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高中物理粤教版 (2019)必修 第二册第三节 动能 动能定理教课内容课件ppt
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这是一份高中物理粤教版 (2019)必修 第二册第三节 动能 动能定理教课内容课件ppt，共46页。PPT课件主要包含了答案35m，答案减小，答案25m等内容，欢迎下载使用。
必备知识·自主预习储备
知识点一 动能1．定义物体由于______而具有的能量叫作动能，用符号____表示。2．表达式Ek＝_________。
3．单位与功的单位相同，国际单位为______，符号是___。4．动能是______(选填“矢量”或“标量”)，只有大小没有方向。提醒 由于速度和所选参考系有关，所以动能也与参考系有关。一般选地面为参考系。
体验1：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)速度大的物体动能也大。( )(2)某物体的速度加倍，它的动能也加倍。( )(3)物体的速度变化，其动能一定变化。( )
知识点二 动能定理 动能定理的应用1．推导：如图所示，质量为m的物体在光滑的水平面上运动，在与运动方向相同的恒力F的作用下发生了一段位移l，速度由v1增加到v2，此过程力F做的功为W。
2．内容：合力对物体做的功等于物体______________。3．表达式：W＝__________。如果物体受到几个力的共同作用，W即为____________，它等于____________________。4．适用范围：动能定理是物体在恒力作用下，并且做直线运动的情况下得到的，当物体受到______作用，或者做______运动时，可以采用把整个过程分成许多小段，认为物体在每小段运动中受到力的是恒力，运动的轨迹是直线，把这些小段中力做的功相加，也能得到动能定理。提醒 动能定理中力对物体做的功是指物体所受的一切外力(合外力)对它做的功。
体验2：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)合外力做功不等于零，物体的动能一定变化。( )(2)物体的速度发生变化，合外力做功一定不等于零。( )
体验3：填空一质量为m的滑块，以速度v在光滑水平面上向左滑行，从某一时刻起，在滑块上作用一向右的水平力，经过一段时间后，滑块的速度变为－2v(方向与原来相反)，在这段时间内，水平力所做的功为_________。
关键能力·情境探究达成
考点1 动能及动能变化的理解
考点2 动能定理的理解
考点3 动能定理的应用
如图所示，一辆汽车正在上坡路上加速行驶。(1)汽车上坡过程受哪些力作用？各个力做什么功？(2)汽车的动能怎样变化？其动能的变化与各个力做功有什么关系？提示：(1)汽车受重力、支持力、牵引力及路面的阻力作用，上坡过程中牵引力做正功，重力、阻力做负功，支持力不做功。(2)由于汽车加速上坡，其动能增大，汽车动能的变化等于重力、牵引力及路面的阻力三个力做功的代数和。
考点1 动能及动能变化的理解1．对动能概念的理解(1)动能是状态量，动能公式中的速度v是瞬时速度。(2)动能是标量，且动能恒为正值。(3)动能也具有相对性，同一物体，对不同的参考系物体的速度有不同值，因而动能也有不同值。计算动能时一般都是以地面为参考系。
【典例1】 关于物体的动能，下列说法正确的是( )A．物体速度变化，其动能一定变化B．物体所受的合外力不为零，其动能一定变化C．物体的动能变化，其运动状态一定发生改变D．物体的速度变化越大，其动能变化一定也越大
C [选项A中若物体速度的方向变化而大小不变，则其动能不变化，故选项A错误；选项B中物体所受合外力不为零，只要速度大小不变，其动能就不变化，如匀速圆周运动中，物体所受合外力不为零，但速度大小始终不变，动能不变，故选项B错误；选项C中，物体动能变化，其速度一定发生变化，故运动状态改变，故选项C正确；选项D中，物体速度变化若仅由方向变化引起，其动能可能不变，如匀速圆周运动中，速度变化，但动能始终不变，故选项D错误。]
规律方法 动能与物体速度大小有关，与物体速度方向无关，而物体速度变化既可能是大小变化，也可能是方向变化。动能与物体的受力情况无关，仅由质量与速度大小决定。
[跟进训练]1．(多选)一质量为0.1 kg的小球，以5 m/s的速度在光滑水平面上匀速运动，与竖直墙壁碰撞后以原速率反弹，若以弹回的速度方向为正方向，小球碰墙过程中速度的变化为Δv、动能的变化为ΔEk。则下列说法正确的是( )A．Δv＝10 m/s B．Δv＝0C．ΔEk＝1 JD．ΔEk＝0
AD [速度是矢量，故Δv＝v2－v1＝5 m/s－(－5 m/s)＝10 m/s；而动能是标量，初末状态的速度大小相等，故动能相等，因此ΔEk＝0，选项A、D正确。]
考点2 动能定理的理解1．在一个过程中合外力对物体做的功或者外力对物体做的总功等于物体在这个过程中动能的变化。
2．W与ΔEk的关系：合外力做功是物体动能变化的原因。①合外力对物体做正功，即W>0，ΔEk>0，表明物体的动能增大；②合外力对物体做负功，即W<0，ΔEk<0，表明物体的动能减小；如果合外力对物体做功，物体动能发生变化，速度一定发生变化；而速度变化动能不一定变化，比如做匀速圆周运动的物体所受合外力不做功。③如果合外力对物体不做功，则动能不变。3．物体动能的改变可由合外力做功来度量。
【典例2】 关于动能定理的表达式W＝Ek2－Ek1，下列说法正确的是( )A．公式中的W为不包含重力的其他力做的总功B．动能定理既适用于直线运动，也适用于曲线运动；适用于恒力做功，但不适用于变力做功C．运动物体所受合外力不为零，则该物体一定做变速运动，其动能要变化D．公式中的Ek2－Ek1为动能的增量，当W＞0时动能增加，当W＜0时动能减少
D [动能定理的表达式W＝Ek2－Ek1，W指的是合外力所做的功，包含重力做功，A错；动能定理适用于任何运动，既适用于直线运动，也适用于曲线运动，既适用于恒力做功，也适用于变力做功，B错；运动物体所受合外力不为零，则该物体一定做变速运动，若合外力方向始终与运动方向垂直，合外力不做功，动能不变，C错；公式中的Ek2－Ek1为动能的增量，当W＞0时，即Ek2－Ek1>0，动能增加，当W＜0时，即Ek2－Ek1<0，动能减少，D对。]
规律方法 对W＝ΔEk的认识(1)动能定理说明，合力做功是物体动能变化的原因，物体动能的变化用合力的功来量度。(2)式中W＞0，ΔEk＞0(动力做功使动能增加)；W＜0，ΔEk<0(阻力做功使动能减少)。(3)W＝ΔEk，既适用于直线运动，也适用于曲线运动，既适用于恒力做功，也适用于变力做功。
[跟进训练]2．如图所示，质量m＝1 kg的物块在水平向右的拉力作用下，由静止开始沿水平地面向右运动了x＝5 m，在此过程中拉力对物块做功W＝18 J。已知物块与水平地面间的动摩擦因数μ＝0.2，取g＝10 m/s2。求：
(1)物块所受滑动摩擦力的大小；(2)该运动过程中物块克服摩擦力所做的功；(3)物块位移为5 m时的速度大小。
[解析] (1)摩擦力f＝μmg＝2 N。(2)该运动过程中物块克服摩擦力所做的功Wf＝fx，代入数值解得Wf＝10 J。
[答案] (1)2 N (2)10 J (3)4 m/s
考点3 动能定理的应用1．动能定理与牛顿运动定律的比较
2．优先考虑应用动能定理的情况(1)不涉及物体运动过程中的加速度和时间的问题。(2)变力做功或曲线运动问题。动能定理提供了一种计算变力做功的简便方法。功的计算公式W＝Flcs α只能求恒力做的功，不能求变力做的功，而动能定理说明了一个物体的动能变化ΔEk与合外力对物体做的功具有等量代换关系，因此，已知(或求出)物体的动能变化ΔEk＝Ek2－Ek1，就可以间接求得变力做的功。(3)涉及F、l、m、v、W、Ek等物理量的问题。
(4)有多个运动过程且不需要研究整个过程的中间状态的问题。由于不用注意过程中运动状态变化的细节，且功和动能都是标量，无方向性，故应用动能定理解题更简单，不易出错。
【典例3】 如图所示，物体在离斜面底端5 m处由静止开始下滑，然后滑上与斜面平滑连接的水平面，若物体与斜面及水平面间的动摩擦因数均为0.4，斜面倾角为37°，求物体能在水平面上滑行的距离。(sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8)
[解析] 对物体在斜面上和水平面上受力分析如图所示。
方法二 全过程由动能定理列式：mgl1sin 37°－μmgl1cs 37°－μmgl2＝0解得l2＝3.5 m。
规律方法 应用动能定理解题的步骤(1)确定研究对象和研究过程(研究对象一般为单个物体或相对静止的物体组成的系统)。(2)对研究对象进行受力分析(注意哪些力做功或不做功)。(3)确定合外力对物体做的功(注意功的正负)。(4)确定物体的初、末动能(注意动能增量是末动能减初动能)。(5)根据动能定理列式、求解。
(1)物体到达B点时的速度大小；(2)物体在圆弧轨道上克服摩擦力所做的功。
[答案] (1)2 m/s (2)0.5 J
学习效果·随堂评估自测
2．(多选)甲、乙两个质量相同的物体，用大小相等的力F分别拉它们在水平面上从静止开始运动相同的距离s。如图所示，甲在光滑面上，乙在粗糙面上，则下列关于力F对甲、乙两物体做的功和甲、乙两物体获得的动能的说法中正确的是( )
A．力F对甲物体做功多B．力F对甲、乙两个物体做的功一样多C．甲物体获得的动能比乙大D．甲、乙两个物体获得的动能相同
BC [由功的公式W＝Flcs α＝Fs可知，两种情况下力F对甲、乙两个物体做的功一样多，A错误，B正确；根据动能定理，对甲有Fs＝Ek1，对乙有Fs－fs＝Ek2，可知Ek1>Ek2，即甲物体获得的动能比乙大，C正确，D错误。]
3．(多选)如图所示为某中学科技小组制作的利用太阳能驱动小车的装置。当太阳光照射到小车上方的光电板时，光电板中产生的电流经电动机作用带动小车前进。若质量为m的小车在平直的水泥路上行驶，某时刻的速度为v0，从该时刻起小车开始加速，经过时间t前进的距离为s，且速度达到最大值vmax。设这一过程中电动机的输出功率恒为P，小车所受阻力恒为f，那么这段时间内牵引力所做的功为( )
4．(新情境题，以无人驾驶车刹车为背景，考查动能定理的应用)L4级别完全自动化无人驾驶乘用车将批量生产。有关资料检测表明，当无人驾驶车正以20 m/s的速度在平直公路上行驶时，遇到紧急情况需立即刹车(忽略无人驾驶汽车的反应时间)。设该车刹车时产生的加速度大小为8 m/s2。将上述运动简化为匀减速直线运动，直到汽车停下。求在此过程中该无人驾驶汽车：(已知无人驾驶汽车质量为1.8 t)(1)动能如何变化？
(2)前进的距离x是多少？
必备知识·自主预习储备
知识点一 动能1．定义物体由于______而具有的能量叫作动能，用符号____表示。2．表达式Ek＝_________。
3．单位与功的单位相同，国际单位为______，符号是___。4．动能是______(选填“矢量”或“标量”)，只有大小没有方向。提醒 由于速度和所选参考系有关，所以动能也与参考系有关。一般选地面为参考系。
体验1：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)速度大的物体动能也大。( )(2)某物体的速度加倍，它的动能也加倍。( )(3)物体的速度变化，其动能一定变化。( )
知识点二 动能定理 动能定理的应用1．推导：如图所示，质量为m的物体在光滑的水平面上运动，在与运动方向相同的恒力F的作用下发生了一段位移l，速度由v1增加到v2，此过程力F做的功为W。
2．内容：合力对物体做的功等于物体______________。3．表达式：W＝__________。如果物体受到几个力的共同作用，W即为____________，它等于____________________。4．适用范围：动能定理是物体在恒力作用下，并且做直线运动的情况下得到的，当物体受到______作用，或者做______运动时，可以采用把整个过程分成许多小段，认为物体在每小段运动中受到力的是恒力，运动的轨迹是直线，把这些小段中力做的功相加，也能得到动能定理。提醒 动能定理中力对物体做的功是指物体所受的一切外力(合外力)对它做的功。
体验2：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)合外力做功不等于零，物体的动能一定变化。( )(2)物体的速度发生变化，合外力做功一定不等于零。( )
体验3：填空一质量为m的滑块，以速度v在光滑水平面上向左滑行，从某一时刻起，在滑块上作用一向右的水平力，经过一段时间后，滑块的速度变为－2v(方向与原来相反)，在这段时间内，水平力所做的功为_________。
关键能力·情境探究达成
考点1 动能及动能变化的理解
考点2 动能定理的理解
考点3 动能定理的应用
如图所示，一辆汽车正在上坡路上加速行驶。(1)汽车上坡过程受哪些力作用？各个力做什么功？(2)汽车的动能怎样变化？其动能的变化与各个力做功有什么关系？提示：(1)汽车受重力、支持力、牵引力及路面的阻力作用，上坡过程中牵引力做正功，重力、阻力做负功，支持力不做功。(2)由于汽车加速上坡，其动能增大，汽车动能的变化等于重力、牵引力及路面的阻力三个力做功的代数和。
考点1 动能及动能变化的理解1．对动能概念的理解(1)动能是状态量，动能公式中的速度v是瞬时速度。(2)动能是标量，且动能恒为正值。(3)动能也具有相对性，同一物体，对不同的参考系物体的速度有不同值，因而动能也有不同值。计算动能时一般都是以地面为参考系。
【典例1】 关于物体的动能，下列说法正确的是( )A．物体速度变化，其动能一定变化B．物体所受的合外力不为零，其动能一定变化C．物体的动能变化，其运动状态一定发生改变D．物体的速度变化越大，其动能变化一定也越大
C [选项A中若物体速度的方向变化而大小不变，则其动能不变化，故选项A错误；选项B中物体所受合外力不为零，只要速度大小不变，其动能就不变化，如匀速圆周运动中，物体所受合外力不为零，但速度大小始终不变，动能不变，故选项B错误；选项C中，物体动能变化，其速度一定发生变化，故运动状态改变，故选项C正确；选项D中，物体速度变化若仅由方向变化引起，其动能可能不变，如匀速圆周运动中，速度变化，但动能始终不变，故选项D错误。]
规律方法 动能与物体速度大小有关，与物体速度方向无关，而物体速度变化既可能是大小变化，也可能是方向变化。动能与物体的受力情况无关，仅由质量与速度大小决定。
[跟进训练]1．(多选)一质量为0.1 kg的小球，以5 m/s的速度在光滑水平面上匀速运动，与竖直墙壁碰撞后以原速率反弹，若以弹回的速度方向为正方向，小球碰墙过程中速度的变化为Δv、动能的变化为ΔEk。则下列说法正确的是( )A．Δv＝10 m/s B．Δv＝0C．ΔEk＝1 JD．ΔEk＝0
AD [速度是矢量，故Δv＝v2－v1＝5 m/s－(－5 m/s)＝10 m/s；而动能是标量，初末状态的速度大小相等，故动能相等，因此ΔEk＝0，选项A、D正确。]
考点2 动能定理的理解1．在一个过程中合外力对物体做的功或者外力对物体做的总功等于物体在这个过程中动能的变化。
2．W与ΔEk的关系：合外力做功是物体动能变化的原因。①合外力对物体做正功，即W>0，ΔEk>0，表明物体的动能增大；②合外力对物体做负功，即W<0，ΔEk<0，表明物体的动能减小；如果合外力对物体做功，物体动能发生变化，速度一定发生变化；而速度变化动能不一定变化，比如做匀速圆周运动的物体所受合外力不做功。③如果合外力对物体不做功，则动能不变。3．物体动能的改变可由合外力做功来度量。
【典例2】 关于动能定理的表达式W＝Ek2－Ek1，下列说法正确的是( )A．公式中的W为不包含重力的其他力做的总功B．动能定理既适用于直线运动，也适用于曲线运动；适用于恒力做功，但不适用于变力做功C．运动物体所受合外力不为零，则该物体一定做变速运动，其动能要变化D．公式中的Ek2－Ek1为动能的增量，当W＞0时动能增加，当W＜0时动能减少
D [动能定理的表达式W＝Ek2－Ek1，W指的是合外力所做的功，包含重力做功，A错；动能定理适用于任何运动，既适用于直线运动，也适用于曲线运动，既适用于恒力做功，也适用于变力做功，B错；运动物体所受合外力不为零，则该物体一定做变速运动，若合外力方向始终与运动方向垂直，合外力不做功，动能不变，C错；公式中的Ek2－Ek1为动能的增量，当W＞0时，即Ek2－Ek1>0，动能增加，当W＜0时，即Ek2－Ek1<0，动能减少，D对。]
规律方法 对W＝ΔEk的认识(1)动能定理说明，合力做功是物体动能变化的原因，物体动能的变化用合力的功来量度。(2)式中W＞0，ΔEk＞0(动力做功使动能增加)；W＜0，ΔEk<0(阻力做功使动能减少)。(3)W＝ΔEk，既适用于直线运动，也适用于曲线运动，既适用于恒力做功，也适用于变力做功。
[跟进训练]2．如图所示，质量m＝1 kg的物块在水平向右的拉力作用下，由静止开始沿水平地面向右运动了x＝5 m，在此过程中拉力对物块做功W＝18 J。已知物块与水平地面间的动摩擦因数μ＝0.2，取g＝10 m/s2。求：
(1)物块所受滑动摩擦力的大小；(2)该运动过程中物块克服摩擦力所做的功；(3)物块位移为5 m时的速度大小。
[解析] (1)摩擦力f＝μmg＝2 N。(2)该运动过程中物块克服摩擦力所做的功Wf＝fx，代入数值解得Wf＝10 J。
[答案] (1)2 N (2)10 J (3)4 m/s
考点3 动能定理的应用1．动能定理与牛顿运动定律的比较
2．优先考虑应用动能定理的情况(1)不涉及物体运动过程中的加速度和时间的问题。(2)变力做功或曲线运动问题。动能定理提供了一种计算变力做功的简便方法。功的计算公式W＝Flcs α只能求恒力做的功，不能求变力做的功，而动能定理说明了一个物体的动能变化ΔEk与合外力对物体做的功具有等量代换关系，因此，已知(或求出)物体的动能变化ΔEk＝Ek2－Ek1，就可以间接求得变力做的功。(3)涉及F、l、m、v、W、Ek等物理量的问题。
(4)有多个运动过程且不需要研究整个过程的中间状态的问题。由于不用注意过程中运动状态变化的细节，且功和动能都是标量，无方向性，故应用动能定理解题更简单，不易出错。
【典例3】 如图所示，物体在离斜面底端5 m处由静止开始下滑，然后滑上与斜面平滑连接的水平面，若物体与斜面及水平面间的动摩擦因数均为0.4，斜面倾角为37°，求物体能在水平面上滑行的距离。(sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8)
[解析] 对物体在斜面上和水平面上受力分析如图所示。
方法二 全过程由动能定理列式：mgl1sin 37°－μmgl1cs 37°－μmgl2＝0解得l2＝3.5 m。
规律方法 应用动能定理解题的步骤(1)确定研究对象和研究过程(研究对象一般为单个物体或相对静止的物体组成的系统)。(2)对研究对象进行受力分析(注意哪些力做功或不做功)。(3)确定合外力对物体做的功(注意功的正负)。(4)确定物体的初、末动能(注意动能增量是末动能减初动能)。(5)根据动能定理列式、求解。
(1)物体到达B点时的速度大小；(2)物体在圆弧轨道上克服摩擦力所做的功。
[答案] (1)2 m/s (2)0.5 J
学习效果·随堂评估自测
2．(多选)甲、乙两个质量相同的物体，用大小相等的力F分别拉它们在水平面上从静止开始运动相同的距离s。如图所示，甲在光滑面上，乙在粗糙面上，则下列关于力F对甲、乙两物体做的功和甲、乙两物体获得的动能的说法中正确的是( )
A．力F对甲物体做功多B．力F对甲、乙两个物体做的功一样多C．甲物体获得的动能比乙大D．甲、乙两个物体获得的动能相同
BC [由功的公式W＝Flcs α＝Fs可知，两种情况下力F对甲、乙两个物体做的功一样多，A错误，B正确；根据动能定理，对甲有Fs＝Ek1，对乙有Fs－fs＝Ek2，可知Ek1>Ek2，即甲物体获得的动能比乙大，C正确，D错误。]
3．(多选)如图所示为某中学科技小组制作的利用太阳能驱动小车的装置。当太阳光照射到小车上方的光电板时，光电板中产生的电流经电动机作用带动小车前进。若质量为m的小车在平直的水泥路上行驶，某时刻的速度为v0，从该时刻起小车开始加速，经过时间t前进的距离为s，且速度达到最大值vmax。设这一过程中电动机的输出功率恒为P，小车所受阻力恒为f，那么这段时间内牵引力所做的功为( )
4．(新情境题，以无人驾驶车刹车为背景，考查动能定理的应用)L4级别完全自动化无人驾驶乘用车将批量生产。有关资料检测表明，当无人驾驶车正以20 m/s的速度在平直公路上行驶时，遇到紧急情况需立即刹车(忽略无人驾驶汽车的反应时间)。设该车刹车时产生的加速度大小为8 m/s2。将上述运动简化为匀减速直线运动，直到汽车停下。求在此过程中该无人驾驶汽车：(已知无人驾驶汽车质量为1.8 t)(1)动能如何变化？
(2)前进的距离x是多少？
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