高中物理 第3章 动能的变化与机械功 3.1 探究动能变化跟做功的关系课件 沪科版必修2.ppt

3 1探究动能变化跟做功的关系 第3章动能的变化与机械功 学习目标 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 内容索引 重点探究启迪思维探究重点 达标检测检测评价达标过关 自主预习预习新知夯实基础 自主预习 一 动能 动能定理 1 动能 1 定义 物理学中把叫做物体的动能 2 表达式 ek 3 动能是 填 标量 或 矢量 是 填 过程 或 状态 量 4 单位 动能的国际单位是 简称 用符号j表示 标量 状态 焦耳 焦 2 动能定理 1 内容 外力对物体所做的功等于物体动能的 2 表达式 w 3 说明 ek ek2 ek1 ek2为物体的 ek1为物体的 增量 ek 末动能 初动能 二 恒力做功与物体动能变化的关系 1 设计实验 如图1 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 2 制定计划 图1 1 直接验证 逐一比较力对物体所做的功与物体动能的大小之间的关系 2 用图像验证 根据w 由实验数据作出及的关系图像 光电门 增量 w与v2 w与m 即学即用 1 判断下列说法的正误 1 某物体的速度加倍 它的动能也加倍 2 两质量相同的物体 动能相同 速度一定相同 3 合外力做功不等于零 物体的动能一定变化 4 物体的速度发生变化 合外力做功一定不等于零 5 物体的动能增加 合外力做正功 答案 2 一个质量为0 1kg的球在光滑水平面上以5m s的速度匀速运动 与竖直墙壁碰撞以后以原速率被弹回 若以初速度方向为正方向 则小球碰墙前后速度的变化为 动能的变化为 答案 10m s 0 重点探究 导学探究 1 一质量为m的物体在光滑的水平面上 在水平拉力f作用下运动 速度由v1增加到v2的过程通过的位移为s 则v1 v2 f s的关系是怎样的 一 对动能和动能定理的理解 答案根据牛顿第二定律f ma 答案 2 从推导结果知 水平力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 答案水平力f做的功等于物体动能的变化 动能与物体的质量和速度有关 答案 知识深化 1 动能是标量 没有负值 与物体的速度方向无关 2 动能是状态量 具有瞬时性 与物体的运动状态 或某一时刻的速度 相对应 3 动能具有相对性 选取不同的参考系 物体的速度不同 动能也不同 一般以地面为参考系 4 物体动能的变化量是末动能与初动能之差 即 ek 若 ek 0 则表示物体的动能增加 若 ek 0 则表示物体的动能减少 2 对动能定理w ek的理解 1 动能定理的实质 动能定理揭示了合外力对物体做功与物体动能的变化之间的定量关系和因果联系 合外力做功是因 动能变化是果 动能的改变可由合外力做的功来度量 合外力对物体做了多少功 物体的动能就变化多少 合外力做正功 物体的动能增加 合外力做负功 物体的动能减少 2 动能定理的适用范围 动能定理是在物体受恒力作用且做直线运动的情况下得出的 对于外力是变力 物体做曲线运动 物体经历多过程的情况同样适用 例1下列关于动能的说法正确的是a 两个物体中 速度大的动能也大b 某物体的速度加倍 它的动能也加倍 物体的质量不变 c 做匀速圆周运动的物体动能保持不变d 某物体的动能保持不变 则速度一定不变 答案 解析 解析动能的表达式为ek mv2 即物体的动能大小由质量和速度大小共同决定 速度大的物体的动能不一定大 故a错误 速度加倍 物体 质量不变 的动能变为原来的4倍 故b错误 质量一定时 速度只要大小保持不变 动能就不变 故c正确 d错误 例2在光滑水平面上 质量为2kg的物体以2m s的速度向东运动 若对它施加一向西的力使它停下来 则该外力对物体做的功是a 16jb 8jc 4jd 0 答案 解析 导学探究 观察分别用如图2甲 乙两套实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系 思考下面问题 以上两套实验操作有何不同之处 图2 二 实验探究 恒力做功与物体动能变化的关系 答案甲图用的是打点计时器乙图用的是光电门 答案 知识深化 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乙所示 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 3 实验步骤 1 用天平测出滑块的质量m 2 按图所示安装实验装置 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 v1 0 并测出滑块相应的位移s 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的拉力的大小 在水平桌面上相距50 0cm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 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 答案 图3 小车 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 答案 然后释放小车 2 下表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 v22 v12 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 数据记录表 答案 0 600 0 610 3 根据表格中的数据在图4中作出 ek w图线 答案 图4 答案如图所示 达标检测 1 对动能的理解 多选 关于动能的理解 下列说法中正确的是a 一般情况下 ek mv2中的v是相对于地面的速度b 动能的大小由物体的质量和速率决定 与物体的运动方向无关c 物体以相同的速率向东和向西运动 动能的大小相等 方向相反d 当物体以不变的速率做曲线运动时其动能不断变化 解析动能是标量 由物体的质量和速率决定 与物体的运动方向无关 动能具有相对性 无特别说明 一般指相对于地面的动能 答案 解析 1 2 3 4 2 对动能定理的理解 有一质量为m的木块 从半径为r的圆弧曲面上的a点滑向b点 如图5所示 如果由于摩擦使木块的运动速率保持不变 则以下叙述中正确的是a 木块所受的合外力为零b 因木块所受的力都不对其做功 所以合外力做的功为零c 重力和摩擦力的合力做的功为零d 重力和摩擦力的合力为零 答案 解析 1 2 3 4 图5 解析木块做曲线运动 速度方向变化 加速度不为零 故合外力不为零 a错 速率不变 动能不变 由动能定理知 合外力做的功为零 而支持力始终不做功 重力做正功 所以重力做的功与摩擦力做的功的代数和为零 但重力和摩擦力的合力不为零 c对 b d错 1 2 3 4 3 动能定理的简单应用 一质量m 1kg的物体以20m s的初速度被竖直向下抛出 物体离抛出点高度h 5m处时的动能是多大 g取10m s2 不计空气阻力 答案 解析 1 2 3 4 答案250j 4 探究恒力做功与物体动能变化的关系 某同学利用落体法探究做功与物体动能变化的关系时 设计了如图6甲所示的实验 即将打点计时器固定在铁架台上 连接重物的纸带穿过打点计时器的限位孔 让重物靠近打点计时器 接通电源后 使纸带呈竖直状态由静止释放 重物带动纸带下落后通过打点计时器打出计时点 其中在某次操作中打出的纸带如图乙所示 该同学选取了第一个比较清晰的点作为计数点o 然后通过测量使oa ab bc 并将a b c三点依次选为计数点 通过测量的数据和纸带记录的时间得出了va 0 12m s vb 0 17m s vc 0 21m s 请根据以上的数据验证重力对重物所做的功与重物速度的平方成正比 解析 答案 1 2 3 4 图6 答案见解析 解析设由o到a的