7.7 動能和動能定理 學(xué)案(人教版必修2)

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7.7 動能和動能定理 學(xué)案(人教版必修2)

1.物體由于運(yùn)動而具有的能稱為動能,表達(dá)式為__________,動能是______量,單位與
功的單位相同,在國際單位制中都是________.
2.兩個質(zhì)量為m的物體,若速度相同,則兩個物體的動能________,若動能相同,兩
個物體的速度________________.
3.力在一個過程中對物體做的功,等于物體在這個過程中____________,這個結(jié)論叫動
能定理.表達(dá)式為W=________.式中W為合外力對物體做的功,也可理解為各力對物
體做功的__________,如果外力做正功,物體的動能________;外力做負(fù)功,物體的動
能減少.
4.動能定理既適用于________運(yùn)動,也適用于________運(yùn)動,既適用于________做功,
也適用于________做功.且只需確定初、末狀態(tài)而不必涉及過程細(xì)節(jié),因而解題很方便.
5.下列關(guān)于運(yùn)動物體所受合力做功和動能變化的關(guān)系正確的是(  )
A.如果物體所受合力為零,則合力對物體做的功一定為零
B.如果合力對物體所做的功為零,則合力一定為零
C.物體在合力作用下做變速運(yùn)動,動能一定發(fā)生變化
D.物體的動能不變,所受合力一定為零
6.關(guān)于動能概念及公式W=Ek2-Ek1的說法中正確的是(  )
A.若物體速度在變化,則動能一定在變化
B.速度大的物體,動能一定大
C.W=Ek2-Ek1表示功可以變成能
D.動能的變化可以用合力做的功來量度

【概念規(guī)律練】
知識點(diǎn)一 動能的概念
1.對動能的理解,下列說法正確的是(  )
A.動能是機(jī)械能的一種表現(xiàn)形式,凡是運(yùn)動的物體都具有動能
B.動能不可能為負(fù)值
C.一定質(zhì)量的物體,動能變化時,速度一定變化;但速度變化時,動能不一定變化
D.動能不變的物體,一定處于平衡狀態(tài)
2.在下列幾種情況中,甲、乙兩物體的動能相等的是(  )
A.甲的速度是乙的2倍,甲的質(zhì)量是乙的12
B.甲的質(zhì)量是乙的2倍,甲的速度是乙的12
C.甲的質(zhì)量是乙的4倍,甲的速度是乙的12
D.質(zhì)量相同,速度大小也相同,但甲向東運(yùn)動,乙向西運(yùn)動
知識點(diǎn)二 動能定理
3.關(guān)于動能定理,下列說法中正確的是(  )
A.在某過程中,外力做的總功等于各個力單獨(dú)做功的絕對值之和
B.只要有力對物體做功,物體的動能就一定改變
C.動能定理只適用于直線運(yùn)動,不適用于曲線運(yùn)動
D.動能定理既適用于恒力做功的情況,又適用于變力做功的情況
4.

圖1
有一質(zhì)量為m的木塊,從半徑為r的圓弧曲面上的a點(diǎn)滑向b點(diǎn),如圖1所示,如果由
于摩擦使木塊的運(yùn)動速率保持不變,則以下敘述正確的是(  )
A.木塊所受的合外力為零
B.因木塊所受的力都不對其做功,所以合外力的功為零
C.重力和摩擦力做的功代數(shù)和為零
D.重力和摩擦力的合力為零
知識點(diǎn)三 動能定理的應(yīng)用
5.一個25 kg的小孩從高度為3.0 m的滑梯頂端由靜止開始滑下,滑到底端時的速度為
2.0 m/s.取g=10 m/s2,關(guān)于力對小孩做的功,以下結(jié)果正確的是(  )
A.合外力做功50 J B.阻力做功500 J
C.重力做功500 J D.支持力做功50 J
6.一輛汽車以v1=6 m/s的速度沿水平路面行駛時,急剎車后能滑行x1=3.6 m,如果以
v2=8 m/s的速度行駛,在同樣路面上急剎車后滑行的距離x2應(yīng)為(  )
A.6.4 m B.5.6 m
C.7.2 m D.10.8 m
【方法技巧練】
一、應(yīng)用動能定理分析多過程問題
7.

圖2
物體從高出地面H處由靜止自由落下,不考慮空氣阻力,落至地面進(jìn)入沙坑h處停止,
如圖2所示,求物體在沙坑中受到的平均阻力是其重力的多少倍.

8.

圖3
如圖3所示,物體在離斜面底端5 m處由靜止開始下滑,然后滑上由小圓弧(長度忽略)
與斜面連接的水平面上,若斜面及水平面的動摩擦因數(shù)均為0.4,斜面傾角為37°,則物
體能在水平面上滑行多遠(yuǎn)?


二、利用動能定理求變力做功
9.如圖4所示,

圖4
一質(zhì)量為m的小球,用長為L的輕繩懸掛于O點(diǎn),小球在水平拉力F作用下從平衡位
置P點(diǎn)緩慢地移到Q點(diǎn),此時懸線與豎直方向夾角為θ,則拉力F做的功為(  )
A.mgLcos θ B.mgL(1-cos θ)
C.FLsin θ D.FLcos θ
參考答案
課前預(yù)習(xí)練
1.Ek=12mv2 標(biāo) 焦耳
2.相同 不一定相同
3.動能的變化 Ek2-Ek1 代數(shù)和 增加
4.直線 曲線 恒力 變力
5.A [物體所受合力為零,則合力做功為零,物體的動能變化為零.但如果物體所受合力不為零,合力對物體做功也可能為零,動能變化為零,如勻速圓周運(yùn)動.故A正確.]
6.D [速度是矢量,而動能是標(biāo)量,若物體速度只改變方向,不改變大小,則動能不變,A錯;由Ek=12mv2知B錯;動能定理W=Ek2-Ek1表示動能的變化可用合力做的功來量度,但功和能是兩個不同的概念,有著本質(zhì)的區(qū)別,故C錯,D正確.]
課堂探究練
1.ABC [物體由于運(yùn)動而具有的能叫動能,故A對;由Ek=12mv2知,B對;由于速度是矢量,當(dāng)速度大小不變、方向變化時,動能不變,但動能變化時,速度大小一定改變,故C對;做勻速圓周運(yùn)動的物體,其動能不變,但物體卻處于非平衡狀態(tài),故D錯.]
2.CD [由動能的表達(dá)式Ek=12mv2知A、B錯誤,C正確.動能是標(biāo)量,D正確.]
3.D
4.C [物體做曲線運(yùn)動,速度方向變化,加速度不為零,合外力不為零,A錯.速率不變,動能不變,由動能定理知,合外力做的功為零,支持力始終不做功,重力做正功,所以重力做的功與阻力做的功代數(shù)和為零,但重力和阻力的合力不為零,C對,B、D錯.]
點(diǎn)評 (1)動能定理反映的是合外力做的功和物體動能變化的關(guān)系.
(2)速率不變,速度有可能變化.
5.A [由動能定理可得合力對小孩做的功
W合=12mv2=12×25×22 J=50 J
又因為W合=WG+Wf
所以Wf=W合-WG=50 J-750 J=-700 J
由于支持力的方向始終與速度方向垂直,支持力對小孩不做功.]
6.A [急剎車后,車只受摩擦阻力Ff的作用,且兩種情況下摩擦力大小是相同的,汽車的末速度皆為零.
-Ffx1=0-12mv21①
-Ffx2=0-12mv22②
②式除以①式得x2x1=v22v21.
故汽車滑行距離
x2=v22v21x1=(86)2×3.6 m=6.4 m]
點(diǎn)評 對恒力作用下的運(yùn)動,可以考慮用牛頓運(yùn)動定律分析.但在涉及力、位移、速度時,應(yīng)優(yōu)先考慮用動能定理分析.一般來說,動能定理不需要考慮中間過程,比牛頓運(yùn)動定律要簡單一些.
7.H+hh
解析 解法一:物體運(yùn)動分兩個物理過程,先自由落體,然后做勻減速運(yùn)動.設(shè)物體落至地面時速度為v,則由動能定理可得
mgH=12mv2①
第二個物理過程中物體受重力和阻力,同理可得
mgh-F阻h=0-12mv2②
由①②式得F阻mg=H+hh.
解法二:若視全過程為一整體,由于物體的初、末動能均為0,由動能定理可知,重力對物體做的功與物體克服阻力做的功相等,即
mg(H+h)=F阻h
解得F阻mg=H+hh.
8.3.5 m
解析 物體在斜面上受重力mg、支持力FN1、滑動摩擦力Ff1的作用,沿斜面加速下滑,在水平面上減速直到靜止.
方法一:對物體在斜面上的受力分析如圖甲所示,可知物體下滑階段:
FN1=mgcos 37°
故Ff1=μFN1=μmgcos 37°
由動能定理得
mgsin 37°?l1-μmgcos 37°?l1=12mv21①
在水平面上的運(yùn)動過程中,受力分析如圖乙所示
Ff2=μFN2=μmg
由動能定理得
-μmg?l2=0-12mv21②
由①②兩式可得
l2=sin 37°-μcos 37°μl1=0.6-0.4×0.80.4×5 m=3.5 m.
方法二:物體受力分析同上,物體運(yùn)動的全過程中,初、末狀態(tài)的速度均為零,對全過程運(yùn)用動能定理有
mgsin 37°?l1-μmgcos 37°?l1-μmg?l2=0
得l2=sin 37°-μcos 37°μl1=0.6-0.4×0.80.4×5 m=3.5 m.

方法總結(jié) 應(yīng)用動能定理解題時,在分析過程的基礎(chǔ)上無需深究物體的運(yùn)動過程中變化的細(xì)節(jié),只需考慮整個過程的功及過程始末的動能.若過程包含了幾個運(yùn)動性質(zhì)不同的分過程,既可分段考慮,也可整個過程考慮.若不涉及中間過程量時,用整個過程分析比較簡單.但求功時,有些力不是全過程都作用的,必須根據(jù)不同情況分別對待,求出總功.計算時要把各力的功連同符號(正、負(fù))一同代入公式.
9.B [小球緩慢移動,時時都處于平衡狀態(tài),由平衡條件可知,F(xiàn)=mgtan θ,隨著θ的增大,F(xiàn)也在增大,是一個變化的力,不能直接用功的公式求它的功,所以這道題要考慮用動能定理求解.由于物體緩慢移動,動能保持不變,由動能定理得:-mgL(1-cos θ)+W=0,所以W=mgL(1-cos θ).]
方法總結(jié) 利用動能定理求變力做的功時,可先把變力做的功用字母W表示出來,再結(jié)合物體動能的變化進(jìn)行求解.


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