高中物理 第2章 能的转化与守恒 第1节 动能的改变课件 鲁科版必修2.ppt

第2章能的转化与守恒 第1节动能的改变 教师备课参考 核心素养养成目标 物理观念1 理解动能的概念 会用动能的定义式进行计算 2 通过实验探究 理解恒力做功与动能变化之间的关系 3 理解动能定理 能从理论上推导动能定理 并能应用动能定理解决实际问题 科学思维与科学探究1 让学生将生活实际与物理概念相联系 通过具体事例引出动能 2 让学生体会理论推导与实验探究相结合的过程 再通过实例展示动能定理的应用 科学态度与责任1 通过动能的学习 体会物理规律与生活的联系 2 渗透用不同方法处理同一问题 并会选择用最优的方法处理问题的思想 教学重难点 教学重点1 理解动能的概念 2 理解动能定理 并能用动能定理解释生产生活中的现象 教学难点动能定理的探究及应用 感悟解题规律 探寻基本知识 测评学习效果 探寻基本知识 树立物理观念 知识点一 动能 情境导学 如图所示 小车以速度v1匀速运动 小车上的小球以速度v2 v2 v1 向前匀速运动 1 小球相对于地面的动能和相对于小车的动能相等吗 2 小球的动能和哪些因素有关 小球的速度变化时 动能一定变化吗 答案 1 小球对地的速度大于对小车的速度 其动能不相等 2 动能的大小与小球的质量和速度有关 动能是标量 速度是矢量 当速度只有方向变化时 动能不变 知识梳理 1 定义 物体由于而具有的能 2 有关因素 与运动物体的 有关 3 表达式 ek 4 标矢性和单位 动能是 它的单位与功的单位相同 在国际单位制中都是j 思考判断 1 运动的物体具有的能叫动能 2 物体的速度大 动能一定大 3 某物体的动能变化 其速度一定变化 运动 质量 运动速度 标量 知识点二 恒力做功与动能改变的关系 情境导学 1 实验中如何保证重物的重力近似等于绳对小车的拉力 答案 使重物的质量远小于小车的质量 同时要平衡摩擦力 2 实验数据处理时 如何求小车运动的速度及力对小车做的功 答案 根据纸带上记录的点迹 利用一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度 计算对应时刻的小车速度 根据重物的重力mg及纸带上测量的距离s 用w mgs计算力对小车做的功 知识梳理 实验探究及注意事项 1 实验需测量的物理量有功 力 位移 和动能 质量 速度 2 实验器材主要有 小车 钩码 打点计时器 一端有定滑轮的长木板等 3 实验前应将长木板无定滑轮的一端适当垫高 以平衡小车运动中受到的摩擦力 实验中砝码的质量要小车的质量 思考判断 1 在探究恒力做功与动能改变的关系实验中 要求钩码的质量远小于小车的质量 2 在实验探究中不需要事先平衡摩擦力 远小于 知识点三 动能定理 情境导学 高速列车出站时加速 进站时减速 这两个过程的合外力各做什么功 动能如何变化 答案 加速出站时合外力做正功 动能增大 减速进站时 合外力做负功 动能减小 知识梳理 1 内容 对物体所做的功等于物体动能的 2 表达式 w 3 物理意义 用外力做功的多少来物体动能的改变量 思考判断 1 动能定理表达式中 外力做的功一定是合外力做的功 2 动能定理只适用于做匀变速直线运动的物体 3 物体所受合力为零时 其动能一定为零 合外力 改变 ek2 ek1 度量 要点一 感悟解题规律 培养科学思维 动能的理解 1 动能具有相对性如果所选取的参考系不同 其速度就不同 所以动能也不同 我们所研究的问题中都以地面为参考系描述物体的动能 2 动能是状态量动能是表征物体运动状态的物理量 它与时刻和位置相对应 3 动能与速度物体的动能对应于某一时刻运动的能量 它仅与速度的大小有关 与速度的方向无关 动能是标量 恒为正值 或为零 当一个物体的动能变化时 速度一定变化 但物体的速度变化时 动能不一定变化 典例1 改变汽车的质量和速度 都能使汽车的动能发生变化 则下列说法中正确的是 a 质量不变 速度增大到原来的2倍 动能增大为原来的2倍b 速度不变 质量增大到原来的2倍 动能增大为原来的4倍c 质量减半 速度增大到原来的4倍 动能增大为原来的2倍d 速度减半 质量增大到原来的4倍 动能不变 d 由动能的因素及定量关系 正确代入ek mv2即可求得各因素变化后新的动能值 规律方法 针对训练1 1 关于物体的动能 下列说法中正确的是 a 一个物体的动能可能小于零b 一个物体的动能与参考系的选取无关c 动能相同的物体速度一定相同d 两质量相同的物体 若动能相同 其速度不一定相同 解析 由ek mv2可知 物体动能不可能小于零 质量相同的物体 动能相同时 速度的大小一定相同 但方向不一定相同 故选项a c错误 d正确 动能具有相对性 其大小与参考系选取有关 选项b错误 d 要点二 探究恒力做功与动能改变的关系 典例2 在 探究恒力做功与动能改变的关系 实验中 某实验小组采用如图 甲 所示的实验装置 1 实验时为了保证小车受到的合外力与沙和沙桶的总重力大小基本相等 在沙和沙桶的总质量m与小车的质量m的关系必须满足m m的同时 实验时首先要做的步骤是 解析 1 小车受到自身重力 木板支持力 细绳拉力及木板摩擦力等力的作用 实验要求保证小车受到的合外力与沙和沙桶的总重力基本相等 由此可应用一段过程中沙和沙桶的重力做的功来表示外力对小车做的功 那就必须将木板的摩擦力排除 因此 实验时必须先平衡摩擦力 答案 1 平衡摩擦力 2 如图 乙 为实验中打出的一条纸带 选取纸带中的a b两点来探究恒力做功与动能改变的关系 测出a b两点间距s和速度大小va vb 已知沙和沙桶的总质量为m 小车的质量为m 重力加速度为g 则本实验要验证的数学表达式为 用题中的字母表示实验中测量得到的物理量 教师备用 例2 1 2016 福建清流期中 为探究 恒力做功与物体动能改变的关系 采用了如图所示实验装置 请回答下列问题 1 为了减小小车与水平木板之间摩擦力的影响应采取的做法是 a 将木板不带滑轮的一端适当垫高 使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动b 将木板不带滑轮的一端适当垫高 使小车在钩码拉动下恰好做匀加速运动c 将木板不带滑轮的一端适当垫高 在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动d 将木板不带滑轮的一端适当垫高 在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀加速运动 解析 1 本实验中需要平衡摩擦力 在平衡过程中要挂纸带但不能挂钩码 a b错 挂纸带是因为纸带和限位孔之间有摩擦力 若是加速则是平衡不足 故d错误 c正确 答案 1 c 解析 2 钩码的质量远小于小车的总质量 故选a 3 从打下第一个点到打下第n个点拉力对小车做的功w mgs 0 20j 小车动能的增量为 ek mv2 0 17j 答案 2 a 3 0 200 17 2 若实验中所用小车的质量为200g 为了使实验结果尽量精确 在实验室提供的以下四种规格钩码中 应该挑选的钩码是 a 10gb 30gc 50gd 100g 3 某实验小组挑选了一个质量为50g的钩码 在多次正确操作实验得到的纸带中取出自认为满意的一条 经测量 计算 得到如下数据 第一个点到第n个点的距离为40 0cm 打下第n个点时小车的速度大小为1 30m s 该同学将钩码的重力当作小车所受的拉力 则拉力对小车做的功为j 小车动能的增量为j g 10m s2 结果保留两位小数 针对训练2 1 某探究学习小组的同学欲探究 恒力做功与动能改变的关系 他们在实验室组装了一套如图所示的装置 另外他们还找到了打点计时器及学生电源 细线 复写纸 纸带 小滑块 细沙 当滑块连接上纸带 用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时 释放小沙桶 滑块处于静止状态 若你是小组中的一位成员 要完成该项实验 则 1 你认为还需要的实验器材有 解析 1 测量沙和沙桶的总质量 滑块的质量要用到天平 利用纸带求加速度时要用到刻度尺 答案 1 天平 刻度尺 2 实验时为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等 沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是 实验时首先要做的步骤是 3 在 2 的基础上 某同学用天平称量滑块的质量m 往沙桶中装入适量的细沙 用天平称出此时沙和沙桶的总质量m 让沙桶带动滑块加速运动 用打点计时器记录其运动情况 在打点计时器打出的纸带上取两点 测出这两点的间距l和这两点的速度大小v1与v2 v1 v2 则本实验最终要验证的数学表达式为 用题中的字母表示实验中测量得到的物理量 解析 2 实验时首先要平衡滑块的摩擦力 为使细线的拉力与沙和沙桶的总重力大小基本相等 沙和沙桶的总质量应远小于滑块的质量 答案 2 沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量平衡摩擦力 要点三 动能定理的理解及应用 1 对表达式的理解 1 表达式w ek中的w为所有外力对物体做的总功 它表示物体动能的改变与外力对物体做的总功相对应 且具有等量关系 2 做功和动能改变的因果关系合力对物体做功是引起物体动能变化的原因 合外力做功的过程实质上是其他形式的能与动能相互转化的过程 转化了多少由合外力做了多少功来度量 3 动能定理的应用动能定理既适用于恒力作用过程 也适用于变力作用过程 既适用于物体做直线运动的情况 也适用于物体做曲线运动的情况 典例3 2016 福建四地六校联考 民用航空客机的紧急出口打开时 会自动生成一个由气囊构成的斜面 模型简化如图所示 光滑斜面的竖直高度ab 3 2m 斜面长ac 4 0m 斜面与水平地面cd段间由一段小圆弧平滑连接 当物体由静止开始滑下 其与地面间的动摩擦因数为0 5 不计空气阻力 g 10m s2 1 人滑到斜面底端c时的速度大小 2 人离开c点后还要在地面上滑行多远才能停下 思路探究 1 在ac过程中物体受哪几个力 有几个力做功 答案 物体受重力 支持力 1个力做功 2 物体从开始下滑到停止的过程中 哪些力做功 答案 只有重力和摩擦力做功 2 设人在cd水平面上滑行的距离为s在ad过程中由动能定理得mgh mgs 0解得s 6 4m 答案 1 8m s 2 6 4m 规律方法应用动能定理解题的步骤 1 确定研究对象和研究过程 2 对研究对象进行受力分析 研究对象以外的物体施于研究对象的力都要分析 含重力 3 写出该过程中合外力做的功或分别写出各个力做的功 注意功的正负 如果研究过程中物体受力情况有变化 要分别写出该力在各个阶段做的功 4 写出物体的初 末动能 注意动能改变是末动能减初动能 5 按照动能定理列式求解 教师备用 例3 1 2016 福建清流月考 如图所示 质量为m的小物体 从光滑曲面上高度为h处释放 到达底端时水平进入轴心距离为l的水平传送带 已知物体与传送带间的动摩擦因数为 求 1 物体到达曲面底端时的速度大小v0 2 若电机不开启 传送带始终不动 且物体能够从传送带右端滑出 则物体滑离传送带右端的速度大小v1为多少 针对训练3 1 质量为5 103kg的汽车在t 0时刻速度v0 10m s 随后以p 6 104w的额定功率沿平直公路继续前进 经72s达到最大速度 设汽车受恒定阻力 其大小为2 5 103n 求 1 汽车的最大速度vm 2 汽车在72s内经过的路程s 答案 1 24m s 2 1252m 测评学习效果 演练当堂技法 1 2016 福建师大附中检测 某篮球运动员在一次投篮中对篮球做功为w 出手高度为h1 篮筐距地面高度为h2 球的质量为m 不计空气阻力 则篮球进筐时的动能为 a w mgh2 mgh1b mgh2 mgh1 wc mgh1 mgh2 wd w mgh1 mgh2 d 解析 篮球在整个运动过程中 受重力mg和运动员的推力作用 根据动能定理有w mg h2 h1 ek 0 解得篮球进筐时的动能为ek w mgh1 mgh2 故只有选项d正确 2 关于 探究恒力做功与动能改变的关系 的实验 下列说法中正确的是 a 应调节定滑轮的高度使细绳与木板平行b 应调节定滑轮的高度使细绳保持水平c 平衡摩擦力时 若纸带上打出的点越来越密 就应调小斜面倾角d 平衡摩擦力时 若纸带上打出的点越来越疏 就应调大斜面倾角 解析 细绳与木板平行 以保证绳的拉力与速度在同一直线上 选项a正确 b错误 平衡摩擦力时 若