文/徐 明
动能定理是高中物理教学中用能量观点分析力学问题常见的基本规律之一,也是高考中的高频考点知识,近几年来,高考试题注重将动能定理与牛顿运动定律、曲线运动、机械能、能量守恒定律、电磁学等知识相结合,综合考查考查学生的分析、推理、综合应用能力,试题具有过程复杂、难度较大、能力要求高的特点。在综合复习时,我是从以下几个方面来进行的,容易让学生接受并能正确使用。
一、对动能定理的理解
动能定理公式中等号的意义。等号表明合力做功与物体动能的变化间三个关系:(Ⅰ)数量关系:即合外力所做的功与物体间的动能的变化具有等量代换关系。可以通过计算物体动能的变化,求合力的功或某一力的功。(Ⅱ)单位相同:其国际单位都是焦耳。(Ⅲ)因果关系:合外力做功是引起物体动能变化的原因。
二、动能定理与牛顿第二定律的区别与联系
动能定理是从做功的定义式出发,结合牛顿第二定律和动力学的公式推导出来的,所以它不是独立于牛顿第二定律的运动方程,但它们有较大的区别:牛顿第二定律是矢量式,反映的是力和加速度的瞬时关系,即力与物体运动状态变化快慢之间的联系。只有在惯性参考系的直线运动中高中阶段方能求解;动能定理是标量式,反映的是力对物体持续作用的空间累积效果,即对物体作用的外力所做功与物体运动状态变化之间的联系。因而它们是研究力和运动的关系的两条不同途径。动能定理适用于直线运动,曲线运动。也适用于恒力做功,变力做功。力可以是各种性质力。同时力还可以同时作用,也可分段作用。正因为如此,动能定理将复杂的合力做功这个过程量转化为求物体动能的状态量的变化,对物体由初始状态到末状态这一过程中物体的运动性质,轨迹,恒力或变力等诸多因素不必加以考虑。不受这些因素的限制。熟练地运用动能定理求解问题,是一种高层次的思维和方法。
三、动能定理解题步骤
1.选取研究对象,明确并分析运动过程。
2.分析受力情况,找出各力做功情况,求出总功。
3.明确过程始末状态的动能EK1和EK2。
4.列方程W=EK2-EK1,必要时注意分析题目潜在的条件,列辅助方程进行求解。
四、动能定理的应用分类
动能定理解题类型常见有:1.物体在单一过程的直线运动的应用。2.物体多过程的直线运动中的应用。3.物体受恒力作用下的曲线运动中的应用。4.物体在变力做功情况下的应用。5.动能定理与其它力学规律的综合运用。
【例】如图甲所示为游乐场中过山车的实物图片,图乙是过山车的模型图。在模型图中,半径分别为R1=2.0m和R2=8.0m的两个光滑圆形轨道,固定在倾角为α=37°的倾斜直轨道平面上的Q、Z两点,且两圆形轨道的最高点A、B均与P点平齐,圆形轨道与斜轨道之间圆滑连接。现使小车(视作质点)从P点以一定的初速度沿斜面向下运动。已知斜轨道与小车间的动摩擦因数为
通过上述方法教学,学生掌握并能正确运用动能定理解题,在动力学问题求解时首选动能定理求解。
教育期刊网 http://www.jyqkw.com
参考文献
[1]王后雄.《教材完全解读》
(作者单位:重庆市合川大石中学校)