动能定理

1定理内容
概念
动能具有瞬时性，是指力在一个过程中对物体所做的功等于在这个过程中动能的变化。

动能是状态量，无负值。

合外力(物体所受的外力的总和，根据方向以及受力大小通过正交法[1]能计算出物体最终的合力方向及大小) 对物体所做的功等于物体动能的变化。

即末动能减初动能。

表达式
其中，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。

1.动能定理研究的对象是单一的物体，或者是可以堪称单一物体的物体系。

2.动能定理的计算式是等式，一般以地面为参考系。

3.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；力可以是分段作用，也可以是同时作用，只要可以求出各个力的正负代数和即可，这就是动能定理的优越性。

2定理1
内容
质点系所有外力做功之和加上所有内力做功之和等于质点系总动能的改变量。

和质点动能定理一样，质点系动能定理只适用于惯性系，因为外力对质点系做功与参照系选择有关，而内力做功却与选择的参照系无关，因为力总是成对出现的，一对作用力和反作用力（内力）所做功代数和取决于相对位移，而相对位移与选择的参照系无关。

动能定理的内容：所有外力对物体总功，（也叫做合外力的功）等于物体的动能的变化。

动能定理的数学表达式：
动能定理只适用于宏观低速的情况，因为在相对论中F=ma是不成立的[1]，质量随速度改变。

而动量定理可适用于世界上任何情况。

（前提是系统中外力之和为0）
物体由于运动而具有的能量. 用Ek表示。

表达式：
，动能是标量也是状态量。

单位：焦耳(J) 1kg*m^2/s^2 = 1J
(2) 动能定理内容:合外力做的功等于物体动能的变化。

表达式：
适用范围
恒力做功、变力做功、分段做功、全程做功等均可适用。

动量定理与动能定理的区别
动量定理Ft=mv2-mv1反映了力对时间的累积效应，是力在时间上的积分。

动能定理Fs=1/2mv^2-1/2mv0^2反映了力对空间的累积效应，是力在空间上的积分。

3质点
内容：合外力做功等于物体动能的增量.
表达式：△W=△Ep
1.定理的使用对象是质点.
2.合外力的求法符合平行四边形法则.
2‘.∑W=W1+W2+W3+...+Wn
3.功是力在空间上的积累效果，也称为力对位移的积分，这从功的定义式（如W=Fs cosa）中可以看出，因此动能定理描述的是一段过程的变化。

4.动能没有负值，但动能增量（末动能减初动能）可能为正，可能为负，也可能是零。

4‘.△Ek表示动能的增量。

一般△都表示末状态量减去初状态量.
5.动能的增量为零，则合外力做功为零。

但此时合外力不一定为零，各分力做功也不一定都为零，请特别注意.（举例：水平面上的匀速圆周运动）
6.应用动能定理时，要注意参考系的一致。

即所有物理量（如位移，速度）都取自同一参考系（参照物）。

7.参考系应选用惯性系。

8.动能定理刻画了合外力的功与动能之间的变化关系。

同样的，其他性质的力和其相应能量之间的也有类似的恒等关系式，我们统称其为功能关系。

在动能定理的基础上运用功能关系进行恒等变换，加以条件限制，便得出了一系列守恒定律，如机械能守恒定律等。

条件限制对于这些守恒定律是很重要的，如机械能守恒定律的条件是除重力、弹力外没有其他力做功。

9.动能定理、功能关系、能量守恒定律，虽然其表现形式和意义都不尽相同，但都是等价的。

解决问题时，只需采用其中一个即可。

4系统
由质点的动能定理，我们还可以得出更一般的系统的动能定理。

系统各组分合外力做功的代数和等于系统各组分动能增量的代数和
∑（∑W）=∑（△Ek）
在大多数情况下，系统各组分之间相互做的功其代数和都是零，此时应用系统的动能定理更为方便.但当系统各组分之间相互做功代数和不为零（如存在弹簧，相互引力、斥力等）的情况，应考虑内力做功，特别注意！
FScosα代表作用在运动质点上的合外力的功（α代表力和水平方向的夹角）。

应从动能定理深入领会“功”和“动能”两个概念之间的区别和联系。

动能是反映物体本身运动状态的物理量。

此定理体现了功和动能之间的联系。

称为定理的原因是因为它是从牛顿定律，经数学严格推导出来的，并不能扩大其应用范围。

由于动能定理不涉及物体运动过程中的加速度和时间，不论物体运动的路径如何，因而在只涉及位置变化与速度的力学问题中，应用动能定理比直接运用牛顿第二定律要简单。

5解题步骤
分析
（1）确定研究对象，研究对象可以是一个质点（单体）也可以是一个系统。

（2）分析研究对象的受力情况和运动情况，是否是求解“力、位移与速度关系”的问题。

（3）若是，根据∑W=△Ek1列式求解。

推导
对于匀加速直线运动有：
由牛顿第二运动定律得
F=ma①
匀加速直线运动规律有：
s=((v2)^2-(v1)^2)/(2a)②
①×②得：
Fs=(1/2)m(v2)^2-(1/2)m(v1)^2
外力做功W=Fs，记Ek1=(1/2)m(v1)^2，Ek2=(1/2)m(v2)^2
即W=Ek2-Ek1=△Ek
对于非匀加速直线运动：
进行无限细分成n段，于是每段都可看成是匀加速直线运动（微分思想）
对于每段运动有：
W1=Ek1-Ek0
W2=Ek2-Ek1
……
Wn=Ekn-Ekn-1
将上式全部相加得
∑W=Ekn-Ek0=△Ek 推导完毕。