高三第一轮《机械能》复习课件PPT

1、第八章功和能第八章功和能 这一章是力学的重点内容，在历年的高考这一章是力学的重点内容，在历年的高考 中都有一道与此相关的综合计算题；而目前广中都有一道与此相关的综合计算题；而目前广 东的高考中本章不会出现选择题。本章内容综东的高考中本章不会出现选择题。本章内容综 合性很强，涉及到物体的运动过程分析、物体合性很强，涉及到物体的运动过程分析、物体 的受力分析、摩擦力做功、负功、动能定理等，的受力分析、摩擦力做功、负功、动能定理等， 还与动量守恒定律（还与动量守恒定律（3 35 5第一章）、平抛运动、第一章）、平抛运动、 圆周运动等联系在一起。圆周运动等联系在一起。 所以这章不进行选择题的练习。所以

2、这章不进行选择题的练习。 本章时间安排共本章时间安排共1616课时：课时： 第一单元第一单元: :功功率功功率第二单元：第二单元：动能动能 势能势能共共1 1课时；课时； 第三单元：第三单元：探究动能定理实验探究动能定理实验1 1课时；课时； 第四单元：第四单元：验证机械能守恒定律实验验证机械能守恒定律实验1 1 课时。课时。 练习讲解及课堂练习练习讲解及课堂练习1313课时。课时。 练习讲解及课堂练习分成三段练习讲解及课堂练习分成三段15分钟：第一分钟：第一 个个15分钟讲例题；第二个分钟讲例题；第二个15分钟做练习并上交；分钟做练习并上交； 第三个第三个15讲解刚才做的练习。讲解刚才做的练

3、习。 1 1、功的物理意义：功是物体能量转化的量、功的物理意义：功是物体能量转化的量 度，即功总是伴随着能量转化。度，即功总是伴随着能量转化。 第一单元功功率第一单元功功率 一、功一、功 它包含几层意思：它包含几层意思： (1)(1)做功的过程是能量的转化过程；做功的过程是能量的转化过程； (2)(2)能量转化要通过做功来实现；能量转化要通过做功来实现； (3)(3)能量转化的多少可以由做功的多少来衡能量转化的多少可以由做功的多少来衡 量。量。 4 4计算式：计算式：W WFscosFscos ，式中式中F F为恒力，为恒力， 是是F F与的夹角，与的夹角，s s一般都是指物体对地的位一般都是

4、指物体对地的位 移。移。 3 3、定义：力和物体在力的方向上的位移、定义：力和物体在力的方向上的位移 的乘积称为力对物体做的功。的乘积称为力对物体做的功。 2 2、做功的两个不可缺少的因素：力和物、做功的两个不可缺少的因素：力和物 体在力的方向上发生的位移，二者缺一不可。体在力的方向上发生的位移，二者缺一不可。 5 5、功的单位：在国际单位制中，功的单、功的单位：在国际单位制中，功的单 位是位是 焦耳焦耳( (符号为符号为J)J)，1 N1 Nm m1J1J。 6 6、对、对W WFscosFscos的讨论：的讨论： (1)(1)当当0 0 90 90时，时，W W0 0，力对物体，力对物体

5、做正功；做正功； (2)(2)当当9090时，时，W W0 0，力对物体不做功；，力对物体不做功； (3)(3)当当9090180180时，时，W W0 0，力对物，力对物 体做负功，又可说物体克服这个力做功。体做负功，又可说物体克服这个力做功。 7 7、各种力做功的特点：、各种力做功的特点： (2) (2) 向心力与洛仑兹力：向心力与洛仑兹向心力与洛仑兹力：向心力与洛仑兹 力不做功。（要举非匀速圆周运动的例子）力不做功。（要举非匀速圆周运动的例子） (1)(1)重力与电场力：只跟初末位置有关，重力与电场力：只跟初末位置有关， 与运动路径无关。与运动路径无关。 (3) (3) 一对相互作用力：

6、由于相互作用力是一对相互作用力：由于相互作用力是 作用在两个不同的物体上，产生的位移效果没作用在两个不同的物体上，产生的位移效果没 有必然的联系，故作用力与反作用力做的功可有必然的联系，故作用力与反作用力做的功可 以两个都是正功，也可以两个都是负功，还可以两个都是正功，也可以两个都是负功，还可 以一正一负，甚至一个做功，另外一个力不做以一正一负，甚至一个做功，另外一个力不做 功（各举例说明）。功（各举例说明）。 (4) (4) 摩擦力：无论是滑动摩擦力还是静摩摩擦力：无论是滑动摩擦力还是静摩 擦力做功，都跟物体运动的路径有关，它们可擦力做功，都跟物体运动的路径有关，它们可 以做正功，也可以做负

7、功，还可以不做功。以做正功，也可以做负功，还可以不做功。 当摩擦力的大小不变而方向发生变化时，当摩擦力的大小不变而方向发生变化时， 摩擦力做的功可以用摩擦力乘以路程来计算。摩擦力做的功可以用摩擦力乘以路程来计算。 （各举例说明）。（各举例说明）。 特别需要说明的是：计算因滑动摩擦力做特别需要说明的是：计算因滑动摩擦力做 功而产生的热量时，位移是用相对位移而非对功而产生的热量时，位移是用相对位移而非对 地位移。如物体在传送带上运动，产生的热量地位移。如物体在传送带上运动，产生的热量 用摩擦力乘以物体相对皮带运动的位移。用摩擦力乘以物体相对皮带运动的位移。 类别类别 比较比较 静摩擦力静摩擦力滑动

8、摩擦力滑动摩擦力 不不 同同 点点 相同点：两种摩擦力都可以对物体做正功、负功，还可以不做功。相同点：两种摩擦力都可以对物体做正功、负功，还可以不做功。 能量能量 转化转化 方面方面 在静摩擦力做在静摩擦力做 功的过程中，唯有功的过程中，唯有 机械能从一个物体机械能从一个物体 转移到另一个物体转移到另一个物体 而没有机械能转化而没有机械能转化 为其他形式的能。为其他形式的能。 ( (即静摩擦力起着传即静摩擦力起着传 递机械能的作用递机械能的作用) )。 一对摩一对摩 擦力做擦力做 功方面功方面 一对静摩擦力一对静摩擦力 所做功的代数所做功的代数 和等于零。和等于零。 一对相互作用的滑动摩擦力对

9、一对相互作用的滑动摩擦力对 物体系统所做的总功，等于摩擦力物体系统所做的总功，等于摩擦力 与相对路程的乘积，即与相对路程的乘积，即W1=-fsW1=-fs相表相表 示物体克服摩擦力做功，系统损失示物体克服摩擦力做功，系统损失 的机械能转变成内能。的机械能转变成内能。 1 1、相互摩擦的物体通过摩、相互摩擦的物体通过摩 擦力做功，将部分机械能从擦力做功，将部分机械能从 一个物体转移到另一个物体。一个物体转移到另一个物体。 2 2、部分机械能转化为内能，、部分机械能转化为内能， 此部分能量就是系统机械能此部分能量就是系统机械能 的损失量。的损失量。 8 8、功的理解、功的理解 (1)(1)功是标量

10、，也是过程量正功表示对物功是标量，也是过程量正功表示对物 体做功的力是动力；负功表示对物体做功的力体做功的力是动力；负功表示对物体做功的力 是阻力是阻力 (2)(2)功不是能量，而是能量转化的量度；能功不是能量，而是能量转化的量度；能 量是表征物体做功本领的物理量。量是表征物体做功本领的物理量。 (3)(3)某个力某个力F F对物体所做的功，只由这个力对物体所做的功，只由这个力F F和和 物体在这个力作用时间内发生的位移物体在这个力作用时间内发生的位移s s以及力以及力F F与与 s s间夹角间夹角完全决定，而与物体做何种运动，其完全决定，而与物体做何种运动，其 他力的作用都无关。他力的作用都

11、无关。 1 1功率的定义式：功率的定义式：P P_._. 2 2功率的物理意义：功率是描述做功快慢的功率的物理意义：功率是描述做功快慢的 物理量物理量 3 3平均功率和瞬时功率平均功率和瞬时功率 (1)(1)平均功率：平均功率：P P 或或P PF Fcoscos ( ( 为物体对地的平均速度，为物体对地的平均速度，F F必须为恒力，必须为恒力，为为F F与与 v v的夹角的夹角) ) (2)(2)瞬时功率：瞬时功率：P P F Fcoscos (v(v为物体对地为物体对地 的瞬时速度，的瞬时速度，为为F F与与v v的夹角的夹角) ) 二、功率二、功率 对公式对公式P PF F的说明：的说明

12、： （1 1）对于机车来说，若机车以的功率恒）对于机车来说，若机车以的功率恒 定，则定，则F F与成反比，即牵引力大则速度小，与成反比，即牵引力大则速度小， 如汽车上坡时换用慢速档。如汽车上坡时换用慢速档。 （2 2）以恒定功率起动的运动过程中，加）以恒定功率起动的运动过程中，加 速度速度a a，不断减小，所以汽车达到最大速度时，不断减小，所以汽车达到最大速度时 a=0a=0，F=f,P=FvF=f,P=Fvm m=fv=fvm m。 第二单元动能势能第二单元动能势能 1 1、定义：物体由于运动而具有的能叫动能。、定义：物体由于运动而具有的能叫动能。 2 2、动能的表达式：、动能的表达式：E

13、Ek k 3 3、动能的单位：焦耳。、动能的单位：焦耳。 一、动能一、动能 4 4、可以从以下几个方面理解动能的概念：、可以从以下几个方面理解动能的概念： (2)(2)动能是状态量，描述的是物体在某一动能是状态量，描述的是物体在某一 时刻的运动状态。一定质量的物体在运动状态时刻的运动状态。一定质量的物体在运动状态 ( (瞬时速度瞬时速度) )确定时，确定时，E Ek k有惟一确定的值，速度有惟一确定的值，速度 变化时，动能不一定变化，但动能变化时，速变化时，动能不一定变化，但动能变化时，速 度一定变化。度一定变化。 (1)(1)动能是标量，动能的取值可以为正值动能是标量，动能的取值可以为正值

14、或零，但不会为负值或零，但不会为负值 (5)(5)具有动能的物体可以克服阻力做功。物具有动能的物体可以克服阻力做功。物 体的质量越大，运动速度越大，它的动能也就体的质量越大，运动速度越大，它的动能也就 越大，能克服阻力对外做功越多。越大，能克服阻力对外做功越多。 (4)(4)物体的动能不会发生突变，它的改变需物体的动能不会发生突变，它的改变需 要一个过程，这个过程是外力对物体做功的过要一个过程，这个过程是外力对物体做功的过 程或物体克服外力做功的过程。程或物体克服外力做功的过程。 (3)动能具有相对性，由于瞬时速度与参考动能具有相对性，由于瞬时速度与参考 系有关，所以系有关，所以Ek也与参考系

15、有关，在高中，动也与参考系有关，在高中，动 能公式中速度都要以地面作参考系。能公式中速度都要以地面作参考系。 二、重力势能和弹性势能二、重力势能和弹性势能 1 1重力势能重力势能 (1)(1)重力做功的特点：重力做功的特点： 重力做功跟物体运动的路径无关，只跟始重力做功跟物体运动的路径无关，只跟始 末位置的高度差有关。末位置的高度差有关。 重力做功不引起物体机械能的变化。重力做功不引起物体机械能的变化。 (2)(2)重力势能重力势能 概念：地球上的物体由于受到重力的作概念：地球上的物体由于受到重力的作 用而具有的跟它的高度有关的能，叫重力势能。用而具有的跟它的高度有关的能，叫重力势能。 表达式

16、：表达式：EpEpmghmgh 重力势能有正负，由于重力势能是标量，重力势能有正负，由于重力势能是标量， 其正负表示势能的大小。其正负表示势能的大小。 (3)(3)重力做功与重力势能变化的关系：重力对重力做功与重力势能变化的关系：重力对 物体做正功，重力势能就减少；重力对物体做负物体做正功，重力势能就减少；重力对物体做负 功，重力势能就增加。功，重力势能就增加。 2 2弹性势能弹性势能 (1)(1)概念：弹簧由于发生形变而具有的能叫弹概念：弹簧由于发生形变而具有的能叫弹 性势能性势能 (2)(2)大小：弹性势能的大小与弹簧的劲度系数大小：弹性势能的大小与弹簧的劲度系数 和伸长量有关。和伸长量有

17、关。 Ep kx2 2 1 3 3、重力势能的理解、重力势能的理解 (1)(1)重力势能公式中重力势能公式中h h的含义的含义 重力势能公式重力势能公式E Ep pmghmgh中的中的h h是物体的重心到是物体的重心到 参考面参考面( (零势能面零势能面) )的高度，是个状态量当的高度，是个状态量当h h在在 参考面的上方时，参考面的上方时，h h为正，重力势能也为正当为正，重力势能也为正当h h 在参考面的下方时，在参考面的下方时，h h为负，重力势能也为负。为负，重力势能也为负。 在自由落体运动中，由在自由落体运动中，由h h gtgt2 2可知可知h h是指是指 在时间在时间t t内下降

18、的高度，是过程量故二者不能内下降的高度，是过程量故二者不能 混为一谈。混为一谈。 (2)(2)共有性：重力势能为物体和地球这个共有性：重力势能为物体和地球这个 系统所共有，但我们习惯上都说成物体具有多系统所共有，但我们习惯上都说成物体具有多 少重力势能；弹性势能也是系统共同具有的，少重力势能；弹性势能也是系统共同具有的， 一般情况我们所说一般情况我们所说“弹簧的弹性势能弹簧的弹性势能”实际上实际上 是弹簧与相连的物体所共同具有的势能。是弹簧与相连的物体所共同具有的势能。 (3)(3)相对性：重力势能具有相对性，处于同相对性：重力势能具有相对性，处于同 一位置的一个物体，如果选择的参考面在物体一

19、位置的一个物体，如果选择的参考面在物体 的上方，则重力势能为负，如果选择的参考面的上方，则重力势能为负，如果选择的参考面 在物体的下方，则重力势能为正因而，要确在物体的下方，则重力势能为正因而，要确 定重力势能须首先确定参考面选择地面为参定重力势能须首先确定参考面选择地面为参 考面不用说明考面不用说明 但是，同一物体在两个不同位置的重力势能但是，同一物体在两个不同位置的重力势能 之差却是不变的，只与两位置的高度差之差却是不变的，只与两位置的高度差h h有关，有关， 与参考面的选择无关与参考面的选择无关 弹性势能一般取形变量弹性势能一般取形变量x x0 0为参考面为参考面 第二单元动能势能第二单

20、元动能势能 1 1、定义：物体由于运动而具有的能叫动能。、定义：物体由于运动而具有的能叫动能。 2 2、动能的表达式：、动能的表达式：E Ek k 3 3、动能的单位：焦耳。、动能的单位：焦耳。 一、动能一、动能 4 4、可以从以下几个方面理解动能的概念：、可以从以下几个方面理解动能的概念： (2)(2)动能是状态量，描述的是物体在某一动能是状态量，描述的是物体在某一 时刻的运动状态。一定质量的物体在运动状态时刻的运动状态。一定质量的物体在运动状态 ( (瞬时速度瞬时速度) )确定时，确定时，E Ek k有惟一确定的值，速度有惟一确定的值，速度 变化时，动能不一定变化，但动能变化时，速变化时，

21、动能不一定变化，但动能变化时，速 度一定变化。度一定变化。 (1)(1)动能是标量，动能的取值可以为正值动能是标量，动能的取值可以为正值 或零，但不会为负值或零，但不会为负值 (5)(5)具有动能的物体可以克服阻力做功。物具有动能的物体可以克服阻力做功。物 体的质量越大，运动速度越大，它的动能也就体的质量越大，运动速度越大，它的动能也就 越大，能克服阻力对外做功越多。越大，能克服阻力对外做功越多。 (4)(4)物体的动能不会发生突变，它的改变需物体的动能不会发生突变，它的改变需 要一个过程，这个过程是外力对物体做功的过要一个过程，这个过程是外力对物体做功的过 程或物体克服外力做功的过程。程或物

22、体克服外力做功的过程。 (3)动能具有相对性，由于瞬时速度与参考动能具有相对性，由于瞬时速度与参考 系有关，所以系有关，所以Ek也与参考系有关，在高中，动也与参考系有关，在高中，动 能公式中速度都要以地面作参考系。能公式中速度都要以地面作参考系。 二、重力势能和弹性势能二、重力势能和弹性势能 1 1重力势能重力势能 (1)(1)重力做功的特点：重力做功的特点： 重力做功跟物体运动的路径无关，只跟始重力做功跟物体运动的路径无关，只跟始 末位置的高度差有关。末位置的高度差有关。 重力做功不引起物体机械能的变化。重力做功不引起物体机械能的变化。 (2)(2)重力势能重力势能 概念：地球上的物体由于受

23、到重力的作概念：地球上的物体由于受到重力的作 用而具有的跟它的高度有关的能，叫重力势能。用而具有的跟它的高度有关的能，叫重力势能。 表达式：表达式：EpEpmghmgh 重力势能有正负，由于重力势能是标量，重力势能有正负，由于重力势能是标量， 其正负表示势能的大小。其正负表示势能的大小。 (3)(3)重力做功与重力势能变化的关系：重力对重力做功与重力势能变化的关系：重力对 物体做正功，重力势能就减少；重力对物体做负物体做正功，重力势能就减少；重力对物体做负 功，重力势能就增加。功，重力势能就增加。 2 2弹性势能弹性势能 (1)(1)概念：弹簧由于发生形变而具有的能叫弹概念：弹簧由于发生形变而

24、具有的能叫弹 性势能性势能 (2)(2)大小：弹性势能的大小与弹簧的劲度系数大小：弹性势能的大小与弹簧的劲度系数 和伸长量有关。和伸长量有关。 Ep kx2 2 1 3 3、重力势能的理解、重力势能的理解 (1)(1)重力势能公式中重力势能公式中h h的含义的含义 重力势能公式重力势能公式E Ep pmghmgh中的中的h h是物体的重心到是物体的重心到 参考面参考面( (零势能面零势能面) )的高度，是个状态量当的高度，是个状态量当h h在在 参考面的上方时，参考面的上方时，h h为正，重力势能也为正当为正，重力势能也为正当h h 在参考面的下方时，在参考面的下方时，h h为负，重力势能也为

25、负。为负，重力势能也为负。 在自由落体运动中，由在自由落体运动中，由h h gtgt2 2可知可知h h是指是指 在时间在时间t t内下降的高度，是过程量故二者不能内下降的高度，是过程量故二者不能 混为一谈。混为一谈。 (2)(2)共有性：重力势能为物体和地球这个共有性：重力势能为物体和地球这个 系统所共有，但我们习惯上都说成物体具有多系统所共有，但我们习惯上都说成物体具有多 少重力势能；弹性势能也是系统共同具有的，少重力势能；弹性势能也是系统共同具有的， 一般情况我们所说一般情况我们所说“弹簧的弹性势能弹簧的弹性势能”实际上实际上 是弹簧与相连的物体所共同具有的势能。是弹簧与相连的物体所共同

26、具有的势能。 (3)(3)相对性：重力势能具有相对性，处于同相对性：重力势能具有相对性，处于同 一位置的一个物体，如果选择的参考面在物体一位置的一个物体，如果选择的参考面在物体 的上方，则重力势能为负，如果选择的参考面的上方，则重力势能为负，如果选择的参考面 在物体的下方，则重力势能为正因而，要确在物体的下方，则重力势能为正因而，要确 定重力势能须首先确定参考面选择地面为参定重力势能须首先确定参考面选择地面为参 考面不用说明考面不用说明 但是，同一物体在两个不同位置的重力势能但是，同一物体在两个不同位置的重力势能 之差却是不变的，只与两位置的高度差之差却是不变的，只与两位置的高度差h h有关，

27、有关， 与参考面的选择无关与参考面的选择无关 弹性势能一般取形变量弹性势能一般取形变量x x0 0为参考面为参考面 1 1、内容：合外力对物体所做的功，等于、内容：合外力对物体所做的功，等于 物体在这个过程中动能的变化。物体在这个过程中动能的变化。 第三单元动能定理第三单元动能定理 2 2、动能定理的理解、动能定理的理解 (1)(1)动能定理是把过程量动能定理是把过程量( (做功做功) )和状态量和状态量 ( (动能动能) )联系在一起的物理规律，它表示了过程联系在一起的物理规律，它表示了过程 量等于状态量的改变量的关系。量等于状态量的改变量的关系。 (2)(2)动能定理的研究对象是动能定理的

28、研究对象是单一物体单一物体，或，或 者可以看成单一物体的物体系。者可以看成单一物体的物体系。所有的物理量所有的物理量 均以地面为参考系。均以地面为参考系。 (3)(3)作用在物体上的力无论是什么性质的作用在物体上的力无论是什么性质的 力、无论是恒力还是变力，无论物体作直线力、无论是恒力还是变力，无论物体作直线 运动还是曲线运动，动能定理都适用。运动还是曲线运动，动能定理都适用。 (4)(4)动能定理表达式是一个标量式，不动能定理表达式是一个标量式，不 能在某一个方向上应用动能定理。能在某一个方向上应用动能定理。 3 3、应用动能定理时要注意的几个问题、应用动能定理时要注意的几个问题 (1)(1

29、)在分析物体受力时，要考虑物体受到的在分析物体受力时，要考虑物体受到的 所有力，包括重力所有力，包括重力 (2)(2)动能定理中的位移、速度各物理量都选动能定理中的位移、速度各物理量都选 地面为参考系地面为参考系 (3)(3)计算时应把各已知功的正、负号代入计算时应把各已知功的正、负号代入 动能定理表达式，如果有的力是变力，则设动能定理表达式，如果有的力是变力，则设 一个功的符号代替进行列式，求出其值一个功的符号代替进行列式，求出其值( (正值正值 表示正功，负值表示负功表示正功，负值表示负功) ) (4)(4)过程复杂又不需研究中间状态时，可过程复杂又不需研究中间状态时，可 以把多个过程看作

30、一个全过程进行研究应用动以把多个过程看作一个全过程进行研究应用动 能定理更方便能定理更方便 (5)(5)如果研究过程中物体受力情况有变化，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，运用所要分别写出该力在各个阶段做的功，运用所 有外力对物体做功的代数和等于物体系统动有外力对物体做功的代数和等于物体系统动 能的变化进行列式解答。能的变化进行列式解答。 (6)(6)恒力作用下的物体运动问题，凡不涉恒力作用下的物体运动问题，凡不涉 及加速度和时间及其运动过程的具体细节，及加速度和时间及其运动过程的具体细节， 可优先运用动能定理求解。可优先运用动能定理求解。 4 4、应用动能定

31、理解题的基本思路、应用动能定理解题的基本思路 (1)(1)确定研究对象和研究过程确定研究对象和研究过程( (是分段还是分段还 是全过程是全过程) )； (2)(2)分析研究对象受力情况和各个力的做分析研究对象受力情况和各个力的做 功情况，受哪些力？每个力是否做功？做正功情况，受哪些力？每个力是否做功？做正 功还是负功？做多少功？然后求各个力做功功还是负功？做多少功？然后求各个力做功 的代数和；的代数和； (3)(3)明确物体在过程始末状态的动能明确物体在过程始末状态的动能 和和 ； (4)(4)按照动能定理按照动能定理W W1 1W W2 2 列式求解列式求解 5 5、解力学综合题的基本步骤、

32、解力学综合题的基本步骤 （1 1）对物体的运动过程和）对物体的运动过程和受力受力进行分析。进行分析。 （2 2）根据所分析的运动过程运用相应的物）根据所分析的运动过程运用相应的物 理规律列式求解。理规律列式求解。 直线运动，可用运动学知识、牛顿定律、动直线运动，可用运动学知识、牛顿定律、动 能定理、动量守恒等知识。一般来说，动量守能定理、动量守恒等知识。一般来说，动量守 恒定律适用于系统，而运动学、牛顿定律、动恒定律适用于系统，而运动学、牛顿定律、动 能定理适用于单个物体。能定理适用于单个物体。 圆周运动和抛体运动可运用相应的公式和牛圆周运动和抛体运动可运用相应的公式和牛 顿定律、动能定理。顿

33、定律、动能定理。 特别说明特别说明 1、计算因滑动摩擦力做功而产生的热量时，、计算因滑动摩擦力做功而产生的热量时， 位移是用相对位移而非对地位移。如物体在传位移是用相对位移而非对地位移。如物体在传 送带上运动，产生的热量用摩擦力乘以物体相送带上运动，产生的热量用摩擦力乘以物体相 对皮带运动的位移。对皮带运动的位移。 2 2、动能定理用于单一物体，所有的物理、动能定理用于单一物体，所有的物理 量均以地面为参考系。量均以地面为参考系。 第四单元第四单元 实验：探究外力做功与物体动能变化的关系实验：探究外力做功与物体动能变化的关系 1 1、实验目的、实验目的 (1)(1)通过实验，探究功与物体速度变

34、化的通过实验，探究功与物体速度变化的 关系。关系。 (2)(2)了解探究功与物体速度变化关系的原了解探究功与物体速度变化关系的原 理。理。 2 2实验原理实验原理 实验装置如上图所示，在砝码盘中加放砝实验装置如上图所示，在砝码盘中加放砝 码并释放砝码盘，木块将在砝码盘对它的拉码并释放砝码盘，木块将在砝码盘对它的拉 力及长木板对它的摩擦力作用下做匀加速运力及长木板对它的摩擦力作用下做匀加速运 动在纸带记录的物体运动的匀加速阶段，动在纸带记录的物体运动的匀加速阶段， 适当间隔地取两个点适当间隔地取两个点A A、B.B.只要取计算一小段只要取计算一小段 位移的平均速度即可确定位移的平均速度即可确定A

35、 A、B B两点各自的速两点各自的速 度度v vA A、v vB B，再数出，再数出A A、B B两点的时间间隔两点的时间间隔t t。 根据根据a a ， 算出加速度算出加速度a a，根据牛顿，根据牛顿 第二定律第二定律F F合 合 mama算出算出F F合 合，在这段过程中物体运 ，在这段过程中物体运 动的距离动的距离s s可通过运动纸带测出，我们可即算出可通过运动纸带测出，我们可即算出 合外力做的功。合外力做的功。 另一方面，此过程中物体动能的变化量为另一方面，此过程中物体动能的变化量为 ，通过比较，通过比较W W和和E Ek k的值，就可的值，就可 以找出两者之间的关系以找出两者之间的关

36、系 在木块运动到长木板的中间位置时，用手托在木块运动到长木板的中间位置时，用手托 住砝码盘，砝码盘不再对木块有拉力木块将住砝码盘，砝码盘不再对木块有拉力木块将 在长木板的摩擦力作用下做匀减速运动，外力在长木板的摩擦力作用下做匀减速运动，外力 对物体做负功。同样的，我们在纸带记录的物对物体做负功。同样的，我们在纸带记录的物 体运动的匀减速阶段取两个有一定间隔的点体运动的匀减速阶段取两个有一定间隔的点C C、 D D，测出各自的速度，测出各自的速度v vC C、v vD D， 根据根据 ，求出加速度，求出加速度a a，进而求出合外，进而求出合外 力力F F合 合，并算出外力所做的功 ，并算出外力所

37、做的功W W，另一方面，物，另一方面，物 体动能的变化为体动能的变化为 比较比较W W和和 E Ek k的值，寻找两者的关系。的值，寻找两者的关系。 3 3实验器材实验器材 长木板长木板( (一端带滑轮一端带滑轮) )、刻度尺、打点计时、刻度尺、打点计时 器、纸带、导线、电源、小车、细线、砝码盘、器、纸带、导线、电源、小车、细线、砝码盘、 砝码、天平。砝码、天平。 4 4实验步骤及数据处理实验步骤及数据处理 (1)(1)用天平测出木块的质量把器材按图装用天平测出木块的质量把器材按图装 置好纸带固定在木块中间的方孔内。置好纸带固定在木块中间的方孔内。 (2)(2)把木块放在打点计时器附近，用手按

38、住。把木块放在打点计时器附近，用手按住。 往砝码盘中加砝码接通打点计时器电源，让往砝码盘中加砝码接通打点计时器电源，让 它工作放开木块，让它做加速运动。当木块它工作放开木块，让它做加速运动。当木块 运动到木板中点时，用手托住砝码盘，让木块运动到木板中点时，用手托住砝码盘，让木块 在木板摩擦力作用下做减速运动当木块到达在木板摩擦力作用下做减速运动当木块到达 定滑轮处定滑轮处( (或静止或静止) )时，断开电源。时，断开电源。 (3)(3)取下纸带，在纸带上反映物体加速运动取下纸带，在纸带上反映物体加速运动 和减速运动的两部分点迹中较理想的一段，如和减速运动的两部分点迹中较理想的一段，如 下图所示

39、，分别各取两点下图所示，分别各取两点( (其间点迹数不少于其间点迹数不少于9 9 点点) )。量出。量出s sA A、s sB B、s sC C、s sD D和和s sAB AB、 、s sCD CD。由 。由s sA A、s sB B、 s sC C、s sD D及相应的时间间隔及相应的时间间隔t t( (如如0.080.08秒秒) )，算出，算出 v vA A、v vB B，利用，利用v vA A、v vB B和和A A、B B间的时间间隔间的时间间隔t tAB AB求 求 出出A A、B B间木块运动的加速度间木块运动的加速度a aAB AB；同法求出 ；同法求出a aCD CD。 。

40、则木块质量则木块质量m m与与a aAB AB、 、a aCD CD的乘积分别表示在 的乘积分别表示在ABAB段和段和 CDCD段木块受的合力。段木块受的合力。 (4)(4)根据实验结果填好下表，看根据实验结果填好下表，看W W与与E Ek k是是 否相等。否相等。 加速阶段加速阶段减速阶段减速阶段 物体的质量物体的质量( (kgkg) )mm 计数点附近的位移计数点附近的位移( (m m) )sA、 、sB sC、sD 各计数点处的速度各计数点处的速度( (m m/ /s s) )vA、vBvC、vD 两记数点间的时间间隔两记数点间的时间间隔( (s s) )tABtCD 运动的加速度运动的

41、加速度( (m m/ /s s2 2) )aABaCD 木块受的合力木块受的合力ma(ma(N N) )FABFCD 计数点间的位移计数点间的位移( (m m) )sABsCD 合外力的功合外力的功W(W(J J) )W1W2 木块的动能增量木块的动能增量E Ek k( (J J) )Ek1Ek2 (5)(5)重新取计数点，重复步骤重新取计数点，重复步骤(3)(3)和和(4)(4)， 再验证一次再验证一次 5 5误差分析误差分析 (1)(1)木块与桌面的粗糙程度不固定造成实木块与桌面的粗糙程度不固定造成实 验的误差验的误差 (2)(2)利用打点计时器上打出的纸带读位移利用打点计时器上打出的纸带

42、读位移 或计算速度时，测量不准确带来误差或计算速度时，测量不准确带来误差 练习练习1 1、在、在“探究动能定理探究动能定理”的实验中，某的实验中，某 同学按下列步骤进行：同学按下列步骤进行： 把实验器材按下图安装好把实验器材按下图安装好 把木块放在打点计时器附近，用手按住。把木块放在打点计时器附近，用手按住。 往砝码盘中加砝码接通打点计时器电源，待往砝码盘中加砝码接通打点计时器电源，待 其正常工作后放开木块，让它做匀加速运动。其正常工作后放开木块，让它做匀加速运动。 当木块运动到木板长的当木块运动到木板长的1/21/2左右时，用手托住砝左右时，用手托住砝 码盘，让木块在摩擦力作用下做匀减速运动

43、。码盘，让木块在摩擦力作用下做匀减速运动。 当木块到达定滑轮处当木块到达定滑轮处( (或静止或静止) )时，断开电源。时，断开电源。 取下纸带，在纸带上反映物体加速运动取下纸带，在纸带上反映物体加速运动 和减速运动的两部分点迹中较理想的一段，分和减速运动的两部分点迹中较理想的一段，分 别各取两点别各取两点( (其间点迹数不少于其间点迹数不少于9 9点点) )，如图所示。，如图所示。 采集数据，利用纸带上提供的信息分析，采集数据，利用纸带上提供的信息分析， 得出结论。得出结论。 问题：问题：(1)(1)实验中需不需要用天平测出木块实验中需不需要用天平测出木块 质量质量m m的具体数值？的具体数值

44、？ （2 2 ）假设在减速阶段也符合动能定理，试）假设在减速阶段也符合动能定理，试 由纸带上的信息写出计算木块与桌面间的动摩由纸带上的信息写出计算木块与桌面间的动摩 擦因数的表达式。擦因数的表达式。 (3)(3)利用纸带上提供的信息进行分析时，利用纸带上提供的信息进行分析时， 若以若以A A点为中间时刻，量出包含点为中间时刻，量出包含A A点的一点的一 小段时间小段时间t t( (如如0.080.08s s) )内的位移为内的位移为S SA A，则，则v vA A _，同理可确定，同理可确定v vB B_。 设从设从A A至至B B的时间为的时间为t tAB AB，在木块加速过 ，在木块加速过

45、 程中，加速度程中，加速度a aAB AB _._.木块所受的合外木块所受的合外 力为力为F FAB AB _._.测量测量A A、B B间的位移间的位移S SAB AB， ， 试写出木块加速过程中外力做功与动能变化的试写出木块加速过程中外力做功与动能变化的 可能关系式可能关系式：。 答案：答案：(1)需要需要 (2) 练习练习2 2、如下图所示，是某研究性学习小组、如下图所示，是某研究性学习小组 做探究做探究“橡皮筋做的功和物体速度变化的关系橡皮筋做的功和物体速度变化的关系” 的实验，图中是小车在一条橡皮筋作用下弹出，的实验，图中是小车在一条橡皮筋作用下弹出， 沿木板滑行的情形，这时，橡皮筋

46、对小车做的沿木板滑行的情形，这时，橡皮筋对小车做的 功记为功记为W. W. 当我们用当我们用2 2条、条、3 3条条完全相同的完全相同的 橡皮筋并在一起进行第橡皮筋并在一起进行第2 2次、第次、第3 3次次实验时，实验时， 每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放. . 小车每次小车每次 实验中获得的速度由打点计时器所打的纸带测实验中获得的速度由打点计时器所打的纸带测 出。出。 (1)(1)除了图中的已给出的实验器材外，还除了图中的已给出的实验器材外，还 需要的器材有需要的器材有_； (2)(2)实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运 动，应采

47、取的措施是动，应采取的措施是_； (3)(3)每次实验得到的纸带上的点并不都是均每次实验得到的纸带上的点并不都是均 匀的，为了测量小车获得的速度，应选用纸带匀的，为了测量小车获得的速度，应选用纸带 的的_部分进行测量；部分进行测量； (4)(4)下面是本实验的数据记录表，请将第下面是本实验的数据记录表，请将第2 2 次、第次、第3 3次次实验中橡皮筋做的功填写在对应实验中橡皮筋做的功填写在对应 的位置；的位置； 橡皮筋橡皮筋 做的功做的功 W W 1010个间个间 隔的距隔的距 离离S(S(m m) ) 1010个间个间 隔的时隔的时 间间T(T(s s) ) 小车获小车获 得的速得的速 度度

48、 v vn n( (m m/ /s s) ) 小车速小车速 度的平度的平 方方 v(v(m m/ /s s) )2 2 1 10.2000.2000.20.2 2 20.2800.2800.20.2 3 30.3400.3400.20.2 4 40.4000.4000.20.2 5 50.4500.4500.20.2 (5)(5)从理论上讲，橡皮筋做的功从理论上讲，橡皮筋做的功W Wn n和物体速和物体速 度度v vn n变化的关系应是变化的关系应是W Wn n_. _. 请你运用数请你运用数 据表中测定的数据在下图所示的坐标系中作出据表中测定的数据在下图所示的坐标系中作出 相应的图象验证理论

49、的正确性；相应的图象验证理论的正确性； (6)(6)若在实验中你做出的图线与理论的推测若在实验中你做出的图线与理论的推测 不完全一致，你处理这种情况的做法是：不完全一致，你处理这种情况的做法是： _ 答案：答案：(1)(1)刻度尺刻度尺 (2)(2)把木板的末端垫起适当高度以平衡摩擦力。把木板的末端垫起适当高度以平衡摩擦力。 (3)(3)点距均匀点距均匀(4)2W(4)2W3W3W4W4W5W5W (5)v2n(5)v2n图象如下图所示：图象如下图所示： (6)(6)分析误差来源或改进试验方案或测量手段，分析误差来源或改进试验方案或测量手段， 重新进行试验。重新进行试验。 练习练习3 3、在用

50、如下图所示的装置做、在用如下图所示的装置做“探究动探究动 能定理能定理”的实验中，下列说法正确的是的实验中，下列说法正确的是( () ) A A通过改变橡皮筋的条数改变拉力做功的通过改变橡皮筋的条数改变拉力做功的 数值。数值。 B B通过改变橡皮筋的长度改变拉力做功的通过改变橡皮筋的长度改变拉力做功的 数值。数值。 C C通过打点计时器打下的纸带来测定小车通过打点计时器打下的纸带来测定小车 加速过程中获得的最大速度。加速过程中获得的最大速度。 D D通过打点计时器打下的纸带来测定小车通过打点计时器打下的纸带来测定小车 加速过程中获得的平均速度。加速过程中获得的平均速度。 解析：解析：因为条数增

51、大到因为条数增大到N N条，当橡皮筋被拉条，当橡皮筋被拉 至同样的长度时，做功也增大到至同样的长度时，做功也增大到NWNW；若填成；若填成 “长度长度”是错误的，因为长度成倍增大，但夹是错误的，因为长度成倍增大，但夹 角变了，力不是成倍增大，故无法确定功；速角变了，力不是成倍增大，故无法确定功；速 度也不能填度也不能填“平均平均”速度，因为动能定理中做速度，因为动能定理中做 功对应的是动能的瞬时值，针对其变化量改变功对应的是动能的瞬时值，针对其变化量改变 橡皮筋的长度会改变两个拉力的夹角，这样无橡皮筋的长度会改变两个拉力的夹角，这样无 法确定后来拉力做的功法确定后来拉力做的功 答案：答案：AC

52、AC 练习练习4 4、物体在空、物体在空 中下落的过程中，重中下落的过程中，重 力做正功，物体的动力做正功，物体的动 能越来越大，为了能越来越大，为了 “探究重力做功和物探究重力做功和物 体动能变化的定量关体动能变化的定量关 系系”，我们提供了如，我们提供了如 图所示的实验装置。图所示的实验装置。 如图如示，质量为如图如示，质量为m m的小球在重力的小球在重力mgmg作用作用 下从开始端自由下落至光电门发生的下从开始端自由下落至光电门发生的_， 通过光电门时的通过光电门时的_，试探究重力做的功，试探究重力做的功 _与小球动能变化量与小球动能变化量_的定量关系的定量关系 (1)(1)某同学根据所

53、学的知识结合右图设计某同学根据所学的知识结合右图设计 一个本实验情景的命题：一个本实验情景的命题： 请在请在空格处填写物理量的名称和对空格处填写物理量的名称和对 应符号；在应符号；在空格处填写数学表达式空格处填写数学表达式 (2)(2)某同学根据上述命题进行如下操作并测某同学根据上述命题进行如下操作并测 出如下数字出如下数字 用天平测定小球的质量为用天平测定小球的质量为0.50 0.50 kgkg； 用游标尺测出小球的直径为用游标尺测出小球的直径为10.0 10.0 mmmm； 用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的距离用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的距离 为为82.80 82.80 cmcm； 电

54、磁铁先通电，让小球吸在开始端；电磁铁先通电，让小球吸在开始端； 电磁铁断电时，小球自由下落；电磁铁断电时，小球自由下落； 在小球经过光电门时间内，计时装置记下在小球经过光电门时间内，计时装置记下 小球经过光电门所用时间为小球经过光电门所用时间为2.502.501010 3 3s s，由此 ，由此 可算得小球经过光电门的速度为可算得小球经过光电门的速度为_m m/ /s s. . 计算得出重力做的功为计算得出重力做的功为_J J，小球，小球 动能变化量为动能变化量为_J J(g(g取取9.8 9.8 m m/ /s s2 2，结果，结果 保留三位数字保留三位数字) ) (3)(3)试根据试根据(

55、2)(2)下好本实验的结论：下好本实验的结论： _ 答案答案：(1)(1)位移位移s s瞬时速度瞬时速度v vmgsmgs ( (2)2)4.04.04.014.014.004.00 (3)(3)在误差允许范围内，重力做的功等于物在误差允许范围内，重力做的功等于物 体动能的变化量体动能的变化量 第五单元实验：验证机械能守恒定律第五单元实验：验证机械能守恒定律 1 1、实验目的：验证机械能守恒定律、实验目的：验证机械能守恒定律 2 2实验原理：实验原理： 只有重力做功的情况下，物体的重力势能只有重力做功的情况下，物体的重力势能 和动能可以相互转化，但总的机械能守恒，利和动能可以相互转化，但总的机

56、械能守恒，利 用仪器记录下物体自由下落的高度用仪器记录下物体自由下落的高度h h及计算出及计算出 瞬时的速度瞬时的速度v v，从而验证物体在自由下落过程，从而验证物体在自由下落过程 中，重力势能减少量中，重力势能减少量E Ep pmghmgh与物体动能的与物体动能的 增加量增加量 相等。相等。 物体做自由落体运动时，只受重力的作用，物体做自由落体运动时，只受重力的作用， 机械能守恒。即物体重力势能的减少等于动能机械能守恒。即物体重力势能的减少等于动能 的增加，设物体质量为的增加，设物体质量为m m，利用打点计时器在，利用打点计时器在 纸带上记录下物体自由下落的高度纸带上记录下物体自由下落的高度

57、h h，计算出，计算出 瞬时速度瞬时速度v v，则重力势能的减少量，则重力势能的减少量E Ep pmghmgh， 动能的增加量动能的增加量E Ek k mvmv，比较，比较E Ep p和和E Ek k 在误差允许的范围内是否相等，从而验证机械在误差允许的范围内是否相等，从而验证机械 能守恒定律。能守恒定律。 2 3 3实验器材实验器材 铁架台铁架台( (带铁夹带铁夹) )，打点计时器，重锤，打点计时器，重锤( (带纸带纸 带夹子带夹子) )，纸带数条，复写纸片，导线，毫米刻，纸带数条，复写纸片，导线，毫米刻 度尺，学生电源度尺，学生电源( (交流交流4 46 6V V) ) 4 4实验步骤与数

58、据实验步骤与数据 处理处理 (1)(1)如下图所示，把如下图所示，把 打点计时器安装好，连打点计时器安装好，连 接好电路；接好电路； (2)(2)将纸带穿过打点计时器，纸带下端用夹子与将纸带穿过打点计时器，纸带下端用夹子与 重物重物( (钩码或另选用重锤钩码或另选用重锤) )相连，手提纸带上端使重相连，手提纸带上端使重 物静止在靠近打点计时器的地方，保持纸带竖直；物静止在靠近打点计时器的地方，保持纸带竖直； (3)(3)接通电源，松开纸带，让重物自由下落，计接通电源，松开纸带，让重物自由下落，计 时器就在纸带上打下一系列的点；时器就在纸带上打下一系列的点； (4)(4)更换纸带，重复实验几次，

59、从打出的纸带中更换纸带，重复实验几次，从打出的纸带中 挑出第一、二点间距离接近挑出第一、二点间距离接近2 2 mmmm，且点迹清晰的一，且点迹清晰的一 条纸带，如下图所示；条纸带，如下图所示； (5)(5)在所选纸带的第一个点迹旁标上在所选纸带的第一个点迹旁标上0 0，然后在纸带，然后在纸带 上选取五个连续点标上上选取五个连续点标上1 1、2 2、3 3、4 4、5 5，用刻度尺量出，用刻度尺量出 各点到各点到0 0点的距离点的距离h h1 1、h h2 2、h h3 3、h h4 4、h h5 5； (6)(6)用公式用公式 计算计算2 2、3 3、4 4各点对应的各点对应的 瞬时速度；瞬时

60、速度； (7)(7)计算计算2 2、3 3、4 4各点对应的重力势能减少量各点对应的重力势能减少量mghmghn n 和动能增加量和动能增加量 ，进行比较，得出结论，进行比较，得出结论 5 5误差分析及减少误差的做法误差分析及减少误差的做法 (1)(1)由于测长度带来的误差属于偶然误差，减少误由于测长度带来的误差属于偶然误差，减少误 差的方法一是测距离都应从差的方法一是测距离都应从0 0点量起，二是多测几次取点量起，二是多测几次取 平均值平均值 (2)(2)实际上重物和纸带下落过程中要克服阻力实际上重物和纸带下落过程中要克服阻力( (主主 要是打点计时器的阻力要是打点计时器的阻力) )做功，故