滑水平面上停有两木块,质量ml=3kg,m2=6kg.现依次用力F=6N,F’=24N分别作用在ml、m2上,各自牵引移动S=4m,分别计算力的功、木块的加速度和末速度.(由学生自己完成下表.)
木块
木块的质量
m/kg[高考资源网]
作用力
F/N
位移
S/m
力的功
W/J
木块的加速度 a/m.s2
末速度
v/m.s-1
mv2/2
(kg.m2/s2)
m1
3
6[高考资源网]
4[Ks5u.com]
24[高考资源网]
2
4
24
24
4
96
8
8
96
M2
6
6
4
24
1
24
24
4
96
4
96
从表中可以看出,对同一木块,外力的功增加4倍,则速度增大为2倍;对不同质量的木块,外力对它做一样多的功,由于质量不同,所以速度也不同;对不同的木块做不同的功,看不出速度的变化规律,可见,跟外力做功密切联系的运动状态不能单用速度来衡量。
再请同学们仔细观察表中数据,物体速度不仅与外力对它做功有关,还与物体的质量有关,我们发现外力的功与是相等的。
( 一)、动能
定义:在物理学中用这个量表示物体的动能,动能的符号为Ek=.
单位:在国际单位制中,动能的单位是:1kg.m2/s2=1N.m=1J.
动能是标量,只有大小,没有方向。
动能是一个状态量,是针对某物体在某时刻而言。因此,动能表达式中的V只能是瞬时速度。
动能与动量不同,动量是矢量,动量变化而动能不一定变化。例如匀速圆周运动,动量在不断改变,而动能不改变。动量的大小和动能关系为:P2=2mEk.
例题1:质量m=3kg的物体以V0= 5m/s的初速度竖直上抛,经过一段时间后,速度变为竖直向下的Vt=4m/s,求这段时间内物体动能的变化量和动量的变化量。
(注意讲清动量变化量的计算和动能变化量计算的不同。)
解析:动能的变化量为=-13.5J.
要求动量的变化量,必须规定正方向。以向上的方向为正方向,则初动量P0=15kg.m/s,末动量为Pt=-12kg.m/s,所以动量的变化量,即动量变化量的大小为27kg.m/s, 方向竖直向下。
(二).动能定理:
1.推导:
设质量为m的物体,初速度为V1,在与运动方向相同的恒力F的作用下发生一段位移S,速度增加至V2,如图1所示。在这个过程中,力F所做的功W=FS。根据牛顿第二定律有F=ma,由匀加速运动的公式,有由此可得:
例题2:一物体以初速V0竖直上抛,落回原处速度为V1,空气阻力不能忽略且大小不变,求物体上升的最大高度。
解析:本题必须分为上升过程和下降两个过程进行研究,而且要注意重力和阻力的功的不同特点,设上升的最大高度为h,空气阻力大小为f,则:
上升过程:-mgh-fh=0-
下降过程:mgh-fh=
由上述二式解得:.
4.课堂练习:
两物体质量之比为1:2,速度之比为2 :1, 则它们动能之比为多少?
如图1所示, mA=mB的两滑块A和B分别沿高度相同、倾角不同的光滑斜面下滑,比较它们滑到底端时的动量、动能、速度、速率是否相同?
子弹以水平速度V射入木板深S处,假设子弹在木板中的阻力是恒定的,那么子弹以速度V/2水平射入木板中,射入深度是多少?
课堂小结:
在物理学中用这个量表示物体的动能,动能的符号为Ek=.
动能定理:外力对物体所做的总功等于物体动能的变化。
3.动能定理解题的基本思路:
选取研究对象,明确它的运动过程。
分析研究对象的受力情况和各力做功情况,然后求各个外力做功的代数和。
明确物体在过程始末状态的动能EK1和EK2。
列出动能定理的方程W和= EK2- EK1。
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