关于高中物理动能定理的探究

关于高中物理动能定理的探究

本文通过自己学习的经验分析了动能定理的内容，并介绍了应用动能定理解题的步骤、注意事项以及一些应用技巧。

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1 动能定理概念

物体由于运动获得的能量叫做动能，物体的动能等于物体质量和速度二次方的乘积的一半。动能是标量，并且具有瞬时性和相对性。动能是标量，并且只有正值，动能的瞬时性是指在某一时刻物体具有速度，那么它就有动能，动能的相对性是指对于不同的参考系，物体的运动速度具有不同的瞬时值，因此动能值也不同，一般在研究物体的运动时，我们都选取地面作为参考系。

2 动能定理本质

动能定理的本质是合外力对物体做的总功等于物体动能的变化量，其数学表达式为W总=?Εk=Ek2-Ek1，也可以表达为F合 Scosα=1/2 mv22-1/2 mv12。虽然动能定理的表达式比较简单，但是有与其包含的物理内容比较丰富，因此还是有很多同学不能完全理解，这也是造成很多同学不能正确应用动能定理的原因。如果能够将数学表达式带入到实际例子中则更容易对其进行理解，例如，一个1KG的木块在水平推力的作用下，在粗糙的水平地面上进行加速运动，速度由1m/s增加为3m/s，其中地面的摩擦因数为0.2。当用动能定理解决这个问题，公式的左边是合外力做的总功，在例题中的即为摩擦力和水平推力的做功之和，这样可以更容易理解合外力所做功的含义。在合外力公共的计算上，可以通过先计算各分力所做功，再相加計算合外力所做功，即W总=W1+W2+……+Wn，的方式计算，在例题中为W总=WF+Wf，也可以通过先计算合外力再计算合外力在物体运动方向上所做总功，即W总=F合Scosα ??。在实际解题过程中可以根据题目选择合适的方式。

动能定理的右边表示动能的变化量，因此动能定理和研究对象的初末速度有很重要的关系，所以在计算过程中要注意找准物体的初末运动状态。在计算中可以根据动能的变化量，即k来判断合外力是做正功还是负功，若动能的变化量为正值，则说明合外力对物体做了正功，反之则说明合外力对物体做了负功。虽然动能定理只和物体运动的初末状态有关，但是解题过程中还要注意各运动状态的受力状况和所做的功。如果在物体运动的过程中物体受力情况发生了变化，在计算合外力做功时则需要注意分开计算。应用动能定理最重要的是注意，等式的左边为合外力做工，等式是动能的变化。在遇到涉及到F、L、m、V、W、Ek等物理量，或者在运动问题中不涉及加速度a时间t这两个物理量时，都可以优先考虑应用动能定理进行解题。

3 如何运用动能定理解题

运用动能定理解题时可以按照以下步骤进行：

（1）确定研究对象，并且对它的运动过程进行分析。

（2）分析研究对象所受到的力，并且对各个力分别做的功进行分析，确定哪些力做正功，哪些力不做功，哪些力做负功，并且计算出合外力对物体做的总功。

（3）确定研究对象运动的始末状态，并且根据研究对象的初末速度确定研究对象的始末状态的动能，即Ek1和Ek2。

（4）根据动能定理的表达式列出方程，并且求解。动能定理得解题步骤可以用二十一个字来简要概括，为确定对像、明确过程、受力分析、表达功、列方程、后解析。

应用动能定理可以简化解题过程，在应用动能定理解题时需要注意一些问题。

（1）动能定力不受到运动形式以及受力情况的影响，应用动能定理没有使用限制。

（2）在对研究对象进行受力分析时要注意不要遗漏或者错误及计算，最好能按照重力、弹力、摩擦力的顺序对研究对象进行受力分析，依次找出物体受到的力，并且对各个力对研究对象做正功还是负功或者没有做功做出准确的判断。

（3）动能是标量，在计算物体动能变化量时，一定要注意是用末动能减去初动能，不要颠倒顺序。

（4）动能具有相对性，采用不同的参考系会导致研究对象速度不一致，从而导致动能变化量计算错误，因此在选取参考系是一定要保持一致。

4 动能定理在解题方面的应用方向和技巧的分析

动能定理在高中物理解题方面具有广泛的应用。在受力方面，动能定理技能应用于恒力作用过程，也可以应用于便利作用过程。在运行形式方面，动能定理在直线运动、曲线运动方面都可以使用。在研究对象方面，动能定理既可以应用于单个物体，也可以将几个物体组成的系统作为研究对象。在研究对象的运动过程方面，动能定理既可以应用于研究对象的整个运动过程，也可以应用于研究对象运动的某一中间过程，只需要知道研究对象在选取的运动过程中的初末速度就可以计算这个过程的动能变化量。由于动能定理的这些特点，动能定理常被应用于解决变力做功、曲线运动、多过程问题等方向进行解题。

在应用动能定理解题过程中需要对合外力做功进行计算，因此我们需要了解

各个力做功的特点，下面对几种力的做功特点和求解方法进行了总结：

（1）重力、电场力等保守力做功之和物体位移有关，和物体的运动路径没有关系，而摩擦力和空气阻力做功和物体运动的总路程有关，而不是位移，并且它们的方向总是和物体运动相反，所做的功为负功，在摩擦因素不变的情况下摩擦力大小也不变。

（2）方向与物体运动方向垂直的立不做功。这样的力包括物体在接触面上运动时的弹力、竖直平面内细绳或轻杆连接物体做圆周运动时的弹力、以及带电粒子在磁场中的洛伦兹力。

结论

动能定理能够简化解题过程，解决牛顿第二定律和运动学知识不能解决的物理问题，因此动能定理在高中物理的学习中非常重要，是高考考察的重要知识点，能够应用于变力做功、曲线运动、多过程问题、匀变速直线运动等很多物理题目中，帮助学生解决这些问题。本文结合自己的学习经验，介绍了本人在对动能定理的理解，和对于动能定理应用方法的一些总结，希望对与同学们学习动能定理有点一定的帮助。

参考文献

[1]动能定理应用的要点分析[J].何万龄. 中学生数理化（高一版）2015年05期

[2]积极教育理念下的物理高效课堂[J].王小艳. 山西教育（教学）2015年10期

[3]与动能定理有关的应用[J].李冰. 物理教学探讨 2015年10期