高三动能定理及其应用教案.doc
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1、第十一讲:动能定理及其应用适用学科物理适用年级高三适用区域新课标人教版课时时长(分钟)120知识点1、动能2、动能定理及其应用教学目标1. 知识与技能(1)理解动能的概念,掌握动能的表达式。(2)掌握动能定理的表达式。(3)理解动能定理的确切含义,应用动能定理解决实际问题。2. 过程与方法理论联系实际,学习运用动能定理分析解决问题的方法。3. 情感态度与价值观通过动能定理的演绎推导,感受成功的喜悦,培养学生对科学研究的兴趣。教学重点动能定理的理解和应用。教学难点对动能定理的理解和应用。教学过程一、复习预习1、复习:力对物体做功的表达式及公式的使用范围2、预习:(1)动能 (2)动能定理二、知识
2、讲解课程引入:如果一个物体能对外做功,我们就说这个物体具有能量,而物体由于运动而具有的能量叫动能本节课我们来研究一下动能。考点/易错点1动能1、 定义:物体由于运动而具有的能量叫做动能。2、影响动能的大小因素:物体的质量和运动速度3、动能的表达式:说明:动能是一个状态量,所以计算动能时要注意对应时刻的速度。4、单位:焦耳(J)5、标矢性:它是一个标量。6、动能的变化:,它是一个过程量。考点/易错点2动能定理及其应用设物体的质量为m,在与运动方向相同的恒定外力F的作用下发生一段位移,速度由增加到,地面光滑,如图所示,计算外力F做的功。分析:由前面的功的公式可知:提问:若F为变力,如何求力F所做的
3、功呢?分析:F做功使物体的动能发生改变,动能改变了多少,F就做了多少功,因此可以用动能的变化量来表示F做功。提问:现在地面粗糙又如何计算F做的功呢?分析:力F做功不仅使物体的动能发生改变,而且还克服摩擦力做功,因此,因此,合外力做功使物体的动能发生改变,且做了多少功动能就变化多少。1、 动能定理的内容:合外力做的功等于物体动能的变化。2、 表达式:即理解:(1);(各力位移相同时,可求合外力做的功,各力位移不同时,分别求力做功,然后求代数和)。(2)反映了物体动能的变化与力对物体所做功之间的因果关系可以理解为外力对物体做功等于物体动能增加,物体克服外力做功等于物体动能的减小所以正功是加号,负功
4、是减号。(3)它是一个标量式,动能定理的表达式是在物体受恒力作用且做直线运动的情况下得出的但它也适用于变力及物体作曲线运动的情况即动能定理对恒力、变力做功都适用;直线运动与曲线运动也均适用(4)对动能定理中的位移与速度必须相对同一参照物3、研究对象:既可以是单个物体也可以是系统。强调:对单个物体动能定理位移是对地的位移,对系统动能定理位移是相对位移4、动能定理的优势:动能定理不涉及运动过程中的加速度和时间,不用考虑中间过程,只需考虑初末位置,用它来处理问题要比牛顿定律方便,它还可以处理牛顿定律不能解决的问题,例如变力的功,曲线运动的情况等。5、动能定理的应用:(1)步骤:选取研究对象,明确它的
5、运动过程。分析研究对象的受力情况和各力的做功情况,确定。找准研究对象在过程中的初始位置,确定初末的能Ek1和Ek2。列出动能定理的方程及其他必要的解题方程,进行求解(2)注意问题:应用动能定理时,要进行受力分析,分析在这个过程中有哪些力做功,注意区分功的正负。应用动能定理时要注意选取的研究对象和对应过程,合力做的功和动能增量一定是对应同一研究对象的同一过程。6、动能定理的使用范围(1)动能定理既适用于直线运动,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。7、由牛顿第二定律与运动学公式推出动能定理设物体的质量为m,在恒
6、定合外力F合作用下,通过位移为S,其速度由变为,则:根据牛顿第二定律根据运动学公式由得:三、例题精析考点1.动能【基础巩固】【例题1】改变物体的质量和速度,可以改变物体的动能在下列情况中,物体的动能变为原来2倍的是( )A质量不变,速度增大到原来的2倍B质量不变,速度增大到原来的4倍C速度不变,质量增大到原来的2倍D速度不变,质量增大到原来的4倍【答案】C【解析】解:根据动能的表达式,质量不变,速度增大到原来的2倍,物体的动能变为原来4倍;质量不变,速度增大到原来的4倍,物体的动能变为原来16倍;速度不变,质量增大到原来的2倍,物体的动能变为原来2倍,速度不变,质量增大到原来的4倍,物体的动能
7、变为原来4倍,故A、B、D错误,C正确【中等强化】【例题2】一个物体静止在光滑水平面上,同时受到两个方向相反的水平拉力F1、F2的作用,F1、F2随位移s变化情况如图所示。则物体的动能将( )A一直变大,位移为20m时最大 B一直变小,至20m时达最小C先变大至10m时最大,再变小 D先变小至10m时最小,再变大【答案】C 【解析】由图看出,位移s在0-10m,F1做正功,F2做负功,且两个力的大小关系是F1F2,物体所受的合力方向与速度相同,物体的速度增大,动能增大;当s=10m时,F1=F2;当s10m时,F1F2,物体所受的合力方向与速度相反,物体的速度减小,动能减小所以物体的动能将先变
8、大至10m时最大,再变小故选C【培优拔高】【例题3】如图甲所示,静止在水平地面的物块A,受到水平向右的拉力F的作用,F与时间t的关系如图乙所示,设物块与地面的静摩擦力最大值fm与滑动摩擦力大小相等,则( )A0t1时间内F的功率逐渐增大Bt2时刻物块A的加速度最大Ct2时刻后物块A做反向运动Dt3时刻物块A的动能最大 【答案】BD 【解析】物体A原来静止在水平面上,在0t1时间内拉力F小于地面对物块的最大静摩擦力fm,因此物块仍静止,由知F的功率为零不变,A错误;t1t2时间内,拉力大于最大静摩擦力,合力大于0物块做加速运动,根据牛顿第二定律得,随着拉力F的增大而增大t2时刻,拉力F最大,则合
9、力最大,加速度最大,B正确 t2时刻后拉力F逐渐减小,但在减小到fm前,物块所受合外力仍与速度同向,物块仍做加速运动,所以t3时刻物块A的速度最大,动能最大。故C错误,D正确故选BD。考点2.动能定理及其应用【基础巩固】【例题4】在h高处,以初速度向水平方向抛出一个小球,不计空气阻力,小球着地时速度大小为()ABC.D.【答案】C【解析】选C在小球下落的过程中,对小球应用动能定理,解得小球着地时速度的大小,正确选项为C。【中等强化】【例题5】如图521所示,质量为m的小车在水平恒力F推动下,从山坡(粗糙)底部A处由静止起运动至高为h的坡顶B,获得速度为,AB之间的水平距离为,重力加速度为g。下
10、列说法正确的是()图521A小车克服重力所做的功是B合外力对小车做的功是C推力对小车做的功是D阻力对小车做的功是【答案】ABD【解析】小车克服重力做功,A正确;由动能定理,小车受到的合力做的功等于小车动能的增量,B正确;由动能定理,所以推力做的功C错误;阻力对小车做的功,D正确。规律总结:(1)所求的变力的功不一定为总功,故所求的变力的功不一定等于Ek。(2)合外力对物体所做的功对应物体动能的变化,而不是对应物体的动能。(3)若有多个力做功时,必须明确各力做功的正负,待求的变力的功若为负功,可以设克服该力做功为W,则表达式中应用W;也可以设变力的功为W,则字母W本身含有负号。【培优拔高】【例题
11、6】如图524所示装置由AB、BC、CD三段轨道组成,轨道交接处均由很小的圆弧平滑连接,其中轨道AB、CD段是光滑的,水平轨道BC的长度s5m,轨道CD足够长且倾角37,A、D两点离轨道BC的高度分别为h14.30m、h21.35m。现让质量为m的小滑块自A点由静止释放。已知小滑块与轨道BC间的动摩擦因数0.5,重力加速度g取10m/s2,sin370.6,cos370.8。求:来源:中国教育出版网zzstep.图524(1)小滑块第一次到达D点时的速度大小;(2)小滑块第一次与第二次通过C点的时间间隔;(3)小滑块最终停止的位置距B点的距离。【答案】(1)3m/s(2)2s(3)1.4m【解
12、析】(1)小滑块从ABCD过程中,由动能定理得:将h1、h2、s、g代入得:(2)小滑块从ABC过程中,由动能定理得将h1、s、g代入得:小滑块沿CD段上滑的加速度大小小滑块沿CD段上滑到最高点的时间由对称性可知小滑块从最高点滑回C点的时间故小滑块第一次与第二次通过C点的时间间隔。(3)对小滑块运动全过程应用动能定理,设小滑块在水平轨道上运动的总路程为s总有:将h1、代入得故小滑块最终停止的位置距B点的距离为。规律总结:(1)运用动能定理解决问题时,选择合适的研究过程能使问题得以简化。当物体的运动过程包含几个运动性质不同的子过程时,可以选择一个、几个或全部子过程作为研究过程。(2)当选择全部子
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