学沪科版必修2 3.1探究动能变化和做功的关系 课件（4）(25张）.ppt

一 动能的概念 1 概念 物体由于运动而具有的能量叫做动能 寻求恒力f做的功与v1 v2的关系 设质量为m的某物体 在与恒力f 与v方向相同 作用下发生位移s 速度由v1增加到v2示 2 推导动能表达式 初态和末态的表达式均为 物体动能的表达式 3 定义 物体质量与物体速度的二次方的乘积的一半叫做物体的动能 表达式 单位 焦耳 1 动能是描述物体运动状态的物理量 是状态量 2 标量 没有方向 动能总为正值 3 动能具有相对性 通常是相对于地面的速度 3 说明 例1 改变汽车的质量和速度 都能使汽车的动能发生变化 在下面几种情况中 汽车的动能是原来2倍的是 a 质量不变 速度变为原来的2倍b 质量和速度都变为原来的2倍c 质量减半 速度变为原来的2倍d 质量变为原来2倍 速度减半 c w fcos s w f scos 力对物体的功 等于力的大小 位移的大小 力与位移夹角的余弦三者的乘积 做功两要素 力和在力方向上发生的位移 功是过程量 力对空间积累的物理量 是标量 有正功和负功之分 1 内容 外力对物体所做的功等于物体在这个过程中动能增量 三 动能定理 w ek2 ek1 3 说明 对任何过程的恒力 变力 匀变速 非匀变速 直线运动 曲线运动 时间长或多过程 瞬间过程都能运用 4 应用动能定理解题的基本思路 1 明确研究对象 明确研究过程 2 分析研究对象在研究过程中的受力情况 并求出各个力所做的功 3 写出初 末状态的动能 4 用动能定理列式求解 例2一架喷气式飞机 质量m 5 0 103kg 起飞过程中从静止开始滑跑 当位移达到l 600m时 速度达到起飞速度v 60m s 在次过程中飞机受到的平均阻力是飞机重力的0 02倍 求飞机受到的牵引力 例1下图是一颗质量为40g的子弹以100m s的速度穿苹果的瞬间照片 子弹穿过苹果后速度降为60m s 问子弹击穿苹果后的动能变化了多少 苹果对子弹做了多少功 例3某人从距地面25m高处水平抛出一小球 小球质量100g 出手时速度大小为10m s 落地时速度大小为16m s 取g 10m s2 试求 1 人抛球时对小球做多少功 2 小球在空中运动时克服阻力做功多少 课堂小结 一 动能1 定义 物体由于运动而具有的能量叫做动能2 表达式 3 单位 焦耳 j 二 动能定理1 内容 合力所做的功等于物体动能的变化2 表达式 w ek2 ek1 作业 1 课本p46作业 第1 2 3 4题 2 课时提升p101作业 基础训练 阅读课本相关内容思考1 确定恒力的大小和物体的位移 用钩码的重力来表示滑块受到的拉力 为了减小误差 可以用气垫导轨来减小摩擦 并让钩码的质量远小于滑块的质量 用刻度尺测量滑块初末位置间的距离得到位移 3 处理数据验证结论 计算做功和对应的动能增量并列表进行观察比较 把得到的数据画到图像中 研究w与v2 质量m的关系 进行实验 收集数据 四 实验探究 2 测定滑块的速度 通过光电门测定滑块通过的时间 用游标卡尺测定挡光片的宽度 计算滑块的速度 方案一 实验步骤 1 按照课本图示安装好装置 并调节气垫导轨使滑块刚好在导轨上做匀速直线运动 2 测量滑块和钩码的质量 要选择合适的钩码 使钩码的质量m远小于滑块的质量m 3 让钩码牵引滑块从静止开始加速 并记录开始运动的位置坐标x1和光电门所在处的位置坐标x2 以及滑块经过光电门所用的时间t 用游标卡尺测量挡光片的宽度d 5 比较mg x2 x1 与的关系 结论 在误差范围内 钩码重力做的功等于滑块动能的增量 4 改变光电门的位置 再测量几组数据 方案二 目的 探究恒力做功与动能改变的关系 原理 用如图所示装置 让小车在橡皮筋作用下弹出 使小车获得速度后沿木板匀速滑行 当用一条橡皮筋弹出时对小车做的功记为w 则用两条 三条 完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次 第3次 实验 每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放时 橡皮筋对小车做的功就是第1次的2倍 2w 3倍 3w 橡皮筋每次实验做的功使小车获得的速度根据打点计时器打出的纸带得到 当得出若干组功和速度的数据后 以橡皮筋对小车做的功为纵坐标 分别以小车获得的速度v v2 为横坐标 以第1次实验时的功w为单位 用描点法分别作出w v w v2 曲线 分析曲线 得出橡皮筋对小车做的功与小车获得速度的定量关系 步骤 1 安装实验装置 如图1所示 2 平衡摩擦力 在长木板的有打点计时器的一端下面垫一块木板 反复移动木板的位置 直至小车上不挂橡皮筋时 纸带打出的点间距均匀 即小车能匀速运动为止 器材 木板 小车 橡皮筋 打点计时器及交流电源 纸带 刻度尺等 3 把小车的另一端与一条橡皮筋的中点连接 向后拖动纸带 并记下此时小车的位置 然后接通电源 放开小车 将得到的纸带标号为1 4 换上新纸带 橡皮筋分别采用两条 三条 四条 重复步骤3 将纸带标号2 3 4 处理数据 1 以橡皮筋对小车做的功为纵坐标 以第1次实验时的功w为单位 小车获得的速度为横坐标 作出w v曲线 如果w v曲线是一条直线 表明w v 如果不是直线 可考虑是否存在下列关系 w v2 w v3 2 根据各种草图 大致判断两个量可能是什么关系 如果认为很可能是w v2 就作出w v2曲线 如果这条曲线是一条直线 就可以证明你的判断是正确的 误差分析 1 每个橡皮筋的劲度系数不同和每次拉伸的长度不完全一致 造成橡皮筋对小车做的功不是整数倍关系引起误差 2 不完全平衡摩擦力或平衡摩擦力过大 造成实验中除橡皮筋的拉力做功外 还有其他力做功 并由此造成最末阶段纸带上点的间隔不均匀而引起测量速度的误差 注意事项1 每次实验中小车要拖动到同一位置 2 长木板要倾斜 使小车能在长木板上匀速运动 3 实验中不用测小车的质量 4 实验中测定的速度应是橡皮筋恢复形变以后小车的速度 所以应选用那些间距较大 且相对均匀的点来测量和计算 例1 某探究学习小组的同学欲验证 动能定理 他们在实验室组装了一套如图2所示的装置 另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源 导线 复写纸 纸带 小木块 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 释放小桶 滑块由静止开始运动 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 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以及这两点对应的滑块速度的大小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 1 为了测出滑块的质量和沙桶 及沙 的总质量需要选用天平测量 为了对纸带进行数据处理需要选用刻度尺 2 由于小沙桶 及沙 的重力等于滑块受到的合外力的条件是小沙桶 及沙 的质量远小于滑块的质量 且不计摩擦阻力 利用平衡摩擦力的方法 所以要保证沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量 实验时首先要做的步骤是平衡摩擦力 3 由动能定理可得 答案 1 天平 刻度尺 2 沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量平衡摩擦力 将木板左端适当垫高 3 例2 某同学做探究动能定理的实验 如图3所示 图中小车在一条橡皮筋的作用下弹出 沿木板滑行 这时 橡皮筋对小车做的功为w 当用2条 3条 实验时 使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致 每次实验中小车获得的速度都由打点计时器所打的纸带测出 图3 1 除了图中已有的器材外 还需要导线 开关 填测量工具 和电源 填 交流 或 直流 2 实验中小车会受到阻力 可以使木板适当倾斜来平衡摩擦力 需要在 填 左 或 右 侧垫高木板 3 某次所打纸带如图4所示 在正确操作的情况下 打在纸带上的点并不都是均匀的 为了测量小车获得的速度 应选用纸带的部分进行测量 根据下面所示的纸带回答 刻度尺 交流 左 ghij 例5 在 探究恒力做功与动能改变的关系 实验实验装置和实验器材 1 为了用细线的拉力表示小车受到的合外力 可以改变木板的倾角 使重力的一个分力平衡小车及纸带受到的摩擦力 简要说明你平衡摩擦力的实验判断方法 图10 2 用沙和沙桶的重力大小来表示小车受到的合外力 必须满足的条件是 3 除实验装置中的仪器外 还需要的测量仪器有 4 如图所示为实验中打出的一条纸带 现选取纸带中的a b两点来探究恒力做功与动能改变的关系 已知打点计时器的打点周期为t 重力加速度为g 请你用字母表示需要测量的物理量 说明其物理意义并把探究结果的表达式写出来 答案 1 在长木板的右端放一个小木楔 移动木楔的位置以改变木板的倾角 在不挂砂桶的情况下 给小车一个初速度 如果打出的纸带点迹均匀 可认为已平衡摩擦力 2 沙和沙桶的总质量应远远小于小车的质量 3 刻度尺 天平 4 需要测量的物理量有 沙和沙桶的总质量m 小车的质量m 如图所示的三段位移s1 s2和s 对应a点的速度b点的速度为恒力做功与动能改变的表达式为 例2 为了探究恒力作用时的动能定理 某同学做了如下实验 他让滑块在某一水平面上滑行 利用速度采集器获取其初速度v 并测量出不同初速度的最大滑行距离s 得到下表所示几组数据 1 一同学根据表中数据 作出s v图象如图8甲所示 观察该图象 该同学作出如下推理 根据s v图象大致是一条抛物线 可以猜想 s可能与v2成正比 请在图乙所示坐标纸上选择适当的坐标轴作出图线验证该同学的猜想 图8 2 根据你所作的图象 你认为滑块滑行的最大距离s与滑块初速度平方v2的关系是 解 1 做出s v2图线如下图所示 2 由图可以看出 滑块滑行的最大距离s与滑块初速度平方v2成正方 即 s v2 s 1 84v2 例如图所示 一质量为2kg的铅球从离地面2m的高处自由下落 陷入沙坑2cm深处 求沙子对铅球的平均阻力 h h 方法一 分阶段利用动能定理 方法二 全过程利用动能定理 例5 如图所示 质量m 4kg的物体静止在水平面上 在外力f 2