探究功与速度变化的关系.ppt

高中物理必修2,探究功与速度变化的关系,实验：探究功与速度变化的关系,等于物体的重力势能的改变,等于弹簧的弹性势能的改变,重力对物体做功,弹簧弹力对外做功,合外力对物体做功,知识回顾：,弹力做正功，弹性势能减少弹力做负功，弹性势能增加,重力做正功，重力势能减小重力做负功，重力势能增大,等于？能的改变,猜想,物体的动能与它的速度是密切相关速度的变化又与它的受力有关所以，我们首先来探究：力对物体做功与物体速度变化的关系,分析,实验探究,新课,实验：探究功与速度变化的关系,一、实验的设计,思考（1）物体动能的变化由做功引起。那么，实验中如何对物体作功？又怎样来表示功的大小呢？,可以是恒力做功。例如：用一砝码盘牵引着小车做实验，可以通过改变砝码盘的质量，用W=FS表示功的大小。,也可以是变力做功。例如：用书上采用的通过增加每次牵引小车的橡皮筋数目的办法来表示功的大小。,实验：探究功与速度变化的关系,1、探究的器材：,木板、小车、橡皮筋(若干）、打点计时器、电源、纸带、钉子2枚,课本实验分析：,2、探究的思路：,1、测量橡皮筋对小车做的功W2、测量由于橡皮筋做功而使小车获得的速度v3、数据处理，寻找W与v的关系,新课,实验：探究功与速度变化的关系,1、测量橡皮筋对小车做的功W问题a：橡皮筋对小车做的功如何？F为变力，做的功很难测量。问题b：探究过程中，我们是否需要测出橡皮筋做功的具体值？措施：设法让橡皮筋每次对小车做的功分别为W、2W、3W问题c：每次实验中橡皮筋拉伸的长度有什么要求？,相同,2、测量由于橡皮筋做功而使小车获得的速度v问题：如何测量小车的速度？（利用打点计时器打出的纸带）问题：纸带上打出的点并不都是均匀的，应该采用哪些点来计算小车的速度？为什么？（取点迹清晰且间距均匀的部分）,应该选择匀速部分的纸带？想想为什么？怎样求速度？,实验：探究功与速度变化的关系,3、数据处理，寻找W与v的关系问题1：如何找到功与速度的关系？方法一：计算法方法二：图像法,比较麻烦,简便直观，可以减少偶然误差,1、画Wv图像,2、画Wv2图像,问题2：画什么样的图像？,4、结论：弹簧弹力对小车做的功与速度的平方成正比注：这里的弹力就是物体受到的合外力因为小车从静止开始运动，初速度为零，末速度就是小车速度的变化。,实验：探究功与速度变化的关系,参考实验步骤,1、按图装好实验器材，把木板稍微倾斜，平衡阻力2、先用一条橡皮筋做实验，把橡皮筋拉长到一定的位置，理好纸带，接通电源，释放小车。3、换用纸带，改用2条、3条同样的橡皮筋进行实验，保持每次实验中橡皮筋拉长的长度相同。4、由纸带算出小车获得的速度，把小车第一次获得的功计为W，第2次，第3次计为2W，3W5、对测量数据进行估算，大致判断两个量可能的关系，然后以W为纵坐标，v，v2（或其它）为横坐标作图。,1、本节是一个探究性实验，探究的目的是A、探究力与物体运动速度的关系B、探究力与物体运动加速度的关系C、探究力对物体做功与物体加速度变化的关系D、探究力对物体做功与物体速度变化的关系,D,新课,实验：探究功与速度变化的关系,2、对橡皮筋做的功来说，直接测量是有困难的，我们可以巧妙地避开这个难题而不影响问题的解决，只需要测出每次实验时橡皮筋对小车做的功是第一次的多少倍，使用的方法是A、用同样的力对小车做功，让小车通过的距离依次是s、2s、3s进行第1次、第2次、第3次实验时，力对物体做的功就是W、2W、3WB、让小车通过相同的距离，第1次力为F、第2次力为2F、第3次力为3F实验时，力对小车做的功就是W、2W、3WC、选用相同的橡皮筋，在实验中每次橡皮筋拉伸的长度保持一致，当用1条、2条、3条同样的橡皮筋进行第1次、第2次、第3次实验时，橡皮筋对物体做的功就是W、2W、3WD、利用弹簧秤测量对小车的拉力F，利用直尺测量小车在力作用下移动的距离s，便可以求出每次实验中力对小车做的功，可控制为W、2W、3W,C,新课,实验：探究功与速度变化的关系,3、在本实验中，小车在运动中会受到阻力作用，这样，在小车沿木板滑行的过程中，除橡皮筋对其做功以外，还有阻力做功，这样便会给实验带来误差，我们在实验中想到的办法是，使木板略微倾斜，对于木板的倾斜程度，下面说法正确的是A、木板只要稍微倾斜一些即可，没有什么严格的要求B、木板的倾斜程度在理论上应满足下列条件：即重力使物体沿斜面下滑的分力应等于小车受到的阻力C、如果小车不受拉力时在滑行的木板上能做匀速运动，这木板的倾斜程度是符合要求的D、其实木板不倾斜，问题也不大，因为实验总是存在误差的,BC,新课,理论探究：功与速度变化的关系,【理论分析与论证】质量为m的物体，在一恒定拉力F的作用下，以速度v1开始沿水平面运动，经位移s后速度增加到v2，已知物体与水平面之间的摩擦力恒为f，试导出外力做功与物体动能变化的关系。,即：W外=EK2EK1=EK,动能定理：合外力对物体所做的功等于物体动能的变化。表达式：,【说明】1.合外力的功等于各外力的功之和；2.动能定理反映了力对空间累积的效果，揭示了物体动能变化的原因是外力的功。3.动能定理的特点是不追究全过程中的运动性质和状态变化细节，对于求解变力、曲线运动中的功以及复杂过程中的功能转化，动能定理都提供了方便。4.动能定理建立了过程量与状态量之间的关系，为物理问题的研究提供了方法。,理论探究：功与速度变化的关系,新课,【解法一】牛顿第二定律+运动学公式,体会动能定理解题的优越性,【例题】质量为m的物体在水平恒力的作用下，由静止开始前进s1后撤去力F，物体与水平面间的摩擦力恒为f，求物体从开始运动到最终停止共发生了多大的位移？,12过程：,23过程：,全过程：,新课,【例题】质量为m的物体在水平恒力的作用下，由静止开始前进s1后撤去力F，物体与水平面间的摩擦力恒为f，求物体从开始运动到最终停止共发生了多大的位移？,【解法二】分段应用动能定理,体会动能定理解题的优越性,12过程：,23过程：,两式相加得：,新课,【例题】质量为m的物体在水平恒力的作用下，由静止开始前进s1后撤去力F，物体与水平面间的摩擦力恒为f，求物体从开始运动到最终停止共发生了多大的位移？,【解法三】全段应用动能定理,体会动能定理解题的优越性,得：,新课,实验：探究功与速度变化的关系,【应用动能定理解题的一般步骤】1.确定研究对象，明确它的运动过程；2.分析物体在运动过程中的受力情况，明确各个力是否做功，是正功还是负功；3.明确起始（初）状态和终了（末）状态的动能（可分段、亦可对整个运动过程）4.根据动能定理布列方程：,适用于各力同时作用;各力不同时作用均可.记住:正功加进负功减出.,新课,实验：探究功与速度变化的关系,【例题】汽车以速度v=10m/s在水平路面上行驶，车与路面的摩擦因数为0.4，问汽车刹车后汽车还能运动多远？,【答案】12.5m,【解法一】牛顿第二定律+运动学公式【解法二】应用动能定理,v,新课,实验：探究功与速度变化的关系,【例题】质量为m=5kg的小球，从高H=5m的位置