动能定理应用

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动能定理应用
教学目标
1.复习掌握动能定理的内容
2.灵活运用动能定理处理多过程问题
3.利用动能定律求变力做功
重点难点
1.物理过程的分析
2.物体受力情况分析及各力做功情况分析
教学方法
练习、讨论、讲授
教具
多媒体设备
教学过程
1.复习铺垫
乒乓球在与地面反复碰撞的过程中,所通过的总路程如何计算最方便呢?这个问题虽然用牛顿定律结合运动学公式可以解决,但过程较复杂。

我们在踢足球时,如何求解踢球过程中,我们的脚对足球所做的功呢?人的脚在与足球接触中这个力是变化的,我们无法直接用公式W=Fscosα来计算对足球所做的功。

如果能知道力对足球所做的功跟足球动能变化的关系,就能很方便地解决这个问题了。

那么,外力对物体做的功跟物体动能的变化有什么关系呢?动能定理就给出了它们之间定量的关系。

提问1 动能定理的基本内容是什么?
(学生:外力对物体所做的总功等于物体动能的变化)
提问2 动能定理的表达式是怎样的?是标量式还是矢量式?
(学生回答:W=E K2-E K1是标量式)
提问3 如何理解动能定理?动能定理的解题步骤是怎样的?
(要求学生把上一节课的内容复习一遍)
动能定理可以由牛顿定律推导出来,原则上讲用动能定律能解决物理问题都可以利用牛顿定律解决,但在处理动力学问题中,若用牛顿第二定律和运动学公式来解,则要分阶段考虑,且必须分别求每个阶段中的加速度和末速度,计算较繁琐。

但是,我们用动能定理来求解就比较简捷。

本节课就研究动能定理在解决某些动力学问题时的优越性。

2.进行新课
⑴应用动能定理求变力的功。

例1 如图1所示,AB为1/4圆弧轨道,半径为R=0.8m,BC是水平轨道,长s=3m,BC处的摩擦系数为μ=1/15,今有质量m=1kg的物体,自A点从静止起下滑到C点刚好停止。

求物体在轨道AB段所受的阻力对物体做的功。

(先让学生自己做一做,然后老师再给予点拔)
解析:物体在从A滑到C的过程中,有重力、AB段的阻力、BC段的摩擦力共三个力做功,W G=mgR,f BC=μmg,由于物体在AB段受的阻力是变力,做的功不能直接求。

根据动能定理可知:W外=0
mgR-μmgs-W AB=0
即W AB=mgR-μmgs=6J
归纳小结:如果我们所研究的问题中有多个力做功,其中只有一个力是变力,其余的都是恒力,而且这些恒力所做的功比较容易计算,研究对象本身的动能增量也比较容易计算时,用动能定理就可以求出这个变力所做的功。

⑵应用动能定理处理多过程问题。

例2 如图2所示,斜面足够长,其倾角为α,质量为m的滑块,
距挡板P为s0,以初速度v0,沿斜面上滑,滑块与斜面间的动摩擦因数
为μ,滑块所受摩擦力小于滑块沿斜面方向的重力分力,若滑块每次与
挡板相碰均无机械能损失,求滑块在斜面上经过的总路程为多少?
解析:滑块在滑动过程中,要克服摩擦力做功,其机械能不断减少;
又因为滑块所受摩擦力小于滑块沿斜面方向的重力分力,所以最终会停
在斜面底端。

在整个过程中,受重力、摩擦力和斜面支持力作用,其中支持力不做功。

设其经过的总路程为L,对全过程,由动能定理列方程mgs0sinα-µmgLcosα=0-(1/2)mv02,解出结果即可。

思考:1.若物体初速度方向沿斜面向下,此题应如何解答?
2.若物体初速度方向向上,滑块所受摩擦力大于滑块沿斜面方向的重力分力,物体运动情况如何变化?
3.若未给定初速度方向,但给定滑块所受摩擦力大于滑块沿斜面方向的重力分力,本题应如何去分析?
强调:答题一定要仔细审题,题中条件变了,物理情景会发生本质变化,对此审题一定要慎重!
巩固练习:从离地面H高处落下一只小球,小球在运动过程中所受的空气阻力是它重力的k(k<1)倍,而小球与地面相碰后,能以相同大小的速率反弹,求:
⑴小球第一次与地面碰撞后,能够反弹起的最大高度是多少?
⑵小球从释放开始,直至停止弹跳为止,所通过的总路程是多少?
思路点拨:先根据题意作出过程示意图,分析受力及运动情况,然后根据动能定理列方程即可。

略解:⑴设小球第一次与地面碰撞后,能够反弹起的最大高度是h,则由动能定理得:
mg(H-h)-kmg(H+h)=0
⑵设球从释放开始,直至停止弹跳为止,所通过的总路程是s,对全过程由动能定理得mgH-kmgL=0
归纳小结:物体在某个运动过程中包含有几个运动性质不同的小过程(如加速、减速的过程),此时可以分段考虑,也可以对全过程考虑,但如能对整个过程利用动能定理列式则使问题简化。

3.课堂小结
⑴应用动能定理求变力的功:如果我们所研究的问题中有多个力做功,其中只有一个力是变力,其余的都是恒力,而且这些恒力所做的功比较容易计算,研究对象本身的动能增量也比较容易计算时,用动能定理就可以求出这个变力所做的功。

⑵应用动能定理简解多过程问题:物体在某个运动过程中包含有几个运动性质不同的小过程(如加速、减速的过程),此时可以分段考虑,也可以对全过程考虑,但如能对整个过程利用动能定理列式则使问题简化。