速度变化时，动能不一定变化D．动能不变的物体，一定处于平衡状态
解析：[动能是物体由于运动而具有的能量，所以凡是运动的物体都具有动能，故A正确；公式 中， 速度v与参考系的选取有关，但参考系不一定是地面，故B错误；速度是矢量，当其只有方向发生变化时，动能不变化，此时物体不处于平衡状态，一定质量的物体，动能变化时，其速度大小一定变化，即速度一定变化，故C正确，D错误。]
2．(动能的变化量)(多选)一质量为0.1 kg的小球，以5 m/s的速度在光滑水平面上匀速运动，与竖直墙壁碰撞后以原速率反弹，若以弹回的速度方向为正方向，则小球碰墙过程中速度的变化和动能的变化分别是( )A．Δv＝10 m/s　　　　B．Δv＝0C．ΔEk＝1 J D．ΔEk＝0
解析：[弄清速度是矢量而动能是标量，是分析问题的关键。由于速度是矢量，故Δv＝v2-v1＝5 m/s-(-5 m/s)＝10 m/s。而动能是标量，初、末状态的速度大小相等，故动能相等，因此ΔEk＝0，故A、D正确。
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？
考点2 动能定理的理解
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。
1．对动能定理的理解(1)表达式W＝ΔEk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。
2．对动能定理的几点说明(1)动能定理的表达式是一个标量式，不能在某方向上应用动能定理，动能没有负值，但动能的变化ΔEk有正负之分。(2)一些变力做功，不能用W＝Flcsθ求解，应当善于运用动能定理。若整个过程包含了几个运动性质不同的分过程，既可以考虑分段计算，又可以对整个过程分析。只要求出过程中各力做功的多少和正负即可用动能定理求解。
(3)应用动能定理涉及“一个过程”和“两个状态”。所谓“一个过程”是指做功过程，应明确该过程合力所做的总功；“两个状态”是指初、末两个状态物体的动能。
【例2】　 (多选)如图所示，质量为m的小车在水平恒力F的推动下，从山坡(粗糙)底部A处由静止开始运动至高为h的坡顶B处，获得的速度为v，A、B之间的水平距离为x，重力加速度为g。下列说法正确的是(　　 )A．小车克服重力所做的功是B．合力对小车做的功是C．推力对小车做的功是 D．阻力对小车做的功是
合力做功一定等于物体动能的变化量，与物体受力情况无关。 求某个不易判断对应位移的力做的功时，或力是变力时，可以根据动能定理求解
3．(动能定理在曲线运动中的应用)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
解析：[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。]
4．(单个物体单过程动能定理的应用)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
解析：[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： ，所以动能小于拉力做的功，故A正确，B错误；无法比较动能与摩擦力做功的大小，C、D错误。]
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。
考点3 动能定理的应用
对全过程列方程时，关键是分清整个过程哪些力做功，且各个力做功应与位移对应，并确定初、末状态的动能。
2．动力学问题两种解法的比较
一般来说，用牛顿第二定律和运动学知识能求解的问题，用动能定理也可以求解，而且往往用动能定理求解更简捷。
3．优先考虑应用动能定理的情况(1)不涉及物体运动过程中的加速度和时间的问题。(2)变力做功或曲线运动问题。动能定理提供了一种计算变力做功的简便方法。功的计算公式W＝Flcsα只能求恒力做的功，不能求变力做的功，而动能定理说明了一个物体的动能变化ΔEk与合外力对物体做的功具有等量代换关系，因此，已知(或求出)物体的动能变化ΔEk ＝Ek2－Ek1，就可以间接求得变力做的功。
(3)涉及F、l、m、v、W、Ek等物理量的问题。(4)有多个运动过程且不需要研究整个过程的中间状态的问题。由于不用注意过程中运动状态变化的细节，且功和动能都是标量，无方向性，故应用动能定理解题更简单，不易出错。
【例3】　如图所示，物体在离斜面底端5 m处由静止开始下滑，然后滑上与斜面平滑连接的水平面，若物体与斜面及水平面间的动摩擦因数均为0.4，斜面倾角为37°，求物体能在水平面上滑行的距离。(sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8)
[思路点拨]　物体运动有两个过程，先在斜面上运动，然后在水平面上滑行。解答每个过程可以按以下过程分析：
→ → →
对物体在斜面上和水平面上受力分析如图所示。
把【例3】情境改为如图所示。AB为固定在竖直平面内的1/4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：
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Wf。
[解析]　从A到D的过程，由动能定理可得mg(R－h)－Wf＝0－0解得克服摩擦力做的功Wf＝mg(R－h)。[答案]　mg(R－h)
（1）应用动能定理解题时必须明确所研究的运动过程。（2）当既可用分段法也可用全程法时，如果题目不涉及中间量，一般来说全程法更简单，更方便。（3）此题也可应用牛顿运动定律求解，一般来说，应用动能定理比牛顿运动定律要简便。
5．如图所示，在水平桌面的边角处有一轻质光滑的定滑轮K，一条不可伸长的轻绳绕过K分别与物块A、B相连，A、B的质量分别为mA、mB，开始时系统处于静止状态。现用一水平恒力F拉物块A，使物块B上升。已知当B上升距离为h时，速度为v。求此过程中物块A克服摩擦力所做的功。(重力加速度为g）
A克服摩擦力所做的功记为Wf，对于A与B组成的系统，当B上升距离为h时，恒力F做功为Fh，B的重力做功为-mBgh，轻绳对A、B的拉力对A、B做功的代数和等于零，根据动能定理得解得：[答案]
1．(多选)关于动能的理解，下列说法正确的是(　　)A．一般情况下， 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
解析：[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。选项A、B正确。]
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
解析：[由功的公式W＝Flcs α＝Fs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＝Ek1，对乙有Fs－Ffs＝Ek2，可知Ek1>Ek2，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1kg的静止足球，使足球以10m/s的水平速度飞出，设人踢足球的平均作用力为200N，足球在水平方向滚动的距离为20m，则人对足球做的功为(g取 )(　　)A．50J　　　B．200J　　　C．4 000J　　　D．6 000J
4．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∶1B．1∶2C．1∶4D．4∶1
解析：[对两辆汽车由动能定理得：-μm1gs1＝0-Ek，-μm2gs2＝0-Ek，s1∶s2＝m2∶m1＝1∶2，B正确。]
5．情境：在百度世界大会上，百度与一汽共同宣布：L4级别完全自动化无人驾驶乘用车将批量生产。有关资料检测表明，当无人驾驶车正以20 m/s的速度在平直公路上行驶时，遇到紧急情况需立即刹车(忽略无人驾驶汽车反应时间)。设该车刹车时产生的加速度大小为 。
问题：将上述运动简化为匀减速直线运动，直到汽车停下。已知无人驾驶汽车质量为1.8 t。求在此过程中该无人驾驶汽车：(1)动能如何变化？(2)前进的距离x是多少？