高中物理3.1探究动能变化跟做功的关系学案沪科版必修.doc

学案1探究动能变化跟做功的关系学习目标定位1.理解动能的概念，会根据动能的表达式计算物体的动能.2.能从牛顿第二定律与运动学公式导出动能定理，理解动能定理的物理意义.3.能应用动能定理解决简单的问题.4.掌握探究恒力做功与物体动能变化的实验方法一、动能、动能定理1动能(1)定义：物理学中把mv2叫做物体的动能，即Ekmv2.(2)单位：在国际单位制中，动能的单位是焦耳，简称焦，符号是J.2动能定理(1)内容：外力对物体所做的功等于物体动能的增量(2)表达式：WEk.二、实验探究：恒力做功与物体动能变化的关系1设计实验(如图1)：图1所使用的器材有：气垫导轨、滑块、光电门、计时器、气源、刻度尺、细绳、钩码等2研究计划：(1)直接验证：逐一比较力对物体所做的功与物体动能增量的大小之间的关系(2)用图像验证：根据Wmv2，由实验数据作出Wv2的图像，研究图像找出W与v2、W与m的关系.一、动能、动能定理问题设计1假设有一辆质量为m的汽车，在不变的牵引力F作用下行驶，速度由v1增加到v2，相应的行驶距离为s.那么，在此过程中，汽车的加速度多大？汽车运动的速度v1、v2跟牵引力F、距离s的关系是怎样的？答案根据牛顿第二定律有Fma由运动学公式有a由此可得v1、v2与F、s的关系为Fsmvmv.2从推导结果来看，牵引力F做的功等于什么量的变化？这个量与物体的什么因素有关？答案牵引力F做的功等于物体动能的变化物体的动能与物体的质量、速度有关要点提炼1动能(1)动能的表达式：Ekmv2.(2)对动能的理解动能的瞬时性：物体动能的大小与物体瞬时速度的大小相对应，是一个状态量动能的标矢性：动能是标量，只有大小没有方向，且总大于(v0时)或等于零(v0时)，不可能小于零(无负值)运算过程中无需考虑速度方向动能的相对性：对于不同的参考系，物体的速度不同，则物体的动能也不同没有特别指明时，都是以地面为参考系2动能定理(1)表达式：WEk2Ek1Ek.其中Ek2mv表示一个过程的末动能，Ek1mv表示这个过程的初动能W表示这个过程中合力做的功(2)关于动能定理的几点说明W的含义：所有外力所做功的代数和W与Ek的关系：合力做功是引起物体动能变化的原因如果合力对物体做正功，物体的动能增加；如果合力对物体做负功，物体的动能减少；如果合力对物体不做功，物体的动能不变动能定理的实质：功能关系的一种具体体现，物体动能的改变可由合外力做功来度量延伸思考质量为m的物体做匀减速直线运动，某时刻速度为v1，经过一段时间后速度变为v1.请思考并讨论以下问题：(1)写出物体在A、B点时的动能(2)物体由A到B的过程中，动能的变化量是多少？答案(1)EkAmv，EkBmv(2)EkEkBEkA0二、实验探究恒力做功与物体动能变化的关系1探究思路探究恒力做功与物体动能变化的关系，需要测量不同的力在不同的过程中做的功和对应的物体动能的变化量，这就需要测出物体的受力、力作用的距离和这段距离上物体的初、末速度以及物体的质量等物理量，其中比较难测量的是物体在各个位置的速度，可借助光电门较准确地测出，也可借助纸带和打点计时器来测量2实验设计用气垫导轨进行探究装置如图2所示，所使用的器材有气垫导轨、滑块、计时器、气源、刻度尺、细绳、钩码等图23实验步骤(1)用天平测出滑块的质量m.(2)按图2所示安装实验装置(3)平衡摩擦力，将气垫导轨(或长木板)没有滑轮的一端适当抬高，轻推滑块，使滑块能做匀速运动(4)让滑块通过细绳连接钩码(或小沙桶)，使钩码(或小沙桶)的质量远小于滑块的质量，滑块在细线的拉力作用下做匀加速运动，由于钩码(或小沙桶)质量很小，可以认为滑块所受拉力F的大小等于钩码(或小沙桶)所受重力的大小(5)释放滑块，滑块在细绳的拉力作用下运动，用光电门(或打点计时器)记录滑块的运动情况，求出滑块的速度v1和v2(若分析滑块从静止开始的运动，v10)，并测出滑块相应的位移s.(6)验证Fsmvmv，在误差允许范围内成立即可一、对动能定理的理解例1关于动能、动能定理，下列说法正确的是()A一定质量的物体，动能变化时，速度一定变化，但速度变化时，动能不一定变化B动能不变的物体，一定处于平衡状态C合力做正功，物体动能可能减小D运动物体所受的合外力为零，则物体的动能肯定不变解析一定质量的物体，动能变化时，物体的速度大小一定变化，所以速度一定变化；速度变化时，物体的速度大小不一定变化，所以动能不一定变化，A项正确；动能不变的物体，速度方向可能改变，不一定处于平衡状态，B项错误；合力做正功时，动能肯定增加，合力做功为零时，动能肯定不变，C项错误，D项正确答案AD二、动能定理的简单应用例2起重机钢索吊着质量m1.0103 kg的物体，以a2 m/s2的加速度由静止竖直向上提升了5 m，物体的动能增加了多少？(g取10 m/s2)解析由动能定理可知，物体动能的变化等于合外力对物体所做的功，则：EkW合由F合ma，WF合h得：EkF合hmah1.010325 J1.0104 J即物体的动能增加了1.0104 J.答案1.0104 J三、实验探究恒力做功与物体动能变化的关系例3某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“恒力做功与物体动能变化的关系”如图3所示，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小在水平桌面上相距50.0 cm的A、B两点各安装一个速度传感器，记录小车通过A、B时的速度大小小车中可以放置砝码图3(1)实验主要步骤如下：测量_和拉力传感器的总质量M1；把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；正确连接所需电路将小车停在C点，接通电源，_，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过A、B时的速度在小车中增加砝码，重复的操作(2)表1是他们测得的一组数据，其中M是M1与小车中砝码质量之和，|vv|是两个速度传感器所记录速度的平方差，可以据此计算出动能变化量Ek，F是拉力传感器受到的拉力，W是F在A、B间所做的功表格中的Ek3_，W3_.(结果保留三位有效数字)表1数据记录表次数M/kg|vv|/(m/s)2Ek/JF/NW/J10.5000.7600.1900.4000.20020.5001.6500.4130.8400.42030.5002.400Ek31.220W341.0002.4001.2002.4201.21051.0002.8401.4202.8601.430(3)根据表1作出EkW图线答案(1)小车然后释放小车(2)0.6000.610(3)如图所示1(对动能的理解)在水平路面上，有一辆以36 km/h行驶的客车，在车厢后座有一位乘客甲，把一个质量为4 kg的行李以相对客车5 m/s的速度抛给前方座位的另一位乘客乙，则行李的动能是()A500 J B200 JC450 J D900 J答案C解析行李相对地面的速度vv车v相对15 m/s，所以行李的动能Ekmv2450 J，选项C正确2(对动能定理的理解)关于运动物体所受的合外力、合外力做的功、物体动能的变化，下列说法正确的是()A运动物体所受的合外力不为零，合外力必做功，物体的动能肯定要变化B运动物体所受的合外力为零，则物体的动能肯定不变C运动物体的动能保持不变，则该物体所受合外力一定为零D运动物体所受合外力不为零，则该物体一定做变速运动，其动能要变化答案B解析关于运动物体所受的合外力、合外力做的功、物体动能的变化三者之间的关系有下列三个要点：(1)若运动物体所受合外力为零，则合外力不做功(或物体所受外力做功的代数和必为零)，物体的动能绝对不会发生变化(2)物体所受合外力不为零，物体必做变速运动，但合外力不一定做功；合外力不做功，则物体动能不变(3)物体的动能不变，一方面表明物体所受的合外力不做功；同时表明物体的速率不变(速度的方向可以不断改变)根据上述三个要点不难判断，本题只有选项B是正确的3(动能定理的简单应用)一架喷气式飞机，质量m5.0103 kg，起飞过程中从静止开始运动当位移达到s5.3102 m时，速度达到起飞速度v60 m/s，在此过程中飞机受到的平均阻力是飞机重力的0.02倍求飞机受到的平均牵引力(g取10 m/s2)答案1.8104 N解析飞机的初动能Ek10，末动能Ek2mv2；合力F做的功WFs.根据动能定理，有：Fsmv20合力F为平均牵引力F牵与平均阻力F阻之差，而阻力与重力的关系为F阻kmg(其中k0.02)，所以FF牵kmg，代入上式后解出F牵kmg把数据代入后解得：F牵1.8104 N所以飞机所受的平均牵引力是1.8104 N.4(探究恒力做功与物体动能变化的关系)质量为1 kg的重物自由下落，通过打点计时器在纸带上记录运动的过程，打点计时器所接电源为6 V、50 Hz的交流电源如图4所示，纸带上O点为重物自由下落时纸带打点的起点，选取的计数点A、B、C、D、E、F、G依次间隔一个点(图中未画出)，纸带上的数据表示各计数点与O点间的距离图4(1)求出B、C、D、E、F各点对应的速度并填入下表.计数点BCDEF速度/(ms1)(2)求出物体下落时从O点到B、C、D、E、F各点过程中重力所做的功，并填入下表.计数点BCDEF功/J图5(3)适当选择坐标轴，在图5中作出重物重力做的功与重物速度的平方之间的关系图像图中纵坐标表示_，横坐标表示_，由图可得重力所做的功与_成_关系(g取9.8 m/s2)答案见解析解析(1)由