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        動能定理的簡介與應用分析

        2018-12-21 21:23:46周澤楷湖南省長沙市第一中學
        數碼世界 2018年2期
        關鍵詞:動能定理外力質心

        周澤楷 湖南省長沙市第一中學

        動能定理是高中物理學習中的重點定理,在物理學習中有著廣泛的應用,既可以應用在直線運動問題中,也可以應用在曲線運動中,既滿足恒力做功的要求,也適合應用在變力做功中,不僅可以解決單一過程問題,也能夠解決多過程問題,常常與其他知識點結合起來考察我們對物理問題的掌握情況。

        動能定理在物理問題的解答上,有顯著的優(yōu)越性,物體從初始狀態(tài)運動到末運動過程,不需要考慮物體的運動軌跡、運動性質、做功力的類型,可以有效簡化物理問題的分析過程。應用傳統(tǒng)的牛頓運動定律,涉及的問題較多,我們需要仔細關注運動過程中的細節(jié)問題,在借助動能定理時,只需要關注外力做功以及初、末狀態(tài)動能,并將運動狀態(tài)合并在全過程。一般情況下,只要不涉及時間、加速度,就可以采用動能定理來解決相關問題。

        1 關于動能定理的表述與應用

        在高中物理教材中,動能定理的表述有兩種:

        第一種:作用在物體上合外力功與物體動能增量相等;

        第二種:作用在物體上外力做功之和與物體動能增量相等。

        關于上述表述,雖然相似,但是其表達的含義并不相等,目前我們多采用第一種表述方法。

        如,在光滑桌面上,放置質量m的物體,兩邊均設置了焊接勁度系數k的水平輕彈簧,在彈簧兩邊,采用方向相仿、大小相等的水平力緩緩壓縮,其中,合外力做功為0,動能增量也是0,這與第一種表述方法是相符的。如果彈簧形變量是x,那么外力做功和就是kx2,但是從總體來看,力學組動能增量是0,可以看出,第二種表述與實驗之間存在矛盾。

        那么,將勁度系數k為輕彈簧,連接質量為m的振子,在光滑水平面上,做簡諧振動,系統(tǒng)質心動能在時間的變化下,會發(fā)生變化,但是,在這一過程中,外力是不做功的,應該怎樣解釋呢?

        對于這一問題,我們可以這樣分析,外力元功和就是合外力,假設振元子位移是,那么合外力元功就是dx,外力做功合是0,根據機械能守恒定律,動能與勢能之間是可以相互轉化的。在合外力的影響下,勢能與動能之間實現了相互轉化,而合外力元功總和并不是0,在這一因素的影響下,振動系統(tǒng)質心動能會在時間的變化下,出現變化。因此,作用在系統(tǒng)上的合外力,所做元功與元增量相同,這是滿足動能定理要求的。

        從這一理論,我們可以聯想到汽車在水平水泥地面做功的問題,在這一過程中,外力是不做功的,在汽車加速運動過程中,內力的做功不會增加質心動能,那么為什么在運動過程中,質心動能會增加呢?究其根本原因,是由于外力與內力之間的正功相互抵消,摩擦力合力做的是正功,會增加質心的動能。

        2 如何對動能定理內涵產生正確的理解

        3 結束語

        動能定理是高中物理學習的重點,在應用動能定理來解決問題時,我們需要關注過程量與狀態(tài)量,選擇好研究對象,對物體運動過程,受力情況進行詳細的分析,確定好初末狀態(tài)。對于復雜的物理問題,可以先劃分物理過程,再進行受力分析。

        [1]王承金.注重過程感受精彩——關于《動能 動能定理》一節(jié)的教學設計與反思[J]. 中學物理教學參考 2015年17期

        [2]魏鐵道.利用模型法巧解動能定理的多過程問題[J].考試周刊2015年91期

        [3]鄭其豐.利用原有認知 促生思維型課堂——新課程理念下“動能和動能定理”的教學設計[J].物理教學探討 2015年12期

        [4]丁江南.選擇用牛頓運動定律還是動能定理解題困惑的分析和對策[J].中學物理 2015年23期

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