沪科版必修2 3.1 探究动能变化跟做功的关系 课件（32张）.pptx

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 自主阅读 自我检测 一 分析论证研究汽车动能的变化过程 二 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 用符号ek表示 2 表达式 ek mv2 式中v是瞬时速度 3 单位 在国际单位制中 动能的单位是焦耳 符号是j 4 动能是一个标量 自主阅读 自我检测 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 3 物理量的增量是指后一时刻的量值减去前一时刻的量值 3 恒力做功与物体动能的变化如果物体受到一个与位移方向相同的恒力f作用 运动位移为s 则w fs 动能定理还可以表示为fs ek 4 过程量与状态量 1 动能是一个状态量 2 功是一个过程量 5 运动员用f 150n的力将一质量为0 6kg的篮球以10m s的速度投出 篮球打在高3 05m的篮圈上 求运动员对篮球做的功 提示 由动能定理得运动员做的功w mv2 30j 自主阅读 自我检测 三 实验探究恒力做功与物体动能变化的关系1 设计实验 如图所示 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w mv2 由实验数据作出w与v2及w与m的关系图像 自主阅读 自我检测 1 正误辨析 1 动能是矢量 其方向与速度方向相同 2 动能是物体由于运动而具有的能 3 物体的速度发生变化 其动能就一定发生变化 4 做实验时要平衡摩擦力 且改变滑块质量就要重新平衡摩擦力 5 合外力做功不等于零 物体的动能一定变化 答案 1 2 3 4 5 自主阅读 自我检测 2 有两个物体甲 乙 它们在同一直线上运动 两物体的质量均为m 甲物体速度为v 动能为ek 乙物体速度为 v 动能为ek 那么 a ek ekb ek ekc ek ek解析 因为动能是标量 故ek ek 答案 b3 起重机钢索吊着质量m 1 0 103kg的物体 以a 2m s2的加速度由静止竖直向上提升了5m 物体的动能增加了多少 g取10m 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 ek w合 由f合 ma w f合 h得 ek f合 h ma h 1 0 103 2 5j 1 0 104j 即物体的动能增加了1 0 104j 答案 1 0 104j 问题导引 知识归纳 典例剖析 知识点一 知识点二 对动能和动能定理的理解右图是高速列车 高速列车在出站时加速 进站时减速 这两个过程中合力分别做什么功 列车的动能如何变化 要点提示 加速出站时合力做正功 动能增大 减速进站时合力做负功 动能减小 问题导引 知识归纳 典例剖析 知识点一 知识点二 1 动能的三个性质 1 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 2 动能的标矢性 动能是标量 只有大小没有方向 且总大于 v 0时 或等于零 v 0时 不可能小于零 无负值 运算过程中无需考虑速度方向 3 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 问题导引 知识归纳 典例剖析 知识点一 知识点二 2 动能定理的理解 1 w的含义 所有外力所做功的代数和 2 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 3 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 问题导引 知识归纳 典例剖析 知识点一 知识点二 例1 右图是质量为m的物体 从高为h 倾角为 的光滑斜面顶端由静止开始沿斜面下滑 最后停在水平面上 已知物体与水平面间的动摩擦因数为 求 1 物体滑至斜面底端时的速度 2 物体在水平面上滑行的距离 问题导引 知识归纳 典例剖析 知识点一 知识点二 解析 物体从斜面上滑下 只有重力做功 使物体的动能增加 在水平面滑行时 摩擦力做负功使物体的动能又减少到0 分别在两段过程中应用动能定理即可求解 问题导引 知识归纳 典例剖析 知识点一 知识点二 规律方法 1 应用动能定理时 先要进行受力分析 分析在这个过程中有哪些力做功 注意区分功的正负 2 应用动能定理时要注意选取的研究对象和对应过程 合力做的功和动能增量一定是对应同一研究对象的同一过程 问题导引 知识归纳 典例剖析 知识点一 知识点二 变式训练1一个物体的速度从0增大到v 外力对物体做功为w1 速度再从v增大到2v 外力做功为w2 则w1和w2的关系正确的是 a w1 w2b w1 2w2c w2 3w1d w2 4w1 因此 w2 3w1 选项c正确 答案 c 知识点一 知识点二 问题导引 知识归纳 典例剖析 实验探究恒力做功与物体动能变化的关系右图是探究a与f m之间的定量关系实验中的装置 观察装置图 思考以下问题 1 实验中 研究对象 小车 的瞬时速度如何求解 若已知小车的质量 怎样求某一瞬间小车的动能 2 怎样通过该装置探究合外力做功与动能变化的关系 要点提示 1 应用纸带上的点迹可以确定小车的瞬时速度 再根据ek mv2确定小车的动能 2 可以应用直接验证或图像验证来探究分析力做功与动能变化的关系 知识点一 知识点二 问题导引 知识归纳 典例剖析 1 实验原理探究恒力做功与物体动能改变的关系 可以测出力对物体做不同的功时物体动能的变化 从而得到恒力做功与物体动能改变的关系 2 误差分析 1 若忘记平衡摩擦力或没有完全平衡摩擦力会对实验结果带来影响 2 实验中 由于砝码及砝码盘的总质量远小于小车质量 可认为绳子对小车的拉力f mg 而实际情况是砝码及砝码盘向下加速时 mg f ma 所以f mg f与mg的差别在砝码及砝码盘的总质量偏大时会对实验结果带来影响 3 纸带上各点之间距离测量时会带来误差 知识点一 知识点二 问题导引 知识归纳 典例剖析 例2 2017 江苏物理 利用如图甲所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系 小车的质量为m0 200 0g 钩码的质量为m 10 0g 打点计时器的电源为50hz的交变电流 1 挂钩码前 为了消除摩擦力的影响 应调节木板右侧的高度 直至向左轻推小车观察到 知识点一 知识点二 问题导引 知识归纳 典例剖析 2 挂上钩码 按实验要求打出的一条纸带如图乙所示 选择某一点为o 依次每隔4个计时点取一个计数点 用刻度尺量出相邻计数点间的距离 x 记录在纸带上 计算打出各计数点时小车的速度v 其中打出计数点 1 时小车的速度v1 m s 知识点一 知识点二 问题导引 知识归纳 典例剖析 3 将钩码的重力视为小车受到的拉力 g取9 80m s2 利用w mg x算出拉力对小车做的功w 利用ek mv2算出小车动能 并求出动能的变化量 ek 计算结果见下表 请根据表中的数据 在方格纸上作出 ek w图像 知识点一 知识点二 问题导引 知识归纳 典例剖析 4 实验结果表明 ek总是略小于w 某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩码重力造成的 用题中小车和钩码质量的数据可算出小车受到的实际拉力f n 解析 1 调节木板右侧的高度 在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动 以使小车的重力沿斜面向下的分力和摩擦力抵消 那么小车受到的合力就是绳子的拉力 这样便平衡了摩擦力 2 打点计时器的电源为50hz的交变电流 且每隔4个计时点取一个计数点 则相邻计数点打下的时间间隔为t 0 02 5s 0 1s 由于小车做匀加速运动 打出计数点 1 时小车的速度为打出 0 点和 2 点之间的平均速度 即v1 0 228m s 3 先将表格中的数据在方格纸上描出 再用直线连接所描绘的点 如答案图所示 知识点一 知识点二 问题导引 知识归纳 典例剖析 4 对小车和钩码整体由牛顿第二定律得mg m0 m a 对小车 f m0a 知识点一 知识点二 问题导引 知识归纳 典例剖析 答案 1 小车做匀速运动 2 0 228 3 见下图 4 0 093规律方法通过探究动能变化与做功的关系 应明确功与速度的确定方法 从而得到动能定理 知识点一 知识点二 问题导引 知识归纳 典例剖析 变式训练2某实验小组采用图甲的装置探究外力做功与物体动能变化的关系 图中小车中可放置砝码 实验中小车碰到制动装置时 钩码尚未到达地面 打点计时器的工作频率为50hz 知识点一 知识点二 问题导引 知识归纳 典例剖析 1 实验的部分步骤如下 在小车中放入砝码 把纸带穿过打点计时器 连在小车后端 用细线连接小车和钩码 将小车停在打点计时器附近 小车拖动纸带 打点计时器在纸带上打下一系列点 改变钩码或小车中砝码的数量 更换纸带 重复 的操作 知识点一 知识点二 问题导引 知识归纳 典例剖析 2 图乙是钩码质量为0 03kg 砝码质量为0 02kg时得到的一条纸带 在纸带上选择起始点o及a b c d e计数点 可获得各计数点到o的距离s及对应时刻小车的瞬时速度v 请将c点的测量结果填在表中的相应位置 知识点一 知识点二 问题导引 知识归纳 典例剖析 纸带的测量结果 3 本实验 若用钩码的重力表示小车受到的合外力 为了减小这种做法带来的实验误差 应采取的两项措施是 知识点一 知识点二 问题导引 知识归纳 典例剖析 答案 1 先接通电源再释放小车关闭打点计时器电源 2 5 18 5 16 5 19均可 0 49 3 平衡摩擦力 钩码的重力远小于小车及砝码的重力和 1 2 3 4 1 在探究功与物体速度变化的关系验中作出w v2图像如图所示 下列符合实际的是 解析 实验证明 力做的功w与速度v的二次方成正比 即w v2 故作出的w v2图像应为一条过原点的直线 b项正确 答案 b 1 2 3 4 2 多选 在下列几种情况中 甲 乙两物体的动能相等的是 d 质量相同 速度大小也相同 但甲向东运动 乙向西运动 解析 由动能的表达式ek mv2知 a b错误 c正确 因动能是标量 故d正确 答案 cd 1 2 3 4 3 关于动能定理 下列说法正确的是 a 在某过程中 外力做的总功等于各个力单独做功的绝对值之和b 只要有力对物体做功 物体的动能就一定改变c 动能定理只适用于直线运动 不适用于曲线运动d 动能定理既适用于恒力做功的情况 又适用于变力做功的情况解析 外力做的总功等于各个力单独做功的代数和 a错 根据动能定理 决定动能是