2018-2019學年高中物理 第3章 動能的變化與機械功 3.3 動能定理的應用課件 滬科版必修2.ppt

3.3動能定理的應用,第3章動能的變化與機械功,學習目標,1.能靈活運用合力做功的兩種求法. 2.會用動能定理分析變力做功、曲線運動以及多過程問題. 3.熟悉應用動能定理的步驟，領(lǐng)會應用動能定理解題的優(yōu)越性.,內(nèi)容索引,重點探究 啟迪思維 探究重點,達標檢測 檢測評價 達標過關(guān),重點探究,應用動能定理分析問題，只需考慮物體初、末狀態(tài)的動能與所做的功，而不必考慮物體的加速度和時間，因而往往比用牛頓運動定律和運動學規(guī)律更簡便.,一、研究汽車的制動距離,例1質(zhì)量為m的汽車正以速度v0運動，司機踩下剎車閘，經(jīng)過位移s后汽車停止運動，若阻力為f，則汽車的制動距離與汽車的初速度的關(guān)系如何？,答案,解析,1.在f一定的情況下：smv02，即初動能越大，位移s越大. 2.對于給定汽車(m一定)，若f相同，則sv02，即初速度越大，位移s就 越大.若水平路面的動摩擦因數(shù)一定，則s .,1.合力做功的求法 (1)一般方法：W合W1W2(即合力做的功等于各力對物體做功的代數(shù)和).對于多過程問題總功的計算必須用此方法. (2)多個恒力同時作用下的勻變速運動：W合F合scos . 2.合力做功與動能的變化的關(guān)系 合力做功與動能的變化滿足動能定理，其表達式有兩種： (1)W1W2Ek. (2)W合Ek.,二、合力做功與動能變化,例2如圖1所示，利用斜面從貨車上卸貨，每包貨物的質(zhì)量m20 kg，斜面傾角37，斜面的長度s0.5 m，貨物與斜面間的動摩擦因數(shù)0.2，求貨物由靜止開始滑到底端的動能.(取g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8),圖1,答案,解析,答案見解析,解析方法一斜面上的貨物受到重力G、斜面支持力N和摩擦力f共三個力的作用，如圖所示.貨物位移的方向沿斜面向下.可以用正交分解法，將貨物所受的重力分解到與斜面平行的方向和與斜面垂直的方向.,可以看出，三個力中重力和摩擦力對貨物做功，而斜面支持力對貨物沒有做功. 其中重力G對貨物做正功W1mgssin 3720100.50.6 J60 J 支持力N對貨物沒有做功，W20,摩擦力f對貨物做負功 W3(mgcos 37)scos 1800.220100.80.5 J16 J 所以，合外力做的總功為WW1W2W3(60016) J44 J 由動能定理WEk2Ek1(其中Ek10)知貨物滑到底端的動能Ek2W44 J. 方法二若先計算合外力再求功，則合外力做的功 WF合s(mgsin 37mgcos 37)s (20100.60.220100.8)0.5 J44 J 同樣可以得到貨物到底端時的動能Ek244 J,1.動能定理不僅適用于求恒力做功，也適用于求變力做功，同時因為不涉及變力作用的過程分析，應用非常方便. 2.利用動能定理求變力的功是最常用的方法，當物體受到一個變力和幾個恒力作用時，可以用動能定理間接求變力做的功，即W變W其他Ek.,三、利用動能定理求變力的功,例3如圖2所示，質(zhì)量為m的小球自由下落d后，沿豎直面內(nèi)的固定軌道ABC運動，AB是半徑為d的 光滑圓弧，BC是直徑為d的粗糙半圓弧(B是軌道的最低點).小球恰能通過圓弧軌道的最高點C.重 力加速度為g，求： (1)小球運動到B處時對軌道的壓力大小.,答案,圖2,答案5mg,解析,根據(jù)牛頓第三定律：N N5mg.,(2)小球在BC運動過程中，摩擦力對小球做的功.,答案,解析,針對訓練如圖3所示，某人利用跨過定滑輪的輕繩拉質(zhì)量為10 kg的物體.定滑輪的位置比A點高3 m.若此人緩慢地將繩從A點拉到B點，且A、B兩點處繩與水平方向的夾角分別為37和30，則此人 拉繩的力做了多少功？(g取10 m/s2，sin 370.6， cos 370.8，不計滑輪的質(zhì)量和摩擦),答案,解析,答案100 J,圖3,解析取物體為研究對象，設(shè)繩的拉力對物體做的功為W. 根據(jù)題意有h3 m.,對全過程應用動能定理Wmgh0. 由兩式聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)解得W100 J. 則人拉繩的力所做的功W人W100 J.,一個物體的運動如果包含多個運動階段，可以選擇分段或全程應用動能定理. (1)分段應用動能定理時，將復雜的過程分割成一個個子過程，對每個子過程的做功情況和初、末動能進行分析，然后針對每個子過程應用動能定理列式，然后聯(lián)立求解.,四、利用動能定理分析多過程問題,(2)全程應用動能定理時，分析整個過程中出現(xiàn)過的各力的做功情況，分析每個力做的功，確定整個過程中合外力做的總功，然后確定整個過程的初、末動能，針對整個過程利用動能定理列式求解. 當題目不涉及中間量時，選擇全程應用動能定理更簡單，更方便. 注意：當物體運動過程中涉及多個力做功時，各力對應的位移可能不相同，計算各力做功時，應注意各力對應的位移.計算總功時，應計算整個過程中出現(xiàn)過的各力做功的代數(shù)和.,例4如圖4所示，右端連有一個光滑弧形槽的水平桌面AB長L1.5 m，一個質(zhì)量為m0.5 kg的木塊在F1.5 N的水平拉力作用下，從桌面上的A端由靜止開始向右運動，木塊到達B端時撤去 拉力F，木塊與水平桌面間的動摩擦因數(shù)0.2， 取g10 m/s2.求： (1)木塊沿弧形槽上升的最大高度(木塊未離開弧 形槽)；,答案,解析,圖4,答案0.15 m,解析設(shè)木塊沿弧形槽上升的最大高度為h，木塊在最高點時的速度為零.從木塊開始運動到沿弧形槽上升的最大高度處，由動能定理得： FLfLmgh0 其中fNmg0.20.510 N1.0 N,(2)木塊沿弧形槽滑回B端后，在水平桌面上滑動的最大距離.,答案0.75 m,答案,解析設(shè)木塊離開B點后沿桌面滑動的最大距離為x. 由動能定理得：mghfx0,解析,達標檢測,1.(用動能定理求變力的功)如圖5所示，質(zhì)量為m的物體與水平轉(zhuǎn)臺間的動摩擦因數(shù)為，物體與轉(zhuǎn)軸相距R，物體隨轉(zhuǎn)臺由靜止開始轉(zhuǎn)動.當轉(zhuǎn)速增至某一值時，物體即將在轉(zhuǎn)臺上滑動，此時轉(zhuǎn)臺開始勻速轉(zhuǎn)動.設(shè)物體的最大靜摩擦力近似等于滑動摩擦力，則在整個過程中摩擦力對物體做的功是,答案,解析,1,2,3,4,圖5,1,2,3,4,解析物體即將在轉(zhuǎn)臺上滑動但還未滑動時，轉(zhuǎn)臺對物體的最大靜摩擦力恰好提供向心力，設(shè)此時物體做圓周運動的線速度為v，,在物體由靜止到獲得速度v的過程中，物體受到的重力和支持力不做功，只有摩擦力對物體做功，,2.(動能定理的應用)如圖6所示，物體在離斜面底端5 m處由靜止開始下滑，然后滑上與斜面平滑連接的水平面，若物體與斜面及水平面間的動摩擦因數(shù)均為0.4，斜面傾角為37.求物體能在水平面上滑行的距離.(sin 370.6，cos 370.8),答案,解析,1,2,3,4,圖6,答案3.5 m,解析對物體在斜面上和水平面上受力分析如圖所示. 方法一分過程列方程：設(shè)物體滑到斜面底端時的速 度為v，物體下滑階段 N1mgcos 37， 故f1N1mgcos 37.,1,2,3,4,設(shè)物體在水平面上滑行的距離為l2， 摩擦力f2N2mg,由動能定理得：mgl20 mv2 由以上各式可得l23.5 m. 方法二全過程列方程： mgl1sin 37mgcos 37l1mgl20 得：l23.5 m.,1,2,3,4,3.(利用動能定理分析多過程往復運動問題)如圖7所示，ABCD為一豎直平面內(nèi)的軌道，其中BC水平，A點比BC高出10 m，BC長1 m，AB和CD軌道光滑.一質(zhì)量為1 kg的物體，從A點以4 m/s的速度開始運動，經(jīng)過BC后滑到高出C點10.3 m的D點速度為0.求：(g取10 m/s2) (1)物體與BC軌道間的動摩擦因數(shù)；,圖7,答案,解析,1,2,3,4,答案0.5,解得0.5.,(2)物體第5次經(jīng)過B點時的速度大?。?答案13.3 m/s,解析物體第5次經(jīng)過B點時，物體在BC上滑動了4次，,答案,解析,1,2,3,4,(3)物體最后停止的位置(距B點多少米).,答案距B點0.4 m,解析分析整個過程，由動能定理得,解得s21.6 m. 所以物體在軌道上來回運動了10次后，還有1.6 m，故最后停止的位置與B點的距離為2 m1.6 m0.4 m.,答案,解析,1,2,3,4,4.(利用動能定理分析多過程問題)如圖8所示，質(zhì)量m1 kg的木塊靜止在高h1.2 m的平臺上，木塊與平臺間的動摩擦因數(shù)0.2，用水平推力F20 N，使木塊產(chǎn)生位移l13 m時撤去，木塊又滑行l(wèi)21 m后飛出平臺，求木塊落地時速度的大小.(g取10 m/s2),解析,答案,1,2,3,4,答案11.3 m/s,圖8,解析解法一取木塊為研究對象，其運動分三個過程，先勻加速前進l1，后勻減速前進l2，再做平拋運動，對每一過程，分別由動能定理得,1,2,3,4,解得v311.3 m/s,解法二對全過程由動能定理得,1,2,3,4,代入數(shù)據(jù)解得v11.3 m/s,