谈对系统应用动能定理
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谈对系统应用动能定理一、关于动能定理的理解功和能是两个基本物理量.功和能的关系可概括为:功是能量转化的量度.这句话包括三层含义:一是各种形式的能量之间可以相互转化,各物体的能量可以相互转移;二是能量的转化或转移可以通过做功来完成;三是在某一过程中,做了多少功,就有多少能量发生转化或转移.当在某一过程中只考虑动能这一种形式的能量,功和能的关系就表现为:功是动能转化的量度.这就是动能定理的本质含义.对于某一个孤立的物体,外力对它所做的总功与合力所做的功是同一个意思,做功过程就是物体与外界进行能量交换、转移的过程,外界对物体做了多少总功,物体的动能就改变多少.对于一个由几个存在相互作用的物体组成的系统,外力可以对系统做功,内力也可以对系统做功,内力做功就表示系统的动能可以和系统内部某种形式的能量进行转化.即系统动能的变化是由系统的内力与外力做功之和来决定的.可见,对于系统也可以运用动能定理。
二、系统的动能定理及应用1.系统的动能定理如图1,光滑水平面上有A 、B 两物体,质量分别为m 1、m 2,设A 、B 之间存在大小恒定的引力f .开始两物体之间距离为L 1,初速度均为零,现有一水平拉力F 作用在B 物体上,作用一段位移S 时,A 、B 两物体间距离变为L 2,A 、B对于A 物体: 212111()02f s L L m v +-=- 对于B 物体:22102Fs fs mv -=- 将这两个方程相加得:2212112211()22Fs f L L m v m v +-=+其中, 1W Fs =表示外力对于系统所做的功,212()W f L L =-表示系统内力对于系统所做的功.因此,系统的动能定理可以表示为:K W W E +=∆外内当系统的内力f 大小恒定时,cos W f s θ=⋅∆⋅内.其中θ取决于内力f 方向与相对位移△S 的方向:两者方向相同时,0θ=,相当于12L L 〉,内力方向与相对位移方向相同时,系统内力做正功,可以理解为系统有势能转化为系统的动能;两者方向相反时,θπ=,相当于12L L 〈,系统内力方向与相对位移方向相反,系统内力做负功,可以理解为系统有动能转化为系统的势能;当0s ∆=,即系统内物体间无相对位移时,系统内力不做功,系统的势能不变化.在其它情景中W 内不一定代表系统势能与动能转化的量度.2.系统的动能定理的应用例1:如图2,一质量为M 的长不板,静止在光滑的水平面上,一质量为m 的小滑块(可视为质点)以水平速度0v 从长木板的一端开始在木板上滑行,直到离开木板.滑块离开木板时的速度为03v .若把此木板固定在水平桌面上,其它条件相同时,求滑块离开木板时的速度.分析与解:设第一次滑块离开时木板速度为v ,由系统的动量守恒,有:003v mv m Mv =+ 设滑块与木板间摩擦力为f ,木板长为L ,则对于滑块与木板组成的系统,只有两者间的内力即摩擦力做功,对系统应用动能定理,得:22200111()2322v fL m Mv mv -=+- 当木板固定时,滑块离开木板时速度为v /,对滑块应用动能定理,得:/2201122fL mv mv -=-图2由以上三个方程解得,木板固定滑块离开木板时的速度为:/v =此处系统的内力做功使系统的部分动能转化为系统的内能.木板固定与不固定两种情况,内力与相对位移都相同,内力所做的功也就相同,即系统产生的热能相同.例2:一列总质量为M 的列车,沿平直铁路匀速行驶.某时刻,其质量为m 的末节车厢脱钩,司机发觉时,车的前部自脱钩处又行驶了距离L ,司机立即关闭发动机.设车所受阻力与车重成正比,机车的牵引力恒定.求列车的两部分最后都停下来时,其间的距离是多少?分析与解:设开始列车的速度为v ,发动机牵引力大小为F ,阻力是车重的K 倍.从脱钩到两车都静止下来时,车厢的位移为S 1,车的前部的位移为S 2,则对整个系统从脱钩到都停下来的整个过程应用动能定理:2121()02FL Kmgs K M m gs Mv ---=- 对车厢应用动能定理:21102Kmgs mv -=- 而F KMg =由以上方程解得最后车的两部分间的距离△S 为:21ML s s s M m∆=-=- 与上面的两条例题类似,在涉及物体间的相对位移的问题时,利用系统的动能定理来求解要方便的多.更重要的是,在学习过程中不能仅拘泥于教材,灵活运用合理的方法将有助于活化对概念规律的认识.。
一.必备知识精讲 1. 动能〔1〕定义:物体由于运动而具有的能。
〔2〕公式:E k =12mv 2。
(3)标矢性:动能是标量,只有正值,动能与速度方向无关。
(4)状态量:动能是状态量,因为v 是瞬时速度。
(5)相对性:由于速度具有相对性,所以动能也具有相对性。
(6)动能的变化:物体末动能与初动能之差,即ΔE k =12mv 22-12mv 21。
动能的变化是过程量。
2. 动能定理(1)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)表达式W =ΔE k ; W =E k2-E k1; W =12mv 22-12mv 21。
3.物理意义:合力的功是物体动能变化的量度。
4.适用范围广泛(1)既适用于直线运动,也适用于曲线运动。
(2)既适用于恒力做功,也适用于变力做功。
(3)力可以是各种性质的力,既可以同时作用,也可以不同时作用。
5. 动能定理的理解和应用(1)做功的过程就是能量转化的过程,动能定理表达式中的“=〞的意义是一种因果关系在数值上相等的符号。
因果关系:合力做功是引起物体动能变化的原因。
数量关系:合力做功与动能变化具有等量代换的关系。
单位关系:国际单位制中功和能的单位都是焦耳。
(2)动能定理表达中所说的“力〞,既可以是重力、弹力、摩擦力,也可以是静电力、磁场力或其他力;既可以是恒力,也可以是变力。
(3)动能定理中涉及的物理量有F 、l 、α、m 、v 、W 、E k ,在处理含有上述物理量的问题时,优先考虑使用动能定理。
6.应用动能定理的考前须知(1)应用动能定理解题应抓好“两状态,一过程〞。
“两状态〞即明确研究对象的始、末状态的速度或动能情况,“一过程〞即明确研究过程,确定这一过程研究对象的受力情况和位置变化或位移信息。
(2)动能定理中的位移和速度必须是相对于同一个参考系的,一般以地面或相对地面静止的物体为参考系。
(3)应用动能定理的关键在于对研究对象进行准确的受力分析及运动过程分析,并画出运动过程的草图,借助草图理解物理过程之间的关系。
ʏ戴建华动能定理的内容是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,用公式表示为W =ΔE k =E k 2-E k 1=12m v 22-12m v 21㊂理解动能定理需要从牢记动能定理的内容和表达式两个方面着手,应用动能定理解决实际问题应该在掌握动能定理的适用条件和解题流程上多下功夫㊂一㊁动能定理的正确理解1.力 既可以是恒力也可以是变力; 力 包括物体受到的重力㊁弹力㊁摩擦力㊁电场力㊁磁场力等各种性质的力,这些力可以同时作用也可以不同时作用㊂2.等于 体现了两层关系,即因果关系(合力做功是物体动能变化的原因)和数量关系(合力做的功与动能的变化量可以等量代换)㊂3.动能定理表达式W =ΔE k 中 = 号左边是各个力所做的功,右边是动能的变化量,两者都是标量,但两者都有正负之分,因此应用动能定理求解相关问题时虽不需要考虑各物理量的方向性,但需要区分功的正负和动能的正负㊂例1 关于物体所受的合外力㊁合外力做的功,以及动能变化的关系,下列说法中不正确的有( )㊂A.若物体所受合外力为零,则合外力做功一定为零,动能变化量也一定为零B .若物体所受合外力做功为零,则合外力不一定为零,动能变化量也不一定为零C .若物体所受合外力做功越多,则动能一定越大D .若物体的动能不变,则合外力做功一定为零,合外力不一定为零根据功的计算公式W =F l c o s α可知,若物体所受合外力为零,则合外力做功一定为零;若物体所受合外力做功为零,则可能是α=90ʎ的情况,即物体所受合外力不一定为零㊂根据动能定理的表达式W =E k 2-E k 1=ΔE k 可知,若物体所受合外力做功为零,则动能变化量一定为零;若物体所受合外力做功越多,则动能变化量越大,但动能不一定越大;若物体的动能不变,则合外力做功一定为零,但合外力不一定为零㊂答案:B C二㊁动能定理的具体应用1.动能定理的适用条件:因为动能定理只涉及做功过程的初㊁末两个状态的动能,所以在不需要考虑物体在所选研究过程中的运动性质㊁运动轨迹㊁受力情况和做功情况等细节问题时,可以优先考虑选用动能定理分析求解㊂2.应用动能定理解题的一般步骤:明确研究对象和研究过程ң分析研究对象的受力情况,并求出各力所做功的代数和或合外力做的总功ң求出研究对象在初㊁末两个状态下的动能ң根据动能定理列式求解㊂例2 如图1所示,集装箱质量为M ,在它内部放置一件质量为m 的货物㊂集装箱在起重机钢索的拉力作用下由静止开始竖直 图1向上做加速运动,当上升高度为H 时,集装箱的速度达到v ㊂在这个过程中,货物始终相对集装箱静止,则下列说法中正确的是( )㊂A .集装箱对货物的支持力所做的功等于12m v 2B .集装箱对货物的支持力所做的功大于12m v 2C .钢索的拉力所做的功小于12m v 2+M gH 33物理部分㊃知识结构与拓展高一使用 2022年4月Copyright ©博看网. All Rights Reserved.D .钢索的拉力所做的功大于12m v 2+M gH 以货物为研究对象,根据动能定理得W 支-m gH =12m v2,即W 支=m gH +12m v 2>12m v2,选项A 错误,B 正确㊂以货物和集装箱组成的整体为研究对象,根据动能定理得W 拉-(m +M )gH =12(M +m )v 2,即W 拉=12(M +m )v 2+(M +m )gH >12m v 2+M gH ,选项C 错误,D 正确㊂答案:BD图2例3 如图2所示,汽车A 通过长度为了l 的绳索拖着车厢B 在平直路面上以速度v做匀速直线运动,已知汽车发动机提供的牵引力恒为F ,汽车A 的质量是车厢B 的2倍,汽车A 和车厢B 与路面之间的动摩擦因数均为μ㊂某时刻拖拽车厢B 的绳索突然断裂,汽车保持牵引力为F 不变继续运动距离s 0后,司机才发现绳索断裂,并立即关闭发动机,则当汽车A 和车厢B 都停止运动时,二者相距多远?设车厢B 的质量为m ,则汽车A 的质量为2m ,汽车A 拖着车厢B 在牵引力F 的作用下以速度v 做匀速直线运动时,根据平衡条件得F =f =3μm g ㊂设汽车A 在关闭发动机后在摩擦力f 1=2μm g 的作用下运动距离s 1停下来,车厢B 在绳索断裂后在摩擦力f 2=μm g 的作用下运动距离s 2停下来,当二者都停止运动时相距Δs ,二者的运动情况示意图如图3所示㊂选汽车A 为研究对象,在绳索断裂到汽车A 最终停止的整个过程中,根据动能定理得F s 0-f 1(s 0+s 1)=0-12ˑ2m v 2;选车厢B 为研究对象,在车厢B 运动距离s 2的过程中,根据动能定理得-f 2s 2=0-12m v 2;根据几何关系得Δs =l +s 0+s 1-s 2㊂联立以上各式解得Δs =l +32s 0㊂图3图41.如图4所示,质量为m 的物块拴在细绳的一端,细绳穿过光滑小孔,物块在细绳拉力的作用下在光滑的水平面内做匀速圆周运动㊂当细绳对物块的拉力为F 时,物块做匀速圆周运动的转动半径为R ;当拉力逐渐减小为F4时,物块仍做匀速圆周运动,转动半径为2R ㊂在拉力从F 减小到F4的过程中,拉力对物块所做的功的大小为( )㊂A .F R 4 B .F R2C .πR FD .2πR F2.夏季是我国雨水丰沛,多发生洪涝灾害的季节,道路运输从业人员需要特别注意因洪涝而发生的各种次生灾害对道路运输安全的影响㊂假设一列质量为3000t 的火车,在恒定的额定功率下,由静止出发,在运动过程中受到的阻力大小恒定,经过1ˑ103s 速度达到最大行驶速度72k m /h 的同时,司机发现前方5k m 处的铁轨被洪水冲毁,便立即紧急刹车,刹车产生的制动力为7ˑ104N ,结果列车正好到达铁轨冲毁处停止㊂求:(1)列车在行驶过程中所受阻力多大?(2)列车的额定功率多大?(3)列车的总行程多长?参考答案:1.A2.(1)5ˑ104N ;(2)1ˑ106W ;(3)1.3ˑ104m ㊂作者单位:江苏省江都中学(责任编辑 张 巧)43 物理部分㊃知识结构与拓展 高一使用 2022年4月Copyright ©博看网. All Rights Reserved.。
动能定理在不同参照系中的应用动能定理是研究力学的一个基本定理,它指出,机体的动能是坐标变换而不变的,即可以在任意参照系中进行表示。
它深刻地影响了我们对物理系统的理解,并使我们能够从不同的参照系中对物理现象进行系统的描述。
本文将讨论动能定理在不同参照系中的应用。
第一部分,我们回顾了动能定理,它指出物体的动能在任意参照系中都可以表示为物体的质量和速度的平方之积,并可以用来求解物体的扰动动能和变动动能。
通过这个定理,我们可以用不同参照系来描述物体的动能,比如动量参照系,关联动能参照系,系统动能参照系和内力参照系,以及物体的惯性系统。
第二部分,讨论了动能定理在不同参照系中的具体应用。
以动量参照系为例,动能定理可以用来求解物体的动量,因为在动量参照系中,物体的动量可以表示为物体的质量和速度的乘积。
此外,在关联动能参照系中,动能定理可以用来求解物体的关联动能,而在系统动能参照系中,它可以用来求解系统动能以及系统中物体之间的相互作用。
最后,在惯性系统中,动能定理可以用来求解各物体的惯性动能。
第三部分,对动能定理在不同参照系中的应用进行了总结。
总体而言,这个定理在不同参照系中,都可以用来求解物体的动能,进而描述物体间力学作用,并从不同参照系中进行系统分析。
它的实质是将复杂的动能求解问题,简化为计算物体的质量和速度之间关系的问题,从而使物理研究得以更容易、以及更精确地进行。
本文综述了动能定理在不同参照系中的应用,由此可见,动能定理的引入,不仅使动能求解的问题更加简单,而且使物理系统的表示从不同的参照系中进行转换变得更加容易。
希望本文的讨论,可以为我们更深入地了解动能定理及其在不同参照系中的应用提供一些参考。
高三物理教案动能定理及其应用(5篇)高三物理教案动能定理及其应用(5篇)作为一位兢兢业业的人民教师,前方等待着我们的是新的机遇和挑战,有必要进行细致的教案准备工作,促进思维能力的发展。
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欢迎分享!高三物理教案动能定理及其应用(精选篇1)1、研究带电物体在电场中运动的两条主要途径带电物体在电场中的运动,是一个综合力和能量的力学问题,研究的方法与质点动力学相同(仅仅增加了电场力),它同样遵循运动的合成与分解、力的独立作用原理、牛顿运动定律、动能定理、功能原理等力学规律.研究时,主要可以按以下两条途径分析:(1)力和运动的关系--牛顿第二定律根据带电物体受到的电场力和其它力,用牛顿第二定律求出加速度,结合运动学公式确定带电物体的速度、位移等.这条线索通常适用于恒力作用下做匀变速运动的情况.(2)功和能的关系--动能定理根据电场力对带电物体所做的功,引起带电物体的能量发生变化,利用动能定理或从全过程中能量的转化,研究带电物体的速度变化,经历的位移等.这条线索同样也适用于不均匀的电场.2、研究带电物体在电场中运动的两类重要方法(1)类比与等效电场力和重力都是恒力,在电场力作用下的运动可与重力作用下的运动类比.例如,垂直射入平行板电场中的带电物体的运动可类比于平抛,带电单摆在竖直方向匀强电场中的运动可等效于重力场强度g值的变化等.(2)整体法(全过程法)电荷间的相互作用是成对出现的,把电荷系统的整体作为研究对象,就可以不必考虑其间的相互作用.电场力的功与重力的功一样,都只与始末位置有关,与路径无关.它们分别引起电荷电势能的变化和重力势能的变化,从电荷运动的全过程中功能关系出发(尤其从静止出发末速度为零的问题)往往能迅速找到解题切入点或简化计算高三物理教案动能定理及其应用(精选篇2)1、与技能:掌握运用动量守恒定律的一般步骤。
2、过程与:知道运用动量守恒定律解决问题应注意的问题,并知道运用动量守恒定律解决有关问题的优点。
动量定理、动能定理是否适用于系统中学物理V o1.29No.072011年4月动量定理动能定理是否适用于系统张小洪(重庆北碚西南大学附中重庆400700)物体所受合外力的冲量等于物体动量的变化量,这叫做动量定理.物体所受合外力的功等于物体动能的变化量,这叫做动能定理.动量定理和动能定理均可适用于单个物体,那它们对于两个或两个以上的物体组成的系统是否适用呢?本文将对这一问题进行探讨.我们把物体系统所受的力分为内力和外力.系统内物体间的力称为内力,系统外物体与系统内物体之间的力称为外力.动量定理与动能定理分别描述了合外力的冲量和功对物体的动量和动能的影响.于是,对于系统,我们应主要考察内力的冲量和功是否对系统的总动量和总动能产生影响,从而判断动量定理与动能定理是否适用于系统.内力一定是作用于系统内部的一对或多对作用力与反作用力.如A,B物体组成的系统,则A对B的力和B对A的力均为内力,它们就是一对作用力与反作用力.设A对B的力为F,B对A的力为,则由牛顿第三定律,Fl=一F2.若F的冲量为Ff,则F:的冲量为F2t=一Flf.因此F】t+F2£=0,即一对作用力与反作用力的总冲量一定为零.可见,系统内力的总冲量一定为零,内力的冲量不改变系统的总动量,只有外力的冲量才改变系统的动量.所以,动量定理对系统同样适用,即:合外力对系统的冲量等于系统动量的变化量.例题l如图1所示,人与冰车的总质量为M,另有一个质量为的坚固箱子,X_M:31,开始时人坐在冰车上静Ill二止在光滑水平冰面上,某一时刻人将原来静止在冰面上的木箱以速度推向前方弹性挡板,木箱与挡板碰撞后又反向弹回.设木箱与挡板板碰撞过程中没有机械能损失,人接到木箱后又以速度推向挡板,如此反复多次.试求人推多少次木箱后将不可能再接到木箱?幽l解析要使得人不再接到木箱,则最后一次推出木箱后冰车与人的速度至少为.很显然,木箱,冰车与人组成的系统动量发生了变化,这个变化是由挡板的冲量引起的.设木箱每次碰撞受到挡板的冲量为,,设向右为正方向,对箱子运用动量定理有:J=z一(my).对木箱,冰车与人组成的系统运用动量定理有nl=My+7/'IV一0.解得,z=8.25,取"=9,即人推9次木箱后将不可能在接到木箱.下面讨论动能定理是否适用于系统,这应该主要考虑内力的功是否改变系统的动能,即作用力与反作用力的总功是否为零.设A对B的力F.做功为FScos0,,B对A的力F:做功为F2s2cos02,虽然总有Fl=一F2,但A,B的位移S与S:及它们与力的夹角与:之间却没有任何直接关系.因此,可以初步判断作用力和反作用力的功没有直接关系,它们的总和不一定是零.以下的例子也可以说明这一点.例题2如图2所示,质量为M,长为L的木板放在光滑的水平面上,一个质量为的小物块叠放在木板的左端,它们之间的滑动摩擦系数为.最初它们都静止,某时刻开始用水平向右的恒力F作用在小物块上,试求当小物块恰好滑到木板的最右端时,M与m这个系统的总动能.2解析我们已经知道,动能定理对单个物体是适用的. 设,",M的位移分别为S.,s,我们可以对这两个单个物体分别运用动能定理:对物体:(F—ping)sl=去m,对物体M:ltmgs2=告My2:系统的总动能专研+告M=Fsl一~mg(s1一s2)=Fsl—f~mgL.这个总动能并不等于系统所受的外力所做的功R,摩擦力作为系统的内力所做的总功一样可以对系统的总动能产生了影响.可见,系统内力所做的功也有可能会改变系统的总动能.所以,动能定理对于系统并不适用,我们不能笼统地说: 合外力对系统所做的功等于系统动能的变化量.当遇到需要考虑系统的总动能变化的问题时,我们通常可以采用对单个物体运用动能定理或者直接运用能量守恒定律来求解.53?。
动能定理在机械系统中的应用动能定理是经典力学中一个重要的定律,它描述了一个物体的动能和物体所受外力之间的关系。
在机械系统中,动能定理具有广泛的应用,下面将详细介绍几个具体的例子。
1. 机械能守恒根据动能定理,一个物体的动能的变化等于该物体所受合外力的做功。
在没有外力做功的情况下,物体的动能将保持不变。
这就是机械能守恒定律。
在某些机械系统中,可以利用这一定律来进行问题求解。
例如,考虑一个光滑水平面上的滑块与一个弹簧相连的系统。
当滑块沿着水平面有初速度时,弹簧会受到压缩或拉伸的力。
根据动能定理,滑块的初始动能与最终的动能之差等于弹簧所做的功。
由于滑块与水平面之间没有摩擦力的存在,机械能守恒,因此可以通过这一定律来求解滑块与弹簧的运动轨迹以及相关参数的变化。
2. 动能转换动能定理还可以用于解释机械能的转换过程。
在一个机械系统中,当一个物体的动能发生变化时,这些动能可以转化为其他形式的能量。
考虑一个简单的弹簧振子系统,当弹簧受到外力拉伸后释放,它会周期性地振动。
在每个周期内,弹簧的势能会转化为动能,然后再转化回势能。
这种动能的转换可以通过动能定理进行分析和计算。
3. 碰撞过程动能定理在碰撞过程中也有广泛的应用。
在一个简单的弹性碰撞中,当两个物体发生碰撞时,它们之间的动能可能会发生变化。
根据动能定理,这个变化与碰撞中所受的力的性质和大小有关。
例如,在弹簧和小球的碰撞过程中,当小球撞击到弹簧时,它的动能会转化为弹簧的势能。
然后,在弹簧回弹的过程中,势能又会转化为小球的动能。
通过应用动能定理,可以推导出碰撞前后物体的速度和能量的变化规律。
4. 能量守恒与机械系统的平衡在机械系统中,能量守恒定律与动能定理紧密相关。
根据能量守恒定律,一个封闭系统中总的能量是不变的。
而根据动能定理,能量的变化是由物体所受合外力的做功决定的。
通过将两个定律结合起来,可以得出一个机械系统在平衡状态下的条件。
当系统达到平衡时,外力对物体所做的功为零,即动能定理中的动能变化为零。
复习:
动能定理内容:
表达式:
机械能守恒的条件:
机械能守恒的表达式:
例题1 已知条件如图所示,m A=3kg,m B=5kg,A与斜面间的动摩擦因数μ=0.1,B与地面间的距离h=2m,外力使A、B原来静止状态.斜面夹角为37度。
求:①B落到地面时的速度?
②B落地后,A在斜面上能继续向上滑行多远才能
例题2 如图所示,竖直平面内放一直角杆MON,杆的水平部分粗糙,动摩擦因数μ=0.2,杆的竖直部分光滑。
两部分各套有质量均为1 kg的小球A和B,A、B球间用细绳相连。
初始A、B均处于静止状态,已知:OA=3 m,OB=4 m,若A球在水平拉力的作
用下向右缓慢地移动1 m(取g=10 m/s2),那么该过程中拉力F做功为()
A.10 J B.12 J C.14 J D.18 J
例题3 如图所示,质量都为m=1kg的A、B两环用细线相连后分别套在光滑细杆OP和竖直光滑细杆OQ上,线长L=0.4 m,将线拉直后使A和B在同一高度上都由静止释放,当运动到使细线与水平面成30°角时,A和B的速度分别为vA和vB,g取10 m/s2.求
vA和vB的大小.
例题4.如图,滑块a、b的质量均为m,a套在固定直杆上,与光滑水平地面相距h,b
放在地面上,a、b通过铰链用刚性轻杆连接。
不计摩擦,a、b可视为质点,重力加速
度大小为g。
则
A.a落地前,轻杆对b一直做正功
B.a落地时速度大小为
C.a下落过程中,其加速度大小始终不大于g
D.a落地前,当a的机械能最小时,b对地面的压力大小为mg
自我总结(学到了什么):。
举例谈动能定理的应用动能定理是高中物理的主干知识,是历年高考的重点和热点。
将其与其他知识综合考查仍然是高考的主要考察方式,且考查题型多样,综合面广,灵活性强,能力要求高。
主要考查分析综合问题和解决实际问题的能力,常与牛顿运动定律、曲线运动、电磁学等其他知识综合,与生产、生活实际相结合考查学生的综合素养。
所以学好动能定理是非常重要的环节,为了更好的去理解和掌握动能定理的应用,可以从以下几个方面通过例子来进行相信更易掌握。
1、动能定理的优越性动能定理中涉及的物理量有F 、s 、m 、v 、w 、E K 等,在处理含有上述物理量的力学问题时,可以考虑使用动能定理,由于只需要从力在整个位移内的功和这段位移始末两状态动能变化去考察,无需注意其中运动状态变化的细节,又由于功和动能都是标量,无方向性,所以无论是对直线运动还是对曲线运动,计算都会特别方便。
当题目给的条件涉及力的位移效应,而不涉及加速度和时间,用动能定理求解一般比用牛顿第二定律和运动学公式求解简便。
用动能定理还能解决一些用牛顿第二定律和运动学公式难以求解的问题,如变力作用过程、曲线运动等问题。
例如:如图所示AB 与CD 为两个对称斜面,其上部足够长,下部分别与一个光滑的圆弧面的两端相切,圆弧圆心角为120°,半径R为2.0 m ,一个物体在距弧底E 高度为h =3.0 m 处,以初速度4.0 m/s 沿斜面运动.若物体与两斜面的动摩擦因数为0.02,则物体在两斜面上(不包括圆弧部分)一共能走多长路程?(g 取10 m/s 2)解析:斜面的倾角为θ=60°,由于物体在斜面上所受到的滑动摩擦力小于重力沿斜面的分力(μmgcos60°<mgsin60°),所以物体不能停留在斜面上.物体在斜面上滑动时,由于摩擦力做功,使物体的机械能逐渐减少,物体滑到斜面上的高度逐渐降低,直到物体再也滑不到斜面上为止,最终物体将在B 、C 间往复运动.设物体在斜面上运动的总路程为s ,则摩擦力所做的总功为-μmgscos60°,末状态选为B(或C),此时物体速度为零,对全过程由动能定理得这是一个曲线运动且具往复性的复杂题目,可以看出本题应用牛顿运动定律和运动学公式是难以求解的,因为若用牛顿定律求解,则需要过程的细节,将导致求解的复杂化。
系统动能定理
1 系统动能定理
系统动能定理是热力学的基本定理之一,由美国物理学家约翰·斯科特·马本博士于1940年提出。
它是一个关于常量温度、外加恒势作用下的热物理学系统的定理,它定义了系统动能并给出了机械动能,热能和势能之间的关系。
2 系统动能
系统动能是指热力学系统中的一种动能,它可以由恒定温度的非冷凝状态下的外加势工作获得,它是定义在热力学体系中的动能,而不是机械动能和势能。
3 系统动能定理
系统动能定理指出,在恒定温度和外加势的作用下,系统的动能是系统机械能的净增量加上系统的热能和势能之和。
即:系统动能= 增量机械能 + 热量 + 势量
根据它,尽管机械能可能以负值得到释放,但系统动能以正值加大;即使热能和势能以负值释放,系统动能也一定是正值。
4 实际应用
系统动能定理可用于解析物理系统中的动态行为,其应用范围很广,可以被用于热力学分析和机械分析。
它有助于我们更好地理解物
理系统的动态特性,计算机系统也可以根据它来计算出系统动能。
系
统动能定理也可以用来分析和模拟电器系统,以及物体的加速和减速。
总之,系统动能定理是热力学研究中的一个基础性理论,在日常热力
学计算、分析和实验中,它都起到了重要作用。
动能定理的原理和应用一、动能定理的原理动能定理是物理学中的一个重要定理,它描述了物体的动能与作用在物体上的净力之间的关系。
动能定理可以用来分析物体在运动过程中的能量转化和能量变化情况。
动能定理的核心原理是:物体的动能的变化率等于作用在物体上的净力乘以物体在该力下移动的距离。
动能定理的数学表示如下:W = ΔK其中,W表示净力所做的功,ΔK表示物体动能的变化。
二、动能定理的应用动能定理在物理学中有着广泛的应用,下面将介绍一些常见的应用场景。
1. 车辆碰撞分析动能定理可以用来分析车辆碰撞的力量和能量变化情况。
通过对碰撞之前和之后车辆的动能变化进行计算,可以推断碰撞的严重程度和造成的损伤情况。
这对于交通事故的调查和事故重建非常重要。
2. 物体自由下落当一个物体从高处自由下落时,可以利用动能定理计算物体的速度和落地时的动能。
这在物理实验和工程设计中经常用到。
3. 弹性碰撞动能定理也可以应用于弹性碰撞的分析。
在弹性碰撞中,物体的动能会发生变化,而动能定理可以帮助我们计算碰撞前后物体的速度和动能变化情况。
4. 机械能守恒动能定理与机械能守恒定律密切相关。
机械能守恒定律指出,在没有外力做功的情况下,物体的机械能(动能和势能之和)保持不变。
动能定理可以帮助我们理解物体机械能的变化和转化情况,从而应用于机械系统的分析和优化设计。
三、总结动能定理是物理学中的一个重要定理,它描述了物体的动能与作用在物体上的净力之间的关系。
动能定理可以用于分析物体在不同情况下的能量变化和转化。
它的应用场景广泛,包括车辆碰撞分析、物体自由下落、弹性碰撞和机械能守恒等方面。
掌握了动能定理的原理和应用,有助于我们深入理解物理学中的能量概念,并能在实际问题中进行定量分析。
谈谈系统下的动能定理一、单体的动能定理如图所示,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的作用下发生一段位移s,速度增大到v2,则:根据有关物理知识可以推到得:结论:合外力做的功等于动能的变化。
二、系统动能定理的提出对于某一个孤立的物体,外力对它所做的总功与合力所做的功是同一个意思,做功过程就是物体与外界进行能量交换、转移的过程,外界对物体做了多少总功,物体的动能就改变多少.那么对于一个由几个存在相互作用的物体组成的系统,能否也可以用单体的动能定理解决呢?下面我们做一论证:我们以如下图所示的两个物体构成的简单系统为例进行研究。
对A 应用动能定理有:12kA kA A E E W -=合我们将A 所受的所有力分为两组,其中一组为B 对A 的系统内力,另一组为系统外物体对A 的外力,因此有:12kA kA BA A E E W W -=+外同理,对于B 物体有:12kB kB AB B E E W W -=+外两式相加有:1212kB kB kA kA AB B BA A E E E E W W W W -+-=+++外外整理可得:()()()()1122kB kA kB kA BA AB B A E E E E W W W W+-+=+++外外由上式可以看出,外力可以对系统做功,内力也可以对系统做外功,即系统动能的变化等于系统的内力与外力做功之和,可见对于系统不能用单体下的动能定理,但是她遵循着系统的规律,即系统的动能定理,下来我们通过一道具体的题目进一步论证:如图1,光滑水平面上有A 、B 两物体,质量分别为m 1、m 2,设A 、B 之间存在大小恒定的引力f .开始两物体之间距离为L 1,初速度均为零,现有一水平拉力F 作用在B 物体上,作用一段位移S 时,A 、B 两物体间距离变为L 2,A 、B 两物体的速度为v 1、v 2,则对A 、B 两物体分别应用动能定理得:对于A 物体: 212111()02f s L L m v +-=-对于B 物体:22102Fs fs mv -=- 将这两个方程相加得:2212112211()22Fs f L L m v m v +-=+其中,1W Fs =表示外力对于系统所做的功,212()W f L L =-表示系统内力对于系统所做的功.因此,系统的动能定理可以表示为:KW W E +=∆外内当系统的内力f 大小恒定时,cos W f s θ=⋅∆⋅内.其中θ取决于内力f 方向与相对位移△S 的方向:两者方向相同时,0θ=,相当于12L L 〉,内力方向与相对位移方向相同时,系统内力做正功,可以理解为系统有势能转化为系统的动能;两者方向相反时,θπ=,相当于12L L 〈,系统内力方向与相对位移方向相反,系统内力做负功,可以理解为系统有动能转化为系统的势能;当0s ∆=,即系统内物体间无相对位移时,系统内力不做功,系统的势能不变化.在其它情景中W 内不一定代表系统势能与动能转化的量度. 三、系统的动能定理的应用例1:如图2,一质量为M 的长不板,静止在光滑的水平面上,一质量为m 的小滑块(可视为质点)以水平速度0v 从长木板的一端开始在木板上滑行,直到离开木板.滑块离开木板时的速度为03v .若把此木板固定在水平桌面上,其它条件相同时,求滑块离开木板时的速度.图2分析与解:设第一次滑块离开时木板速度为v ,由系统的动量守恒,有:03v mv mMv =+设滑块与木板间摩擦力为f ,木板长为L ,则对于滑块与木板组成的系统,只有两者间的内力即摩擦力做功,对系统应用动能定理,得:22200111()2322v fL m Mv mv -=+-当木板固定时,滑块离开木板时速度为v /,对滑块应用动能定理,得:/2201122fL mv mv -=-由以上三个方程解得,木板固定滑块离开木板时的速度为:/v =此处系统的内力做功使系统的部分动能转化为系统的内能.木板固定与不固定两种情况,内力与相对位移都相同,内力所做的功也就相同,即系统产生的热能相同.例2:一列总质量为M 的列车,沿平直铁路匀速行驶.某时刻,其质量为m 的末节车厢脱钩,司机发觉时,车的前部自脱钩处又行驶了距离L ,司机立即关闭发动机.设车所受阻力与车重成正比,机车的牵引力恒定.求列车的两部分最后都停下来时,其间的距离是多少?分析与解:设开始列车的速度为v ,发动机牵引力大小为F ,阻力是车重的K 倍.从脱钩到两车都静止下来时,车厢的位移为S 1,车的前部的位移为S 2,则对整个系统从脱钩到都停下来的整个过程应用动能定理:2121()02FL Kmgs K M m gs Mv ---=-对车厢应用动能定理:21102Kmgs mv -=-而F KMg =由以上方程解得最后车的两部分间的距离△S 为:21ML s s s M m ∆=-=-与上面的两条例题类似,在涉及物体间的相对位移的问题时,利用系统的动能定理来求解要方便的多.更重要的是,在学习过程中不能仅拘泥于教材,灵活运用合理的方法将有助于活化对概念规律的认识.。
系统应用动能定理条件一、动能定理内容动能定理的表达式为:W = Δ E_{k},其中W是合外力对物体做的功,ΔE_{k}=E_{k2}-E_{k1},E_{k1}=(1)/(2)mv_{1}^2是物体的初动能,E_{k2}=(1)/(2)mv_{2}^2是物体的末动能。
二、应用动能定理的条件1. 明确研究对象- 一般是单个物体,也可以是多个物体组成的系统(系统内各物体间的内力做功之和为零的情况)。
在人教版教材中,通常先从单个物体的分析入手,例如在研究滑块在斜面上滑动的问题时,滑块就是研究对象。
2. 明确过程- 要确定研究对象所经历的物理过程。
这个过程的始、末状态的动能要能够确定。
例如一个小球从高处自由下落到地面的过程,初状态是小球在高处静止(初速度为0,初动能为0),末状态是小球刚接触地面时(具有一定的速度,可根据运动学公式求出末动能)。
3. 分析力做功- 准确分析在选定的过程中,有哪些力对研究对象做功。
这些力可以是重力、弹力、摩擦力等。
- 重力做功只与初末位置的高度差有关,W_G = mgΔ h。
例如物体下落高度h 时,重力做正功mgh;物体上升高度h时,重力做负功 - mgh。
- 弹力做功,如果是弹簧弹力,根据胡克定律F = kx,其做功可以通过积分或者功能关系来计算。
对于轻质弹簧,弹力做的功等于弹性势能的变化量的相反数。
- 摩擦力做功,如果是滑动摩擦力,W_f=-F_fx(x为物体相对滑动的路程,滑动摩擦力方向与物体相对运动方向相反,所以做负功;如果摩擦力是动力,如人走路时地面给人的静摩擦力,则做正功)。
- 计算总功时,要注意功是标量,总功等于各个力做功的代数和,即W =W_1+W_2+W_3+·s。
4. 适用的参考系- 动能定理中的速度一般是相对于地面的速度。
在人教版教材中,大部分情况都是以地面为参考系进行计算的。
如果选取非惯性系,需要考虑惯性力做功的问题,但这超出了高中阶段的常规要求。
动能定理在物体系中的应用
动能定理是物理学家们了解物体系能量之间关系的重要研究工具。
动能定理(Kinetic Energy Theorem)表明了系统能量的总量是不变的,这个定理有助于物理学家了解动能、势能和动量的关系。
它的用途包括:
(1)了解物体所受的冲击后发生的改变。
物体受到冲击时,会因为其形状、密度和初始动能的修改而产生新的
态势,而动能定理可以帮助总结出这一过程。
物体受到冲击时可以经
历动能的转换,这种转换由动能定理形式表达,即
`E_f = E_i + Delta E`
其中ΔE是由冲击而引起的能量变化。
(2)理解碰撞可能性
动能定理可以帮助我们理解两个物体之间的碰撞,它表明碰撞发生前
两物体总动能为Ei,碰撞发生后总动能为Ef。
因此,碰撞是可能的,
如果Ef>Ei,那么两个物体在碰撞时会发生吸收能量的情况,如果
Ef<Ei,那么两个物体在碰撞时会放出能量。
(3)描述力学系统运动
动能定理描述了动量和动能之间的相对对称性,即动量动能之间的关系是统一的。
根据动能定理,不同物体处于不同势态下的运动状态要满足
`1) p=constant`
`2) E=constant`
该定理可用于描述某物体在不同情况下的运动轨迹,并且可用于分析复杂的力学系统,即作用力的条件下物体系的运动轨迹。
动能定理的推导与应用动能定理是描述物体运动的一个基本定律,它有着广泛的应用。
本文将对动能定理的推导过程进行解析,并探讨一些实际应用。
一、动能定理的推导动能定理是基于牛顿第二定律和功的概念推导而来的。
首先,牛顿第二定律描述了物体所受合外力与其加速度之间的关系,可以表示为:F = ma其中,F为合外力,m为物体的质量,a为物体的加速度。
其次,功可以定义为力对物体做功的过程中能量的转移,数学表达式为:W = ∫F·ds其中,W为功,F为力,ds为力的方向上的位移。
然后,根据牛顿第二定律和功的概念,我们可以将上述两个式子相结合:W = ∫F·ds = ∫ma·ds由牛顿第二定律可以将ma替换为F,得到:W = ∫F·ds = ∫F·ds = ∫d(mv)其中,v为物体的速度。
根据牛顿第一定律,力F可以表示为F = dp/dt,其中p为物体的动量,t为时间。
将F代入上式得到:W = ∫F·ds = ∫(dp/dt)·ds根据微积分中的链式法则,将上式进行变换:W = ∫(dp/dt)·ds = ∫dp/dt·ds = ∫dp根据积分的定义,将上式进行积分得到:W = Δp其中,Δp为物体动量的变化量。
而动量的变化量可以表示为:Δp = mv2 - mv1最终,我们可以将动量的变化量代入动能定理的表达式中:W = Δp = mv2 - mv1 = ΔK其中,K为物体的动能。
由此可见,动能定理表示了合外力对物体所做的功等于物体动能的变化量。
二、动能定理的应用动能定理在物理学中有着广泛的应用,下面将介绍其中几个重要的应用领域。
1. 机械能守恒定律:根据动能定理可以得出机械能守恒定律,即在没有外力做功的情况下,系统的机械能保持不变。
这个定律在机械系统的分析中经常被使用,可以帮助我们理解物体在运动过程中的能量转化与守恒。
2. 碰撞问题:动能定理可以用于求解碰撞问题。
高中物理系统动能定理的实用性研究:高中物理系统动能定理的实用性研究高中物理课本中动能定理的内容是:外力对物体做的功等于物体动能的增量。
因为动能定理不仅适用于直线运动也适用于曲线运动,适用于恒力做功也适用于变力做功,所以用动能定理可以解决牛顿第二定律解决不了的问题,所以动能定理作为一种解决动力学问题的方法,很方便也很实用。
但是动能定理的研究对象一般是单个物体,在研究能量的转化与守恒时对于连接体的问题,必须先用“隔离法”,把物体从系统中隔离出来,再应用动能定理联立方程组求解,就显得比较繁琐。
如果用系统动能定理解决连接体问题就可以使过程大大的简化。
要得到系统动能定理,还必须从基本的动能定理入手进行推导:案例1:如图所示A、B两个物体质量分别为m1、m2,用一根质量不计不可伸长的细绳连接置于光滑的水平面上处于静止状态,现用水平恒力F作用在B上使B向右运动一段位移S,求:A、B的末速度?此过程中细绳对A、B所做的功?解析:由于连着,两物体相同加速度,相同速度,要求A、B的末速度应该以整体为研究对象:由动能定理可得:解方程得:要求细绳对物体做的功,应用隔离法分别分析A、B,以A为研究对象,由动能定理可得:绳对A做的功;代写论文以B为研究对象,由动能定理得:解方程得细绳对B做的功因为细绳对A、 B一个做正功,一个做负,大小相等,所以对AB整体来说,细绳并没有做功,即内力做功为零。
案例2:质量为M的木板A置于光滑的水平面上,质量为m的物块B置于A的左端,现对B施加一个水平恒力F,在F作用下A、B保持相对静止,在水平面上运动了一段位移S,求在此过程中A、B间的摩擦力分别对A、B做的功;A、B的末速度解析:A、B相对静止,以A、B整体为研究对象,由动能定理得:解方程得A、B的末速度在分析A、B之间力的做功情况时要用隔离法,以A为研究对象,由动能定理得静摩擦力对A做的功以B为研究对象由动能定理得:解方程得静摩擦力对B做的功可见,一对相互作用的静摩擦力的总功为零,对系统来说内力也没有做功。
动能定理在机械系统中的应用在我们的日常生活和工业生产中,机械系统无处不在。
从简单的自行车到复杂的汽车发动机,从起重机到飞机的引擎,机械系统的运行都遵循着一定的物理规律。
其中,动能定理是一个极其重要的概念,它在理解和分析机械系统的运动和能量转换方面发挥着关键作用。
首先,让我们来明确一下动能定理的定义。
动能定理指出,合外力对物体所做的功等于物体动能的变化量。
用数学表达式可以写成:$W =\Delta E_k$,其中$W$表示合外力所做的功,$\DeltaE_k$表示动能的变化量。
在机械系统中,动能定理的应用十分广泛。
以一个在水平面上被绳子拉动的物体为例,假设绳子对物体施加的水平拉力为$F$,物体在拉力作用下移动的距离为$s$,同时物体所受到的摩擦力为$f$。
那么合外力所做的功$W$就等于拉力做的功减去摩擦力做的功,即$W = Fs fs$。
而物体的初始动能为$E_{k1} =\frac{1}{2}mv_1^2$,末动能为$E_{k2} =\frac{1}{2}mv_2^2$,其中$m$是物体的质量,$v_1$和$v_2$分别是物体的初速度和末速度。
根据动能定理,我们可以得到:$Fs fs =\frac{1}{2}mv_2^2 \frac{1}{2}mv_1^2$。
再来看一个机械系统中常见的例子——起重机吊起重物。
起重机的钢索对重物施加向上的拉力,重物在竖直方向上移动。
在这个过程中,拉力做正功,重力做负功。
假设拉力为$T$,重物上升的高度为$h$,重物的质量为$m$,重力加速度为$g$,重物的初速度为$v_1$,末速度为$v_2$。
那么合外力所做的功$W = Th mgh$,根据动能定理:$Th mgh =\frac{1}{2}mv_2^2 \frac{1}{2}mv_1^2$。
动能定理在机械系统的设计和优化中也具有重要意义。
比如在汽车发动机的设计中,工程师们需要考虑燃料燃烧产生的能量如何有效地转化为汽车的动能。
如何正确应用动能定理一、动能定理动能定理是力学中重要定理之一,其内容是:合外力对物体所做的功,等于物体动能的变化。
其数学表达式是: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,是反映其它形式的能通过做功而和动能转化之间的关系,只不过在这里其它形式的能并不出现,而是以各种性质的力所做的机械功(等式左边)的形式表现出来而已.要深刻理解动能定理的以下特点及其内涵:(1)综合性:一个物体(或连接体)动能的变化是所有外力对它做功的结果.因此表达式中的W表示作用在研究对象上所有的力(包括重力、弹力、摩擦力和其它力)所做的总功;式中的△E k=E k2-E k1是研究对象的动能变化.(2)标量性:动能定理表达式的两端,每一项都是标量,即动能定理表达式是标量方程,应用它计算具体问题时,不存在选定正方向.(3)区间性:物体的动能发生变化,是合外力对物体在空间上的积累效应,是对某一过程而言的,无瞬时性,因此动能定理表达式是一个与一定的空间位移相对应的运动过程方程.反映了在所研究的运动过程区间合外力所做的功(或各个力所做的功的总和)与物体的动能变化之间的因果关系和量度关系,体现了做功过程的本质特征.(4)动能定理不仅对恒力做功和变力做功均适用,而且对直线运动和曲线运动也同样适用.凡涉及到位移、速度等与参考系有关的量,未加特别说明时,均以地面为参照物.同时,动能定理不仅对单个物体适用,对由多个物体组成的系统同样成立,不过,在使用动能定理解决系统的有关问题时,总功中既包括外力的功也包括内力的功.二、应用动能定理解题的基本思路(1)选取研究对象,明确它的运动过程;(2)分析研究对象的受力情况和各力做功的情况;(3)确定研究过程的初末状态并找出初末态的动能E K1和E K2;(4)列动能定理方程及其他必要的解题方程,进行求解.三、难题巧解点拨一个物体的动能变化△E k与合外力对物体所做的功W具有等量代换关系.若△E k>0,表示物体的动能增加,其增加量等于合外力对物体所做的正功;若△E k<0,表示物体的动能减少,其减少量等于合外力对物体所做的负功的绝对值;若△E k=0,表示合外力对物体所做的功等于零.反之亦然.这种等效代换关系提供了一种计算变力所做功的简便方法.动能定理中涉及的物理量有F、s、m、υ、W、E k等,在处理含有上述物理量的力学问题时,可以考虑使用动能定理.由于只需从力在整个位移内的功和这段位移始末两状态动能变化去考察,无需注意其中运动状态变化的细节,又由于功和动能都是标量,无方向性,无论是对直线运动或曲线运动,计算都会特别方便.当题给条件涉及力的位移效应,而不涉及加速度和时间时,用动能定理求解一般比用牛顿第二定律和运动学公式求解简便.用动能定理还能解决一些用牛顿第二定律和运动学公式难以求解的问题,如变力作用过程,曲线运动等问题.例题1:如以竖直初速度抛出一个质量为m的小球,当小球返回出发点时的速度大小为,求小球在运动过程中受的平均阻力f和小球能上升的最大高度。
“动能定理”含义的理解及其生活的应用【摘要】动能定理是物理学中一个重要的概念,它描述了物体的动能与所受外力之间的关系。
在本文中,我们首先介绍了动能定理的重要性和提出背景。
然后详细解释了动能定理的基本概念和数学表达。
接着,我们讨论了动能定理在物理实验、工程领域以及日常生活中的应用,包括运动物体的速度计算、机械工程设计和交通安全等方面。
我们总结了动能定理的实用性和普遍性,强调了它对于理解物体运动行为的重要性。
动能定理的应用不仅仅局限于物理学领域,而且在生活的各个领域都有着广泛的应用价值。
【关键词】动能定理,重要性,提出,基本概念,数学表达,物理实验,工程领域,日常生活,实用性,普遍性1. 引言1.1 动能定理的重要性动能定理是物理学中非常重要的概念之一,它描述了物体的动能与其所受的外力之间的关系。
动能定理的重要性体现在以下几个方面:1. 动能定理是帮助我们理解物体运动的基础。
通过动能定理,我们可以推断物体在不同情况下的运动状态,如速度、加速度等,从而更好地掌握物体的运动规律。
2. 动能定理可以帮助我们计算物体受到的外力大小。
通过动能定理,我们可以根据物体的质量和速度计算出作用在物体上的外力大小,这对于物理实验和工程设计都有着重要的应用价值。
动能定理的重要性在于它为我们提供了一个理解物体运动规律和计算外力大小的重要工具,有助于我们更好地研究和应用物理学知识。
1.2 动能定理的提出动能定理最初由意大利物理学家贾利略提出。
在其研究运动学的过程中,他发现了物体的动能与其速度和质量之间的关系,从而提出了动能定理。
贾利略在其著作《运动论》中首次提出了动能定理的概念。
他认为,物体的动能是其速度的平方与质量的乘积的一半,即动能=1/2mv^2。
这一定理表明,物体的动能取决于其质量和速度,速度越大、质量越大的物体动能越高。
贾利略的动能定理为后来的研究奠定了基础,成为了物理学中不可或缺的重要概念之一。
通过动能定理,人们可以更好地理解物体运动过程中的能量转化和动力学规律,为物理学的发展提供了重要的理论支持。
谈对系统应用动能定理
一、关于动能定理的理解
功和能是两个基本物理量.功和能的关系可概括为:功是能量转化的量度.这句话包括三层含义:一是各种形式的能量之间可以相互转化,各物体的能量可以相互转移;二是能量的转化或转移可以通过做功来完成;三是在某一过程中,做了多少功,就有多少能量发生转化或转移.当在某一过程中只考虑动能这一种形式的能量,功和能的关系就表现为:功是动能转化的量度.这就是动能定理的本质含义.
对于某一个孤立的物体,外力对它所做的总功与合力所做的功是同一个意思,做功过程就是物体与外界进行能量交换、转移的过程,外界对物体做了多少总功,物体的动能就改变多少.对于一个由几个存在相互作用的物体组成的系统,外力可以对系统做功,内力也可以对系统做功,内力做功就表示系统的动能可以和系统内部某种形式的能量进行转化.即系统动能的变化是由系统的内力与外力做功之和来决定的.可见,对于系统也可以运用动能定理。
二、系统的动能定理及应用
1.系统的动能定理
如图1,光滑水平面上有A 、B 两物体,质量分别为m 1、m 2,设A 、B 之间存在大小恒定的引力f .开始两物体之间距离为L 1,初速度均为零,现有一水平拉力F 作用在B 物体上,作用一段位移S 时,A 、B 两物体间距离变为L 2,
A 、B
对于A 物体: 212111()02
f s L L m v +-=- 对于B 物体:22102
Fs fs mv -=- 将这两个方程相加得:2212112211()22
Fs f L L m v m v +-=+
其中, 1W Fs =表示外力对于系统所做的功,212()W f L L =-表示系统内力对于系统所做的功.因此,系统的动能定理可以表示为:
K W W E +=∆外内
当系统的内力f 大小恒定时,cos W f s θ=⋅∆⋅内.其中θ取决于内力f 方向
与相对位移△S 的方向:两者方向相同时,0θ=,相当于12L L 〉,内力方向与相对位移方向相同时,系统内力做正功,可以理解为系统有势能转化为系统的动能;两者方向相反时,θπ=,相当于12L L 〈,系统内力方向与相对位移方向相反,系统内力做负功,可以理解为系统有动能转化为系统的势能;当0s ∆=,即系统内物体间无相对位移时,系统内力不做功,系统的势能不变化.在其它情景中W 内不一定代表系统势能与动能转化的量度.
2.系统的动能定理的应用
例1:如图2,一质量为M 的长不板,静止在光滑的水平面上,一质量为m 的小滑块(可视为质点)以水平速度0v 从长木板的一端开始在木板上滑行,直到离开木板.滑块离开木板时的速度为
03
v .若把此木板固定在水平桌面上,其它条件相同时,求滑块离开木板时的速度.
分析与解:设第一次滑块离开时木板速度为v ,由系统的动量守恒,有:
003
v mv m Mv =+ 设滑块与木板间摩擦力为f ,木板长为L ,则对于滑块与木板组成的系统,只有两者间的内力即摩擦力做功,对系统应用动能定理,得:
22200111()2322
v fL m Mv mv -=+- 当木板固定时,滑块离开木板时速度为v /,对滑块应用动能定理,得:
/2201122fL mv mv -=-
图2
由以上三个方程解得,木板固定滑块离开木板时的速度为:
/v =此处系统的内力做功使系统的部分动能转化为系统的内能.木板固定与不固定两种情况,内力与相对位移都相同,内力所做的功也就相同,即系统产生的热能相同.
例2:一列总质量为M 的列车,沿平直铁路匀速行驶.某时刻,其质量为m 的末节车厢脱钩,司机发觉时,车的前部自脱钩处又行驶了距离L ,司机立即关闭发动机.设车所受阻力与车重成正比,机车的牵引力恒定.求列车的两部分最后都停下来时,其间的距离是多少?
分析与解:设开始列车的速度为v ,发动机牵引力大小为F ,阻力是车重的K 倍.从脱钩到两车都静止下来时,车厢的位移为S 1,车的前部的位移为S 2,则对整个系统从脱钩到都停下来的整个过程应用动能定理:
2121()02
FL Kmgs K M m gs Mv ---=- 对车厢应用动能定理:
21102
Kmgs mv -=- 而F KMg =
由以上方程解得最后车的两部分间的距离△S 为:
21ML s s s M m
∆=-=- 与上面的两条例题类似,在涉及物体间的相对位移的问题时,利用系统的动能定理来求解要方便的多.更重要的是,在学习过程中不能仅拘泥于教材,灵活运用合理的方法将有助于活化对概念规律的认识.。