动能定理
动能和动能的定理
动能定理与牛顿第二定律的关系
牛顿第二定律描述了力对物体运动状态改变 的作用，即F=ma，其中F为作用力，m为质 量，a为加速度。而动能定理则描述了力对物 体动能改变的作用，即合外力对物体所做的 功等于物体动能的变化。
动能定理可以看作是牛顿第二定律在动能方 面的应用，因为物体的加速度与作用力成正 比，而物体的动能与速度平方成正比，所以 当力作用在物体上使其加速时，物体的动能
动能定理对于理解能量守恒定律的意义
动能定理是能量守恒定律在动力学中 的具体表现，通过动能定理可以深入 理解能量守恒定律的内涵和应用。
VS
动能定理表明，力对物体所做的功等 于物体动能的改变量，这有助于我们 更好地理解能量的转化和守恒，以及 物体运动状态的改变。
05 动能定理的深入思考
动能定理与势能、内能的关系
动能的特点
动能是标量，只有大 小，没有方向。
动能是状态量，与过 程无关，只与物体在 某一时刻的状态有关。
动能是相对量，与参 考系的选取有关。
动能与其他物理量的关系
动能与动量关系
P=mv，其中P为物体的动量，单位是 千克·米/秒(kg·m/s)。
动能与能量关系
动能是能量的一种形式，是物体机械 运动的能量，其他形式的能量可以转 化为动能。
也会相应增加或减少。
动能定理与相对论的关系
在相对论中，物体的动能不再是经典力学中的1/2mv^2， 而是与物体的质量和速度相关的更复杂的表达式。但动 能定理的基本思想仍然适用，即合外力对物体所做的功 等于物体动能的改变。
相对论中的动能关系式为E_k = (m_0c^2 + E_k') / √(1-v^2/c^2)，其中E_k为物体的动能，m_0为物体的 静止质量，E_k'为物体因运动而具有的内部能量，v为物 体的速度，c为光速。这个公式可以看作是经典力学中动能的定理表述
动能定理
• 质量为 的小球被系在轻绳的一端，在竖直平面 质量为m的小球被系在轻绳的一端， 的小球被系在轻绳的一端 内作半径为R的圆周运动 运动过程中 内作半径为 的圆周运动.运动过程中，小球受到 的圆周运动 运动过程中， 空气阻力的作用， 空气阻力的作用，在某一时刻小球通过轨道最低 点时绳子的拉力为7mg，此后小球继续作圆周运 ， 点时绳子的拉力为 动，转过半个圆周恰好通过最高点，则此过程中 转过半个圆周恰好通过最高点， 小球克服阻力所做的功为多大？ 小球克服阻力所做的功为多大？
解析：对全过程应用由动能定理： 解析：对全过程应用由动能定理：
mgh − fs = 0得s =
mgh h = = 3m µmg µ
3 = 6倍 0.5
相当于BC段长度的n =
例题1:一质量为 的小球 例题 一质量为m的小球，在光滑 一质量为 的小球， 水平面上，在拉力F的作用下沿半 水平面上，在拉力 的作用下沿半 作匀速圆周运动， 径r作匀速圆周运动，当外力增至 作匀速圆周运动 8F，使小球半径变为 仍做匀速 ，使小球半径变为r/2仍做匀速 圆周运动，求小球由r变为 变为r/2的过 圆周运动，求小球由 变为 的过 程中外力对小球所做的功？ 程中外力对小球所做的功？
3Fr WF = 2
v1
F
α
从而可以看出略去中间过程，解决了变力做功问题。 从而可以看出略去中间过程，解决了变力做功问题。 v2
8F
• 如图所示，一个物体从斜面上高h处由静止滑下 如图所示，一个物体从斜面上高 处由静止滑下 并紧接着在水平面上滑行一段距离后停止， 并紧接着在水平面上滑行一段距离后停止，测得 停止处与开始运动处的水平距离为s， 停止处与开始运动处的水平距离为 ，不考虑物体 滑至斜面底端的碰撞作用， 滑至斜面底端的碰撞作用，并认为斜面与水平面 对物体的动摩擦因数相同，求动摩擦因数µ. 对物体的动摩擦因数相同，求动摩擦因数
动能 动能定理
动能与动能定理
• 动能：
定义：物体由于运动而具有的能量叫做动能 公式：EK=½mv² 单位、标量、状态量
• 动能定理
公式：W总=Ek2-EK1
• 动能定理适用范围
动能定理：合力对物体做功，等于物体这个过程中的动能的变化
不仅适用于直线运动，也适用于曲线运动。 不仅适用于恒力作用，也适用于变力作用。 不仅适用于单过程，也适用于多过程。
例3、 一质量为m的小球从的光滑曲 面高为h处从静止开始下滑，到达底端 时进入粗糙的水平面，在水平面上滑行 了x后停下来，求小球在水平面受到的阻 力。
h
x
Hale Waihona Puke
高三物理动能定理
程中克服摩擦力做的功．
解：(1)由B到C平抛运动的时间为t 竖直方向：hBc=s sin37o=1/2gt2 （1） 水平方向：s cos370=vBt 代入数据，解（1）（2）得 (2) A到B过程，由动能定理有 （ 2） vB=20m/s （3）
1 2 mghAB W f mvB 2
代入数据，解（3）（4）得 Wf ＝－3000J
2 1 1 2 WF mgS mv83 0.1 4 10 167 4 2 2 676J 2 2
028.上海普陀区08年1月期末调研试卷23
23、如图所示，一个质量为m的圆环套在一根固
定的水平直杆上，环与杆间的动摩擦因数为 µ 。
现给环一个向右的初速度v0，如果环在运动过程
F1 mg ma1 F2 mg ma2
12 0 -4
F/N
2 4 6 8 10 12 14 16 t/s
加速度为a2=-2m/s2
画出v-t 图像如图示， 在一个4秒时间内的位移为8m， 84s内的位移等于21×8=168m 由图像和比例关系知：在3s末物体的速度大小为2m/s, 在3—4秒时间内的位移为1m， 83s末物体的速度大小为v83=2m/s ， 83内物体的位移大小为S=167m， v/ ms-1 4 t/s 0 2 4 6 8 10 12 80 82 84 1 2 WF mgS mv83 由动能定理 力F对物体所做的功为
6、 应用动能定理解题的注意事项： ①要明确物体在全过程初、末两个状态时的动能；
②要正确分析全过程中各段受力情况和相应位移， 并正确求出各力的功；
③动能定理表达式是标量式，不能在某方向用速度 分量来列动能定理方程式：
④动能定理中的位移及速度，一般都是相对地球而 言的．
动能定理
对动能定理的理解及应用（1）动能定理：合外力做功等于动能的变化。
（2）公式：W合= E k末- E k初(3)理解：①物理意义：动能定理实际上是一个质点的功能关系，揭示了外力对物体所做的总功与物体动能变化之间的关系，即外力对物体做的总功对应着物体动能的变化，变化的大小由做功的多少来决定。
②动能定理虽然是在物体受恒力作用，沿直线做匀加速直线运动的情况下推导出来的，但是对于外力是变力或物体做曲线运动，动能定理都成立，要对动能定理适用条件(不论外力是否为恒力，也不论物体是否做直线运动，动能定理都成立)有清楚的认识。
③动能定理提供了一种计算变力做功的简便方法。
功的计算公式w=Fscosa只能求恒力做的功，不能求变力的功，而由于动能定理提供了一个物体的动能变化△Ek与合外力对物体所做功具有等量代换关系，因此已知(或求出)物体的动能变化△Ek，就可以间接求得变力做功。
④它描述了力作用一段位移(空间积累)的效果——产生动能变化。
⑤应用动能定理解题的优点：动能定理对应的是一个过程，它只涉及到物体初、末状态的动能和整个过程中合外力的功，无需注意其中运动状态变化的细节，且涉及的功和能均为标量无方向性，计算十分方便，因而当遇到不涉及加速度和时间而涉及力、位移、质量、速度、功和动能等物理量大小的力学问题时，优先考虑用动能定理。
用动能定理求解一般比用牛顿第二定律和运动学公式求解来得简便，甚至还能解决牛顿定律和运动学公式难以解决的问题，动能定理解题优于动力学方法，是解决力学问题的重要方法。
【典型例题】1、将质量m=2kg的一块石头从离地面H=2m高处由静止开始释放，落入泥潭并陷入泥中h=5cm深处，不计空气阻力，求泥对石头的平均阻力。
（g取10m/s2）Hh2-7-22、从离地面H高处落下一只小球，小球在运动过程中所受的空气阻力是它重力的k吧（k<1）倍,而小球与地面相碰后，能以相同大小的速率反弹，求：（1）小球第一次与地面碰撞后，能够反弹起的最大高度是多少？（2）小球从释放开始，直至停止弹跳为止，所通过的总路程是多少？3、如图4所示，AB为1/4圆弧轨道，半径为R=0.8m，BC是水平轨道，长S=3m，BC处的摩擦系数为μ=1/15，今有质量m=1kg的物体，自A点从静止起下滑到C点刚好停止。
动能定理物体动能与功的关系
动能定理物体动能与功的关系动能定理是物理学中一个重要的定理，它描述了物体的动能与所受的做功之间的关系。
本文将详细介绍动能定理，并探讨物体动能与功之间的关系。
一、动能定理的定义和表达式动能定理是描述物体动能变化的定理。
它可以表达为：物体的动能变化等于物体所受的净外力所做的功。
动能定理的数学表达式为：物体的动能的变化量等于物体所受的净外力所做的功的总和。
数学表达式为：ΔKE = W_net其中，ΔKE表示物体动能的变化量，W_net表示物体所受的净外力所做的功的总和。
二、物体动能与功的关系根据动能定理，物体的动能的变化量等于物体所受的净外力所做的功的总和。
这意味着，当一个物体所受的净外力做功时，它的动能会发生变化。
1. 净外力与功的关系在动能定理中，功是由物体所受的净外力所做的。
净外力是指物体所受的所有作用力的矢量和。
功可以由净外力的大小和方向以及物体位移的大小和方向来计算。
2. 功对动能的影响根据动能定理，物体的动能的变化量等于物体所受的净外力所做的功的总和。
如果物体所受的净外力所做的功为正值，那么物体的动能将增加；如果功为负值，物体的动能将减小；如果功为零值，物体的动能将保持不变。
3. 动能与功的关系示例例如，当一个人用力推动一辆静止的小车，小车受到的作用力将进行功，将其推动到一定的位移。
这时，小车的动能将增加，同时也可以通过功的大小来计算增加的动能。
另一个示例是，当一个物体从高处自由下落时，在下落过程中，重力对物体进行功，使其动能增加。
这也可以通过功的大小来计算物体的动能增加量。
三、总结动能定理是描述物体动能与所受的净外力所做的功之间的关系的定理。
根据动能定理，物体的动能的变化量等于物体所受的净外力所做的功的总和。
净外力的大小和方向以及物体位移的大小和方向都会影响功的大小，进而影响物体动能的变化。
在实际问题中，我们可以利用动能定理来分析物体的运动情况和动能的变化。
通过计算功的大小和方向，我们可以了解物体动能的增加或减少，从而加深对动能和功之间关系的理解。
高中物理动能定理的内容与公式
高中物理动能定理的内容与公式高中物理动能定理公式是W=(1/2)mV₁²-(1/2)mVo²=Ek₂-Ek₁，W为外力做的功，Vo是物体初速度，V₁是末速度，Ek₂表示物体的末动能，Ek₁表示物体的初动能。
W是动能的变化，又称动能的增量，也表示合外力对物体做的总功。
动能定理研究的对象是单一的物体，或者可以称单一物体的物体系。
动能定理的计算式是等式，一般以地面为参考系。
动能定理适用于物体的直线运动，也适应于曲线运动;适用于恒力做功，也适用于变力做功;里可以是分段作用，也可以是同时作用，只要可以求出各个力的正负代数和。
拓展阅读：高中物理动能定理的知识点动能定理的基本概念合外力做的功，等于物体动能的改变量，这就是动能定理的内容。
动能定理还可以表述为：过程中所有分力做的功的代数和，等于动能的改变量。
这里的合外力指研究对象受到的所有外力的合力。
动能定理的表达式动能定理的基本表达式：F合s=W=ΔEk;动能定理的其他表示方法：∫Fds=W=ΔEk;F1s1+F2s2+F3s3+……=ΔEk;功虽然是标量，但有正负一说。
最为严谨的公式是第二个公式;最常用的，有些难度的却是第三个公式。
动能定理根源我们来推导动能定理，很多学生可能认为这是没有必要的，其实恰恰相反。
近几年的高考物理试题，特别注重基础知识的推导和与应用。
理解各个知识点之间的关联，能够帮你更好的理解物理考点。
在内心理解了动能定理，知道了它的本源，才能在考试中科学运用动能定理来解题。
动能定理的推导分为如下两步：(1)匀变速直线运动下的动能定理推导过程物体做匀变速直线运动，则其受力情况为F合=ma;由匀变速直线运动的公式：2as=v2-v02;方程的两边都乘以m，除以2，有：mas=½(mv2-v02)=Ek2-Ek1=ΔEk;上述方程的左端mas=F合s=W;因此有：F合s=W=ΔEk;这就是动能定理在匀变速直线运动情况下的推导过程。
理论力学 动能定理
第11章动能定理即质点系的动能等于其随质心平BCθABθCPA2rOr C力的功2rOr CAP2rOr CAP2rOr CAPs汽车驱动问题能量角度：汽缸内气体爆炸力是内力，不改变汽车的动量，但使汽车的动能增加。
动量角度：地面对后轮的摩擦力是驱动力，使汽车的动量增加，但不做功，不改变汽车的动能。
内力不能改变质点系的动量和动量矩，但可以改变能量；外力能改变质点系的动量和动量矩，但不一定能改变能量。
例题11-8水平悬臂梁AB，B端铰接滑轮B，匀质滑轮质量m1，半径r；绳一端接滚，轮C，半径r，质量m2视为质量集中在边缘；绳另端接重物D，质量m3。
求重物加速度。
CωDv BωCv 解：末位置是一般位置hconst 01==T T =2T 2321D v m 221B B J ω+221CP J ω+运动学关系rr v v B C C D ωω===2121rm J B =2222222rm r m r m J P=+=2321222121Dv m m m T ⎟⎠⎞⎜⎝⎛++=gh m W 312=CωDv BωCv h1212W T T =−gh m T v m m m D 30232122121=−⎟⎠⎞⎜⎝⎛++对t 求导h g m vv m m m D D &&33210)221(=−++Dv h =&D D a v=&gm m m m a D 3213221++=例11-9匀质圆盘和滑块的质量均为m。
圆盘的半径为r。
杆平行于斜面，其质量不计。
斜面的倾斜角为θ。
圆盘、滑块与斜面的摩擦因数均为μ。
圆盘在斜面上作纯滚动。
试求滑块下滑加速度。
1212W T T =−01=T 2222212121mvJ mv T A ++=ω解()sF F mgs mgs W B A +−+=θθsin sin 12θμcos mg F F B A ==取导221,mrJ v r A ==ω2245mvT =()θμθcos sin 2452−=gs v a v v s==&&,()θμθcos sin 54−=g a F A 是静摩擦力，理想约束，不作功。
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动能定理计算题
1长为l、质量为m的质量为2kg的物块A在弹簧上处于静止,如图所示。
弹簧的刚性系数k为400N/m。
现将质量为4kg 的物块B放置在物块A上,刚接触就释放它。
求:(1)弹簧对两物块的最大作用力;(2)两物块得到的最大速度。
2已知均质圆轮绕轴O转动,轮的重量为P,半径为R,其上作用一主动力偶M,重物的质量为m,计算重物上升的加速度a。
3质量为m长为l的均质杆,可绕O轴转动。
图示瞬时其角速度为,角加速度为。
求该均质杆
的动量P、动量矩和动能T 。
4质量为m长为l的均质杆OA,可绕O轴转动,图示为初始水平位置,由静止释放,求
(1)计算杆初始瞬时的角加速度;
(2)计算杆初始瞬时O的支座约束力;
(3)计算杆转动到铅垂位置时的角速度。
5均质圆柱体A的质量为m,在外圆上绕以细绳,绳的一端B固定不动,如图所示。
当BC铅垂时圆柱下降,其初速度为零。
求当圆柱体的轴心降落了高度h时轴心的角速度和绳子的拉力。
6图示质量为m,半径为r的均质圆柱,开始时其质心位于与OB同一高度的点C。
设圆柱由静止沿斜面作纯滚动,当它滚到半径为R的圆弧AB上时,求在图示位置对圆弧的正压力和摩擦力。
7均质实心圆柱体A和薄铁环B的质量均为m,半径均为r,两者用杆AB铰接,无滑动地沿斜面滚下,斜面与水平面的夹角为,如图所示。
如不计杆的质量,求杆AB的加速度和杆的内力。
θ
sin
7
4
g
a=
8在图所示机构中,已知:匀质轮C作纯滚动,半径为r,质量为m3,鼓轮B的内径为r,外径为R,对其中心轴的回转半径为ρ,质量为m2,物A的质量为m1。
绳的CE段与水平面平行,系统从静止开始运动。
试求:
(1)物块A下落距离s时轮C中心的速度与加速度;(2)绳子AD段的张力。
9塔轮C质量,,对轮心(质心)C的回转半径为;小半径上缠绕无重细绳,绳水平拉出后绕过质量为的轮B,悬挂一质量为的重物A,如图所示,试求(1)若塔轮与水平地面之间是纯滚动,求重物下降h时,塔轮轮心C的速度和加速度。
(2)此时各段绳拉力,以及轮B的支座反力。
3、塔轮质量m=200kg，大半径R=600mm，小半径r=300mm，对轮心C的回转半径ρC=400mm ，质心在几何中心C。
小半径上缠绕无重细绳，绳水平拉出后绕过无重滑轮B悬挂一质量为m A=80kg的重物A。
若塔轮和水平地面间为纯滚动，试求（1）C点加速度；（2）塔轮上绳的张力及摩擦力。
（例12-13）
2222222222222221111,()2221()()()2
()()()() 2.115rad/s ()()()0.635m/s C C A A C A C A A A A C A A A C A A T mv J m v v R v R r T m R m R r P m gv m g R r dT d P m R m R r m g R r dt dt
m g R r m R m R r a R r ωωωρωωωρωωαρα=++==-⎡⎤=++-==-⎣⎦⎡⎤=⇒++-=-⎣⎦-==++-=-=∑∑（）求加速度
，其中：，2
1.269m/s C a R α==，112733N 499N
A A T T C T T T m a m g F F ma F F F F F =-⇒==-⇒==（）求张力和摩擦力
研究重物：研究塔轮：，
22
22221222
22212111110
()()222222
32
sin 23(1sin ) (a)222(1sin )(1sin )a 33A B O O A O B O A i i A A A mR mR T T mv mv v v R R T mv k W mgS maS S k T T W mv mgS S mgS kS mg kS v a m m
ωωωωαααα==+++===⇒==+--=⇒=+-+-+-==∑∑（）求速度和加速度
，其中；；对（）求时间导数，得221(1sin )26s s d v mg kS mR F R F dt R α+-⎛⎫=⇒= ⎪⎝⎭（）求摩擦力
10行星齿轮传动机构放在水平面内,如图所示。
已知动齿轮半径为r,质量为m1,可看成为均质圆盘;曲柄OA,质量为m2,可看成为均质杆;定齿轮半径为R。
在曲柄上作用常力偶矩M,使此机构由
静止开始运动。
求曲柄转过角后的角速度和角加速度。
11如图所示,半径为,质量为的圆轮I沿水平面作纯滚动,在此轮上绕一不可伸长绳子,绳的一
端绕过滑轮II后悬挂一质量为的物体M,定滑轮II的半径为,质量为,圆轮I和滑轮II可视为均质圆盘。
系统开始处于静止。
求重物下降h高度时圆轮I质心的速度,并求绳的拉力。
12重物A质量为m,系在绳子上,绳子跨过不计质量的固定滑轮D,并绕在鼓轮B上,如图所示。
由于重物下降带动了轮C,使它沿水平轨道滚动而不滑动。
设鼓轮半径为r,轮C的半径为R,两者固连
在一起,总质量为M,对于其水平轴O的回转半径为。
求(1)重物A下降的加速度;(2)轮C与地面接触点处的静摩擦力;(3)轴承E的约束反力。
K
F
T
F
N
F
s
F
mg
13已知均质细杆的质量为m,长为l,可绕一端O铰在铅直平面内转动。
设将杆拉到铅垂位置,从静止释放。
试求杆转至水平位置时的角速度,角加速度及O处的约束力。
14图示系统中,重物A质量为3m,滑轮B和圆柱O可看作均质圆柱,质量均为m,半径均为R,弹簧常数为k,初始时弹簧为原长,系统从静止释放。
若圆柱O在斜面上作纯滚动,且绳与滑轮B之间无相对滑动,B轴光滑,弹簧和绳的倾斜段与斜面平行。
试求当重物A下降距离S时重物的速度。
9－6均质实心圆柱体A和薄铁环B的质量均为m，半径都等于r，两者用杆AB铰接，无滑动地沿斜面滚下，斜面与水平面的夹角为 ，如图所示。
如杆的质量忽略不计，求杆AB的加速度和杆的内力。