2014-2015高中物理4.4.1动能和动能定理学案教科版2.doc

第4节动能动能定理第1课时动能和动能定理导学目标 1.理解动能的概念.2.理解动能定理及其推导过程、适用条件和物理意义.3.领会动能定理的优越性，理解做功过程的实质.4.熟练应用动能定理，计算变力做功和曲线运动的情景1动能：物体由于运动而具有的能量2匀变速直线运动的基本规律：速度公式：vt_，位移公式：x_，推论公式：_.3功的定义式：W_，F若为某一个力，对应的功即为该力的功；F若为合力，对应的功为合力的功用此式求功，力F必为_4功是能量转化的_.一、动能问题情境一个质量为m、初速度为v的物体，在水平桌面上运动，因受摩擦阻力f的作用，运动一段位移x后静止下来，在这一过程中，外力做了多少功？物体损失了多少动能？动能的表达式是什么呢？要点提炼1物体由于_而具有的能量叫做动能，用Ek表示，其表达式为Ekmv2.2动能的单位是焦耳，符号是J，与功的单位相同，这是因为1 kgm2/s21 Nm1 J.3动能是_量，只有正值，与物体运动的速度_无关4动能是状态量，具有瞬时性，在某一时刻，物体具有一定的速度，也就具有一定的动能5动能具有_性物体运动速度的大小与选定的参考系有关，相对于不同参考系，物体具有不同的速度，也就具有不同的动能无特别说明均以地球为参考系即学即用1关于对动能的理解，下列说法正确的是()A动能是普遍存在的机械能的一种基本形式，凡是运动的物体都具有动能B动能总是正值，但对于不同的参考系，同一物体的动能大小是不同的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2关于动能，下列说法中正确的是()动能是标量；动能的大小由物体的质量和速率决定，与物体运动的方向无关；物体以相同的速率向东和向西运动，动能的大小相等但方向不同；物体以相同的速率做匀速直线运动和曲线运动，其动能不同A BC D二、合外力做功和物体动能的变化问题情境1设某物体的质量为m，在与运动方向相同的恒力F的作用下沿光滑水平面发生一段位移x，速度由v1增加到v2，如图1所示图1(1)力F对物体所做的功是多大？(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)结合上述三式你能推导出什么样的式子？图22假设物体原来就具有速度v1，且水平面存在摩擦力f，在外力F作用下，经过一段位移x，该物体的速度达到v2，如图2所示，则此过程中，外力做功与动能之间又存在什么关系呢？要点提炼1动能定理的表达式合外力所做的功等于物体_这个结论叫做动能定理，表达式为Wmvmv_Ek，式中W表示_做的功，Ek2mv为物体的末动能，Ek1mv为物体的初动能2对动能定理的理解(1)动能定理揭示了_；(2)表达式中“”的意义是一种数值上相等的符号，它并不意味着“功就是动能的增量”，也不意味着“功转变成了动能”，而是意味着“功引起物体动能的变化”，即物体动能的变化是通过外力做功的过程来实现的；(3)动能定理虽然是在物体受恒力作用且做直线运动的情况下得出的，但它也适用于_做功及物体做_运动的情况；(4)物体运动过程中若包含几个不同的过程，应用动能定理时，既可以分段考虑，也可以把全过程作为一个整体来处理；(5)动能定理研究的对象一般是_物体图3例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3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木块所受的合外力为零B因木块所受的力都不对其做功，所以合外力做的功为零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即学即用3关于合力、合力做的功及物体动能变化的说法中，正确的是()A物体所受合力不为0，动能一定改变B物体的动能不变，它所受合力一定为0C合力不做功，物体的动能就不变D所有外力做功的代数和为负值，物体的势能就减少三、动能定理的应用1应用动能定理解题的一般步骤(1)选取研究对象(通常是单个物体)，明确它的运动过程(2)对研究对象进行受力分析，明确各力做功的情况，求出外力做功的代数和(3)明确物体在初、末状态的动能Ek1和Ek2.(4)列出动能定理的方程WEk2Ek1，结合其他必要的解题方程，求解并验算2应用动能定理解题的优点动能定理对应的是一个过程，只涉及到物体初、末状态的动能和整个过程合力做的功，无需关心中间运动过程的细节而且功和能都是标量、无方向性，计算方便，因此当题目中不涉及a和t，而涉及F、x、m、v、W、Ek等物理量时，优先考虑使用动能定理例2质量为m的物体静止在水平桌面上，它与桌面之间的动摩擦因数为，物体在水平力F作用下开始运动，发生位移x1时撤去力F，问物体还能运动多远？图4例3如图4所示的“S”形玩具轨道是用内壁光滑的薄壁细圆管弯成的，放置在竖直平面内，轨道弯曲部分是由两个半径相等的半圆对接而成的，圆半径比细管内径大得多，轨道底端与水平地面相切，轨道在水平方向不可移动，弹射装置将一个小球(可视为质点)从a点水平弹射向b点并进入轨道，经过轨道后从最高点d水平抛出(抛出后小球不会再碰轨道)已知小球与地面ab段间的动摩擦因数0.2，不计其他机械能损失，ab段长L1.25 m，圆的半径R0.1 m，小球质量m0.01 kg，轨道质量为M0.26 kg，g取10 m/s2，求：(1)若v05 m/s，小球从最高点d抛出后的水平射程；(2)若v05 m/s，小球经过轨道的最高点d时，管道对小球作用力的大小和方向；(3)设小球进入轨道之前，轨道对地面的压力大小等于轨道自身的重力，当v0至少为多少时，小球经过两半圆的对接处c点时，轨道对地面的压力为零第4节动能动能定理第1课时动能和动能定理课前准备区2v0atv0tat2vv2ax3Fxcos 恒力4量度课堂活动区核心知识探究一、问题情境在这一过程中，物体克服摩擦力做了功，f做的功为Wfx，根据牛顿第二定律Fma和运动学公式v22ax，可得Wmv2.根据功和能的关系，这个功在数值上就等于物体初始所具有的动能所以，“mv2”应该就是我们寻找的动能表达式，动能用Ek表示要点提炼1运动3标方向5相对即学即用1ABC动能是物体由于运动而具有的能量，所以运动的物体就有动能，A正确；由于Ekmv2，而v与参考系的选取有关，所以B正确；由于速度为矢量，当方向变化时，若其速度大小不变，则动能并不改变，故C正确；做匀速圆周运动的物体动能不变，但物体并不是处于平衡状态，D错误2A动能是标量，与速度的大小有关，与速度的方向无关，故正确答案应为A.二、问题情境1这个过程中，力F对物体所做的功为WFx根据牛顿第二定律Fma故a而vv2ax，即x把F、x的表达式代入WFx，可得F做的功W也就是Wmvmv2外力F做功：W1Fx摩擦力f做功：W2fx外力做的总功为：W总FxfxmamvmvEk2Ek1Ek.要点提炼1动能的变化Ek2Ek1合外力2(1)功是能量转化的量度(3)变力曲线(5)单个例1C物体做曲线运动，速度方向变化，加速度不为零，合外力不为零，A错速率不变，动能不变，由动能定理知，合外力做的功为零，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代数和为零，但重力和摩擦力的合力不为零，C对，B、D错即学即用3C合外力不为零，合外力做的功若为零，动能也不变，A错动能不变，速度大小不变，若速度方向变化，合外力也不为零，B错根据动能定理，合外力不做功，则动能不变，做正功，动能增加，做负功，动能减少，势能如何变化则不一定，C对，D错三、例2解析研究对象：质量为m的物体研究过程：从静止开始，先加速，后减速至零受力分析、过程草图如图所示，其中物体受重力(mg)、水平外力(F)、弹力(N)、滑动摩擦力(f)，设加速位移为x1，减速位移为x2.方法一：可将物体运动分成两个阶段进行求解物体开始做匀加速运动位移为x1，水平外力F做正功，f做负功， mg、N不做功；初始动能Ek00，末动能Ek1mv根据动能定理：Fx1fx1mv0又滑动摩擦力fN，Nmg则：Fx1mgx1mv0物体在x2段做匀减速运动，f做负功，mg、N不做功；初始动能Ek1mv，末动能Ek20根据动能定理：fx20mv，又滑动摩擦力fN，Nmg则mgx20mv即Fx1mgx1mgx200x2方法二：从静止开始加速，然后减速为零，对全过程进行求解设加速位移为x1，减速位移为x2；水平外力F在x1段做正功，滑动摩擦力f在(x1x2)段做负功，mg、N不做功；初始动能Ek00，末动能Ek0在竖直方向上：Nmg0滑动摩擦力fN根据动能定理：Fx1mg(x1x2)00得x2例3(1)0.98 m(2)1.1 N，方向竖直向下(3)6 m/s解析(1)设小球到达d点处速度为v，由动能定理，得mgLmg4Rmv2mv小球由d点做平抛运动，有4Rgt2xvt联立并代入数值，