7.7动能定理
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这节课是《动能和动能定理》,从标题上看,我们要学习两部分知识内容——动能、动能定理。
在此之前,我们先来回顾上节课学过的一个实验:《探究功和速度变化之间的关系》【视频】好,我们观察到橡皮筋对小车做功,小车由静止变为运动,也就是说做功改变了小车的运动状态;【板书:做功→运动】那做功过程必然伴随着能量转化,橡皮筋做的功转化为小车的什么能量了?对,一种由于运动而具有的能量,就是今天这节课的主题能量——“动能”。
【板书:W →E k (kinetic )】而且这个过程中的能量转化必然符合一个什么定律?能量守恒定律。
所以我们可以把W →E k 中的“→”写成“=”,即:【板书:W=E k 】。
通过实验,我们看到:如果以W 为纵坐标,以v 2为横坐标,会得到一条过原点的倾斜直线,这就说明:W ∝v 2。
【板书】对称性的思考,你认为E k 和v 2会有怎样的联系呢?突然想到以前看过一个视频,比较让人难以下咽:主人喂猫咪玉米,猫咪的排泄物中也含有玉米粒。
(脑补一下,画面太美不敢看)那这里,W ∝v 2,E k 会不会也正比于v 2呢?我们不妨大胆的猜想:E k ∝v 2【板书:E k ∝v 2】。
接下来我们就用理论去验证猜想。
假设小车在斜面上静止,它的重力下滑分力刚好与摩擦力平衡,此时用一个钩码通过定滑轮和小车连接,小车会受到一个拉力F 的作用,这个力也是小车受到的合外力。
【板画】设:小车的初速度为v 1,末速度为v 2,下滑的距离为l ,加速度为a ,试求拉力F 在这个过程中对小车做的功是多少?代入基本表达式:2122212221212)(mv mv a v v ma L F W F -=-⨯=⨯=,观察发现等号右边两式具有共同的母版,可归纳为:221mv ,这个式子中是不是包含v 2,并且正比于v 2?这与我们动能的预期吻合的很好。
那么我们就把它记做物体动能的表达式,有:221mv E k =【板书】。
关于物体的动能,需要了解四个性质:①相对性。
第七章 机械能守恒定律第七节 动能和动能定理【知识点详细解析】知识详解一、探究功与速度变化的关系要点诠释:1.探究思路让小车在橡皮绳的弹力下弹出,沿木板滑行。
由于橡皮绳对小车做功,小车可以获得速度,小车的速度可以通过打点计时器测出。
这样进行若干次测量就可以得到多组数据,通过画图的方法得出功与速度的关系。
2. 操作技巧(1)功的变化我们可以通过由一根橡皮绳逐渐增加到若干根的方法得到。
(2)要将木板倾斜一定角度,使小车在木板上沿斜面向下的重力的分力与其受的摩擦力相等,目的是让小车在木板上可以做匀速直线运动。
3.数据的处理以单根橡皮绳做的功为横坐标,以速度的平方为纵坐标描点连线,画出图象。
4.实验结论画出2W v -图象,图象为直线,即2W v ∝。
知识详解二、动能、动能的改变要点诠释:1.动能:(1)概念:物体由于运动而具有的能叫动能.物体的动能等于物体的质量与物体速度的二次方的乘积的一半.(2)定义式:212k E mv =,v 是瞬时速度. (3)单位:焦(J ).(4)动能概念的理解.①动能是标量,且只有正值.②动能具有瞬时性,在某一时刻,物体具有一定的速度,也就具有一定的动能.③动能具有相对性,对不同的参考系,物体速度有不同的瞬时值,也就具有不同的动能,一般都以地面为参考系研究物体的运动.2.动能的变化:动能只有正值,没有负值,但动能的变化却有正有负.“变化”是指末状态的物理量减去初状态的物理量.动能的变化量为正值,表示物体的动能增加了,对应于合力对物体做正功;动能的变化量为负值,表示物体的动能减小了,对应于合力对物体做负功,或者说物体克服合力做功.知识详解三、动能定理要点诠释:(1)内容表述:外力对物体所做的总功等于物体功能的变化.(2)表达式:21k k W E E =-,W 是外力所做的总功,1k E 、2k E 分别为初、末状态的动能.若初、末速度分别为v 1、v 2,则12112k E mv =,22212k E mv =. (3)物理意义:动能定理揭示了外力对物体所做的总功与物体动能变化之间的关系,即外力对物体做的总功,对应着物体动能的变化.变化的大小由做功的多少来量度.动能定理的实质说明了功和能之间的密切关系,即做功的过程是能量转化的过程.等号的意义是一种因果关系的数值上相等的符号,并不意味着“功就是动能增量”,也不是“功转变成动能”,而是“功引起物体动能的变化”.(4)动能定理的理解及应用要点.动能定理虽然可根据牛顿定律和运动学方程推出,但定理本身的意义及应用却具有广泛性和普遍性.①动能定理既适用于恒力作用过程,也适用于变力作用过程.②动能定理既适用于物体做直线运动情况,也适用于物体做曲线运动情况.③动能定理的研究对象既可以是单个物体,也可以是几个物体所组成的一个系统.④动能定理的研究过程既可以是针对运动过程中的某个具体过程,也可以是针对运动的全过程. ⑤动能定理的计算式为标量式,v 为相对同一参考系的速度.⑥在21k k W E E =-中,W 为物体所受所有外力对物体所做功的代数和,正功取正值计算,负功取负值计算;21k k E E -为动能的增量,即为末状态的动能与初状态的动能之差,而与物体运动过程无关.知识详解四、应用动能定理解题的基本思路和应用技巧要点诠释:1.应用动能定理解题的基本思路(1)选取研究对象及运动过程;(2)分析研究对象的受力情况及各力对物体的做功情况:受哪些力?哪些力做了功?正功还是负功?然后写出各力做功的表达式并求其代数和;(3)明确研究对象所历经运动过程的初、末状态,并写出初、末状态的动能1K E 、2K E 的表达式;(4)列出动能定理的方程:21K K W E E =-合,且求解。
课题:§7.7动能和动能定理
学习目标:
1、知道动能的定义式,会用动能的定义式进行计算。
2、理解动能定理及其推导过程,.并会简单应用。
知识链接:
1、初中学过的动能的定义是什么?动能可能与什么有关?
2、如果物体在力的作用下能量发生了变化,这个力一定是对物体做了功,说明了与密切联系,动能的可能变化与什么有关?
3、重力做功与重力势能变化的关系:重力对物体做正功时,物体
重力对物体做负功时,物体
新知导学:
我们知道,功与能密切相关。
我们可以通过做功的多少来定量地确定动能。
外力对物体做功使物体运动而具有动能,下面我们就通过这个途径研究一个运动物体的动能是多少。
一、动能的表达式
问题探究:如图所示,一个物体的质量为m,初速度为v1,在与运动方向相同的
恒力F(不计摩擦阻力)的作用下发生一段位移l,速度增大到v2,则:
①力F对物体所做的功多大?
②物体的加速度多大?
③物体的初速、末速、位移之间有什么关系?
④结合上述三式你能综合推导得到什么样的式子?
解析:①力对物体做的功为:W=__________
②根据牛顿第二定律有______________
③根据运动学公式有________________________
④W=___________________=____________________
分析概括:合力F所做的功等于_______这个物理量的变化;又据功能关系,F所做的功等于物体______的变化,所以在物理学中就用______________这个量表示物体的动能。
结论总结:
1、文字表达:动能等于物体____与物体_____的二次方的乘积的_____。
2、定义式:__ ____
3、单位:
教师寄语:
1、动能是状态量,与物体的运动状态有关,在动能的表达式中,v应为对应时刻的瞬时速度;
2、动能是标量,动能与功一样,只有大小,没有方向,是标量。
而且动能的数值始终大于零,不可能取负值
深入探究:
在上述问题情景中2
1
2
22
1
2
1mv
mv
W-
=可以写成动能形式为:________________.
公式中W表示___________的功,如果物体受到几个力的共同作用,W表示各个力做功的_______;E K2表示物体的___动能;E K1表示物体的______动能。
这样就得到了一个重要规律==动能定理
二、动能定理
1、内容:
__________________________________________________________
2、表达式:_________________
教师寄语:
①动能定理揭示了物体的动能变化与外力功的关系,当合力对物体做正功时,末动能大于初动能,动能增加;当合力对物体做负功时,末动能小于初动能,动能减少;当合外力的功等于零时,初、末状态的动能相等。
②动能定理中的功应包括一切外力的功,而且在某一过程中,各力的功可以是同时的,也可以是不同阶段的。
③动能定理既适合于恒力做功,也适合于变力做功,既适用于直线运动,也适用于曲线运动。
④在中学阶段,动能定理的研究对象是单个质点,它反映功这个过程量和动能这个
状态量之间的关系,动能定理表示了过程量等于状态量的改变量的关系。
给出了力对空间累积的结果。
⑤动能定理是标量式,式中的功和动能必须是相对于同一惯性参考系的。
三、例题分析
例1. 一架喷气式飞机,质量m=5×103 kg ,起飞过程中从静止开始滑跑的路
程为s =5.3×102m时,达到起飞速度v =60m/s ,在此过程中飞机受到的平均阻力是飞机重量的0.02倍(k=0.02)。
求飞机受到的牵引力
例2. 一辆质量为m 、速度为v 0的汽车关闭发动机以后在水平地面上滑行了
距离l 后停了下来,试求汽车受到的阻力。
教师寄语:
用动能定理解题的步骤:
①确定研究对象及所研究的物理过程;
②分析物体受力情况,明确各个力是否做功,做正功还是做负功,进而明确合外力的功; ③确定始、末态的动能。
(未知量用符号表示); ④根据动能定理列方程; ⑤求解方程、分析结果。
反馈导练:
1
.
能力提升:
6、如图所示,一质量m =2Kg 的铅球从离地面H =2m 高处自由下落
,
h
H
陷入沙坑h=2cm深处,求沙子对铅球的平均阻力.(g取10m/s2)
(请用多种方法进行解题,至少两种)
7、一个物体从斜面上高h处由静止滑下并紧接着在水平面上滑行一段距离后停止,测得停止处对开始运动处的水平距离为S,如图,不考虑物体滑至斜面底端的碰撞作用,并设斜面与水平面对物体的动摩擦因数相同.求动摩擦因数μ.。