2022-2023年粵教版(2019)新教材高中物理必修2 第4章機(jī)械能及其守恒定律第3節(jié)動(dòng)能動(dòng)能定理課件

第四章機(jī)械能及其守恒定律第三節(jié)動(dòng)能動(dòng)能定理1．表達(dá)式：質(zhì)量為m的物體,以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)能為Ek＝_______.2．動(dòng)能是標(biāo)量：只有________,沒有__________．3．單位：與______的單位相同．國(guó)際單位為________,符號(hào)________．動(dòng)能的表達(dá)式大小方向功焦耳J【答案】不會(huì),動(dòng)能總大于或等于零．物體的動(dòng)能會(huì)小于零嗎？下列各組物理量都是標(biāo)量的是 (

)A．質(zhì)量、時(shí)間 B．速度、動(dòng)能C．位移、路程 D．功、加速度【答案】A【解析】速度、位移、加速度等既有大小又有方向,為矢量,而質(zhì)量、時(shí)間、動(dòng)能、路程、功等都只有大小沒有方向,為標(biāo)量,A正確．1．內(nèi)容：合力對(duì)物體所做的功等于物體________的變化量．這個(gè)結(jié)論叫作________________．2．表達(dá)式：W＝__________或W＝_____________.動(dòng)能定理動(dòng)能動(dòng)能定理Ek2－Ek1判斷正誤．(1)動(dòng)能是狀態(tài)量,是標(biāo)量,只有正值,動(dòng)能與速度方向無關(guān)．

(

)(2)由于速度具有相對(duì)性,所以動(dòng)能也具有相對(duì)性． (

)(3)動(dòng)能定理既適用于直線運(yùn)動(dòng)和曲線運(yùn)動(dòng),也適用于恒力做功和變力做功．

(

)(4)如果物體所受的合外力為零,那么,合外力對(duì)物體做的功一定為零．

(

)(5)物體在合外力作用下做變速運(yùn)動(dòng),動(dòng)能一定變化． (

)【答案】(1)√

(2)√

(3)√

(4)√

(5)×動(dòng)能定理的理解(1)物體在運(yùn)動(dòng)過程中受幾個(gè)力作用？做功情況怎樣？(2)從A點(diǎn)到C點(diǎn),物體初、末狀態(tài)的動(dòng)能各是多少？(3)求從A點(diǎn)到C點(diǎn)過程中物體克服摩擦力做的功．(1)物體受重力、軌道支持力和摩擦力三個(gè)力作用．在圓弧軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí),重力做正功,支持力不做功,摩擦力做負(fù)功．在水平軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí),重力、支持力不做功,摩擦力做負(fù)功．(2)物體由A點(diǎn)從靜止滑下,最后停在C點(diǎn),初、末狀態(tài)的動(dòng)能都是零．(3)設(shè)克服摩擦力做功為Wf.根據(jù)動(dòng)能定理mgR－Wf＝0,故Wf＝mgR.2．普遍性動(dòng)能定理雖然可根據(jù)牛頓第二定律和勻變速直線運(yùn)動(dòng)的公式推出,但動(dòng)能定理本身既適用于恒力作用過程,也適用于變力作用過程；既適用于物體做直線運(yùn)動(dòng)的情況,也適用于物體做曲線運(yùn)動(dòng)的情況．3．W與ΔEk的關(guān)系動(dòng)能定理揭示了合外力對(duì)物體所做的功是引起物體動(dòng)能變化的原因,合外力做功的過程實(shí)質(zhì)上是其他形式的能與動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化的過程,轉(zhuǎn)化了多少由合外力做了多少功來度量．精練1

將一小球豎直向上拋出,小球在運(yùn)動(dòng)過程中受到的空氣阻力不可忽略．a(chǎn)為小球運(yùn)動(dòng)軌跡上的一點(diǎn),小球上升和下降經(jīng)過a點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能分別為Ek1和Ek2.從拋出開始到小球第一次經(jīng)過a點(diǎn)時(shí)重力所做的功為W1,從拋出開始到小球第二次經(jīng)過a點(diǎn)時(shí)重力所做的功為W2.下列選項(xiàng)正確的是

(

)A．Ek1＝Ek2,W1＝W2 B．Ek1＞Ek2,W1＝W2C．Ek1＜Ek2,W1＜W2 D．Ek1＞Ek2,W1＜W2【答案】B【解析】設(shè)a至最高點(diǎn)高h(yuǎn),拋出點(diǎn)至a高H,則W1＝－mgH,W2＝－mg(H＋h)＋mgh＝W1；設(shè)從小球第一次經(jīng)過a點(diǎn)到第二次經(jīng)過a點(diǎn)的過程中,克服空氣阻力做的功為W,根據(jù)動(dòng)能定理有－W＝Ek2－Ek1,可得Ek1＞Ek2,B正確．變式1改變消防車的質(zhì)量和速度,能使消防車的動(dòng)能發(fā)生改變．在下列幾種情況下,哪種消防車的動(dòng)能是原來的2倍 (

)A．質(zhì)量不變,速度增大到原來2倍B．質(zhì)量減半,速度增大到原來的4倍C．速度不變,質(zhì)量增大到原來的2倍D．速度減半,質(zhì)量增大到原來的2倍【答案】C過山車是一種驚險(xiǎn)的游樂設(shè)施,其運(yùn)動(dòng)軌道可視為如圖所示的物理模型．已知軌道最高點(diǎn)A離地面高度為h,圓環(huán)軌道半徑R＝10m,過山車質(zhì)量m＝100kg,g取10m/s2,不計(jì)一切阻力．探究以下問題．動(dòng)能定理的應(yīng)用(1)若h＝45m,過山車從A點(diǎn)靜止釋放后,經(jīng)過圓環(huán)軌道最低點(diǎn)B時(shí)的速度為多大？對(duì)軌道壓力是多少？(2)若過山車從A點(diǎn)靜止釋放后,經(jīng)過圓環(huán)軌道最高點(diǎn)C時(shí),軌道對(duì)車的作用力恰好等于車的重力,A點(diǎn)的高度h′是多少米？(3)若過山車從A點(diǎn)靜止釋放后,能夠到達(dá)C點(diǎn),則h0至少是多少米？精練2

完全由我國(guó)自行設(shè)計(jì)、建造的國(guó)產(chǎn)新型航空母艦已完成多次海試,并取得成功．航母上的艦載機(jī)采用滑躍式起飛,故甲板是由水平甲板和上翹甲板兩部分構(gòu)成,如圖甲所示．為了便于研究艦載機(jī)的起飛過程,假設(shè)上翹甲板BC是與水平甲板AB相切的一段圓弧,如圖乙所示,AB長(zhǎng)L1＝150m,BC水平投影L2＝63m,圖中C點(diǎn)切線方向與水平方向的夾角θ＝12°(sin12°≈0.21)．若艦載機(jī)從A點(diǎn)由靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng),經(jīng)t＝6s到達(dá)B點(diǎn)進(jìn)入BC．已知飛行員的質(zhì)量m＝60kg,g取10m/s2,求：(1)艦載機(jī)水平運(yùn)動(dòng)的過程中,飛行員受到的水平力所做的功W.(2)艦載機(jī)剛進(jìn)入BC時(shí),飛行員受到豎直向上的壓力FN.【答案】(1)7.5×104J

(2)1.1×103

N變式2設(shè)某一艦載機(jī)質(zhì)量m＝2.5×104

kg,著艦速度v0＝50m/s,著艦過程中航母靜止不動(dòng)．發(fā)動(dòng)機(jī)的推力大小恒為F＝1.2×105

N,若空氣阻力和甲板阻力保持不變．(1)若飛機(jī)著艦后,關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī),僅受空氣阻力和甲板阻力作用,飛機(jī)將在甲板上以a0＝2m/s2的加速度做勻減速運(yùn)動(dòng),求航母甲板至少多長(zhǎng)才能保證飛機(jī)不滑到海里．(2)為了讓飛機(jī)在有限長(zhǎng)度的跑道上停下來,甲板上設(shè)置了攔阻索讓飛機(jī)減速,同時(shí)考慮到飛機(jī)尾鉤掛索失敗需要復(fù)飛的情況,飛機(jī)著艦時(shí)并不關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)．若飛機(jī)著艦后就鉤住攔阻索,圖示為飛機(jī)鉤住攔阻索后某時(shí)刻的情景,此時(shí)飛機(jī)的加速度大小a1＝38m/s2,速度v＝40m/s,攔阻索夾角θ＝106°,兩滑輪間距40m,(sin53°＝0.8,cos53°＝0.6)求：a．此時(shí)攔阻索承受的張力大?。産．飛機(jī)從著艦到圖示時(shí)刻,攔阻索對(duì)飛機(jī)做的功．【答案】(1)625m

(2)a.8.5×105N

b．－1.23×107J解答本題應(yīng)注意以下三點(diǎn)(1)艦載機(jī)水平運(yùn)動(dòng)的過程中,飛行員受到的水平力所做功等于其動(dòng)能的變化量．(2)根據(jù)幾何關(guān)系求出圓弧BC所在圓的半徑．(3)艦載機(jī)剛進(jìn)入BC時(shí)飛行員所受力的合力提供其做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力．科學(xué)思維——應(yīng)用動(dòng)能定理求解變力做功利用動(dòng)能定理求解變力做功1．分析物體的受力情況,確定哪些力是恒力,哪些力是變力,如果是恒力,寫出恒力做功的表達(dá)式,如果是變力,用相應(yīng)功的符號(hào)表示出變力所做的功．2．分析物體運(yùn)動(dòng)的初、末狀態(tài),求出動(dòng)能的變化量．3．運(yùn)用動(dòng)能定理列式求解．專練一個(gè)勁度系數(shù)k＝800N/m的輕質(zhì)彈簧,兩端分別連接著質(zhì)量均為m＝12kg的物體A和B,將它們豎直靜止地放在水平地面上,如圖所示．在物體A上施加一豎直向上的變力F,使物體A由靜止開始向上做勻加速運(yùn)動(dòng),當(dāng)t＝0.4s時(shí)物體B剛好離開地面(設(shè)整個(gè)勻加速過程彈簧都處于彈性限度內(nèi),g取10m/s2)．求：(1)此過程中物體A的加速度的大?。?2)若此過程中彈簧做的總功為零,彈簧具有的能量不變,則外力F所做的功是多少？【答案】(1)3.75m/s2

(2)49.5J1．關(guān)于運(yùn)動(dòng)物體所受的合外力、合外力做的功及動(dòng)能變化的關(guān)系,下列說法正確的是

(

)A．合外力為零,則合外力做功一定為零B．合外力做功為零,則合外力一定為零C．合外力做功越多,則動(dòng)能一定越大D．動(dòng)能不變,則物體所受合外力一定為零【答案】A【解析】如果物體所受的合外力為零,根據(jù)W＝Flcosα,可得外力對(duì)物體做的總功一定為零,故A正確；如果合外力做的功為零,但合外力不一定為零,可能物體的合外力和運(yùn)動(dòng)方向垂直而不做功,故B錯(cuò)誤；根據(jù)動(dòng)能定理可知,如果合外力做功越多,動(dòng)能變化越大,但是動(dòng)能不一定越大,故C錯(cuò)誤；物體動(dòng)能不變,只能說合外力不做功,但合外力不一定為零,例如做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體,D錯(cuò)誤．2．A、B兩物體的速度之比為2∶1,質(zhì)量的大小之比為1∶3,則它們的動(dòng)能之比為

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)A．12∶1 B．12∶3C．12∶5 D．4∶3【答案】D3．一個(gè)物體的速度從零增大到v,外力對(duì)物體做功為W1；速度再從v增大到2v,外力對(duì)物體做功為W2,則W1和W2的關(guān)系正確的是

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)A．W2＝3W1 B．W2＝2W1C．W2＝W1 D．W2＝4W1【答案】A【答案】C【解析】設(shè)物體在AB段克服摩擦力做的功為Wf,對(duì)全過程應(yīng)用動(dòng)能定理有mgR－Wf－μmgR＝0,解得Wf＝mgR(1－μ),故C正確,A、B