探究外力做功与物体动能变化的关系实用教案

1、课标定位课标定位学习目标：学习目标：1.会用实验的方法来探究外力做功与物会用实验的方法来探究外力做功与物体动能变化的关系，并能用牛顿第二定律和运动体动能变化的关系，并能用牛顿第二定律和运动学公式学公式(gngsh)推导动能定理推导动能定理2理解动能定理的内容，并能用动能定理分析、理解动能定理的内容，并能用动能定理分析、计算有关问题计算有关问题重点难点：重点难点：1.动能定理的应用动能定理的应用2探究外力做功与动能变化之间的关系探究外力做功与动能变化之间的关系第1页/共42页第一页，共42页。课前自主课前自主(zzh)(zzh)学案学案一、实验与探究1实验目的：探究外力做功与物体动能变化的关系2

2、实验方法：让物体自由(zyu)下落，下落过程经过A、B两点，测出A、B两点的高度差hAB和A、B两点的速度vA、vB，则重力做的功为WG_.mghAB第2页/共42页第二页，共42页。动能变化为动能变化为Ek_验证验证WG与与Ek的关系的关系3实验器材：铁架台实验器材：铁架台(带铁夹带铁夹)、_、_、重物、纸带、重物、纸带、电源等电源等4实验步骤实验步骤(1)按图按图431把打点把打点(d din)计时器安装在铁架计时器安装在铁架台上，用导线把打点台上，用导线把打点(d din)计时器与电源连接计时器与电源连接好好电火花打点(d din)计时器刻度尺第3页/共42页第三页，共42页。图431第

3、4页/共42页第四页，共42页。(2)把纸带的一端在重物上用夹子固定好，另一端穿把纸带的一端在重物上用夹子固定好，另一端穿过计时器限位孔，用手捏住纸带上端提起纸带使重过计时器限位孔，用手捏住纸带上端提起纸带使重物停靠在打点计时器附近物停靠在打点计时器附近(3)先先_，后，后_，让重物自由，让重物自由下落下落(xilu)(4)重复几次，得到重复几次，得到35条打好点的纸带条打好点的纸带(5)在打好点的纸带中挑选点迹清晰的一条纸带，在在打好点的纸带中挑选点迹清晰的一条纸带，在起始点标上起始点标上0，以后依次标上，以后依次标上1,2,3用刻度尺测用刻度尺测出对应下落出对应下落(xilu)高度高度h1

4、、h2、h3.接通(ji tn)电源释放(shfng)纸带第5页/共42页第五页，共42页。(6)应用公式应用公式vn_计算各点对应计算各点对应的即时速度的即时速度(sd)v1、v2、v3.(7)计算各点对应的重力做的功计算各点对应的重力做的功_和动能和动能的增加量的增加量_，进行比较，进行比较(请自行设计请自行设计表格进行分析表格进行分析)mgh第6页/共42页第六页，共42页。5结论：合力对物体所做的功等于物体动能的变结论：合力对物体所做的功等于物体动能的变化化6实验误差及注意事项实验误差及注意事项(1)误差产生原因误差产生原因(yunyn)分析及减小方法分析及减小方法重物和纸带在下落过程

5、中受到打点计时器和空气的重物和纸带在下落过程中受到打点计时器和空气的阻力，比较阻力，比较W与与Ek关系时，关系时，W只计算重力做功，只计算重力做功，未考虑阻力做功，给实验带来误差未考虑阻力做功，给实验带来误差竖直固定打点计时器，适当增加重物的质量来减小竖直固定打点计时器，适当增加重物的质量来减小相对误差相对误差第7页/共42页第七页，共42页。(2)注意事项注意事项打点计时器要竖直架稳，使两限位孔在同一竖直打点计时器要竖直架稳，使两限位孔在同一竖直线上线上释放纸带时，应使重物靠近打点计时器释放纸带时，应使重物靠近打点计时器保持提起的纸带竖直，先接通电源再松开纸带保持提起的纸带竖直，先接通电源再

6、松开纸带测量下落高度时，应从起点测量下落高度时，应从起点(qdin)量起，选取量起，选取的计数点要离起始点远些，纸带不宜过长的计数点要离起始点远些，纸带不宜过长第8页/共42页第八页，共42页。思考感悟思考感悟利用物体自由下落来探究外力做功利用物体自由下落来探究外力做功(zugng)与物与物体动能变化的关系时，物体的质量需不需要测量？体动能变化的关系时，物体的质量需不需要测量？为什么？为什么？第9页/共42页第九页，共42页。第10页/共42页第十页，共42页。2结论：合力对物体所做的功等于结论：合力对物体所做的功等于(dngy)物体动能的变化物体动能的变化三、动能定理三、动能定理动能定理的内

7、容：合力对物体所做的功等于动能定理的内容：合力对物体所做的功等于(dngy)物体动能的变化物体动能的变化表达式：表达式：_.式中式中Ek2表示物体的末态的动能，表示物体的末态的动能，Ek1表示物表示物体的初态的动能，体的初态的动能，W表示合外力所做的功当表示合外力所做的功当外力对物体做正功时，物体的动能外力对物体做正功时，物体的动能_；当 外 力 对 物 体 做 负 功 时 ， 物 体 的 动 能当 外 力 对 物 体 做 负 功 时 ， 物 体 的 动 能_WEk2Ek1增加增加(zngji)减少减少(jinsho)第11页/共42页第十一页，共42页。核心核心(hxn)(hxn)要点突破要

8、点突破一、对动能定理的理解1动能定理反映了一种因果关系，即合力做功是物体动能变化的原因当合力对物体做正功时W0，Ek2Ek10，Ek2Ek1，动能增加特别提醒：动能只有正值，没有负值，但动能的变化却有正负“变化”是指末状态(zhungti)的物理量减去初状态(zhungti)的物理量，而不一定是大的减小的动能的变化量为正值，表示物体的动能增加了，对应于合力对物体做正功；物体的变化量为负值，表示物体的动能减小了，对应于合力对物体做负功，或者说物体克服合力做功第12页/共42页第十二页，共42页。2动能定理的研究对象是单一物体，或者是动能定理的研究对象是单一物体，或者是可以看成单一物体的物体系可以

9、看成单一物体的物体系3动能定理适用于物体的直线运动，也适用动能定理适用于物体的直线运动，也适用于物体的曲线运动；适用于恒力做功，也适用于物体的曲线运动；适用于恒力做功，也适用于变力做功，力可以是各种性质的力，既可以于变力做功，力可以是各种性质的力，既可以同时作用，也可以分段作用只要求出在作用同时作用，也可以分段作用只要求出在作用过程中各力做功的多少和正负即可用动能定过程中各力做功的多少和正负即可用动能定理解题一般理解题一般(ybn)比用牛顿第二定律和运动学比用牛顿第二定律和运动学公式求解简便公式求解简便第13页/共42页第十三页，共42页。4动能定理的计算式为标量式，动能定理的计算式为标量式，

10、v为相对同一参考为相对同一参考系的速度，一般以地面为参考系系的速度，一般以地面为参考系5外力对物体所做的功是指物体所受的一切外力对外力对物体所做的功是指物体所受的一切外力对它做的总功它做的总功特别提醒：特别提醒：(1)动能定理只强调初末状态动能定理只强调初末状态(zhungti)动能的变化，在一段过程中初末位置的动能变化量动能的变化，在一段过程中初末位置的动能变化量为零，并不意味着在此过程中的各个时刻动能不变为零，并不意味着在此过程中的各个时刻动能不变化化(2)物体所受合力不为零时，其动能不一定变化，比物体所受合力不为零时，其动能不一定变化，比如合力方向始终与速度垂直时，动能就不会变化如合力方

11、向始终与速度垂直时，动能就不会变化第14页/共42页第十四页，共42页。即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1(单选单选)一质量为一质量为1 kg的物体被人用手由静止开始的物体被人用手由静止开始向上提升向上提升1 m，这时物体的速度是，这时物体的速度是2 m/s，则下列结，则下列结论中错误的是论中错误的是()A手对物体做功手对物体做功(zugng)12 JB合力对物体做功合力对物体做功(zugng)12 JC合力对物体做功合力对物体做功(zugng)2 J D物体克服重力做功物体克服重力做功(zugng)10 J第15页/共42页第十五页，共42页。第16页/共42页第十六

12、页，共42页。二、动能二、动能(dngnng)定理的适用条件及解题的定理的适用条件及解题的优越性优越性1适用条件：动能适用条件：动能(dngnng)定理虽然是在定理虽然是在物体受恒力作用、沿直线做匀加速直线运动的物体受恒力作用、沿直线做匀加速直线运动的情况下推导出来的，但是对于外力是变力或物情况下推导出来的，但是对于外力是变力或物体做曲线运动，动能体做曲线运动，动能(dngnng)定理都成立定理都成立2优越性：优越性：(1)对于变力作用或曲线运动，动对于变力作用或曲线运动，动能能(dngnng)定理提供了一种计算变力做功的定理提供了一种计算变力做功的简便方法功的计算公式简便方法功的计算公式WF

13、scos 只能求恒只能求恒力做的功，不能求变力的功，而由于动能力做的功，不能求变力的功，而由于动能(dngnng)定理提供了一个物体的动能定理提供了一个物体的动能(dngnng)变化变化Ek与合外力对物体所做功具与合外力对物体所做功具有等量代换关系，因此已知有等量代换关系，因此已知(或求出或求出)物体的动物体的动能能(dngnng)变化变化EkEk2Ek1，就可以，就可以间接求得变力做功间接求得变力做功第17页/共42页第十七页，共42页。(2)与用牛顿定律解题与用牛顿定律解题(ji t)的比较的比较牛顿定律牛顿定律动能定理动能定理相相同同点点确定研究对象，对物体进行受力分析和运动过程分确定研

14、究对象，对物体进行受力分析和运动过程分析析适适用用条条件件只能研究在恒力作用下物只能研究在恒力作用下物体做直线运动体做直线运动对于在恒力或变力作用下，对于在恒力或变力作用下，物体做直线或曲线运动均物体做直线或曲线运动均适用适用应应用用方方法法要考虑运动过程的每一个要考虑运动过程的每一个细节，结合运动学公式解细节，结合运动学公式解题题只考虑各力的做功情况及只考虑各力的做功情况及初、末状态的动能初、末状态的动能运运算算方方法法第18页/共42页第十八页，共42页。两种思路两种思路(sl)对比可以看出应用动能定理解题对比可以看出应用动能定理解题不涉及加速度、时间，不涉及矢量运算，运算简不涉及加速度、

15、时间，不涉及矢量运算，运算简单不易出错单不易出错特别提醒：有些问题，用牛顿第二定律和运动学特别提醒：有些问题，用牛顿第二定律和运动学知识可以求解，用动能定理也可以求解，但由于知识可以求解，用动能定理也可以求解，但由于应用动能定理时不需要考虑运动过程中的一些细应用动能定理时不需要考虑运动过程中的一些细节，所以用动能定理求解更简洁一些节，所以用动能定理求解更简洁一些第19页/共42页第十九页，共42页。即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2(单选单选)如图如图433所示，光滑水平桌面上开一所示，光滑水平桌面上开一个光滑小孔，从孔中穿一根细绳，绳一端系一个个光滑小孔，从孔中穿一根

16、细绳，绳一端系一个小球，另一端用力小球，另一端用力F1向下拉，以维持小球在光滑向下拉，以维持小球在光滑水平面上做半径为水平面上做半径为R1的匀速圆周运动今改变拉的匀速圆周运动今改变拉力，当大小力，当大小(dxio)变为变为F2时，小球仍在水平桌时，小球仍在水平桌面上做匀速圆周运动，但半径变为面上做匀速圆周运动，但半径变为R2.则小球运动则小球运动半径由半径由R1变为变为R2过程中，拉力对小球做的功是过程中，拉力对小球做的功是()第20页/共42页第二十页，共42页。图433第21页/共42页第二十一页，共42页。第22页/共42页第二十二页，共42页。课堂课堂(ktng)(ktng)互动讲练互

17、动讲练探究外力做功与物体动能的变化探究外力做功与物体动能的变化 在在“探究外力做功与物体动能的变化探究外力做功与物体动能的变化”的实验中，的实验中，已知打点计时器所用的电源的频率为已知打点计时器所用的电源的频率为50 Hz，查得当地，查得当地的重力加速度的重力加速度g9.80 m/s2，测得所用的重物的质量为，测得所用的重物的质量为1.00 kg.实验中得到一条点迹清晰实验中得到一条点迹清晰(qngx)的纸带，如图的纸带，如图434，把第一个点记作，把第一个点记作O，另选连续的四个点，另选连续的四个点A、B、C、D作为测量的点，经测量知道作为测量的点，经测量知道A、B、C、D各点到各点到O点的

18、距离分别点的距离分别第23页/共42页第二十三页，共42页。是是62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、85.73 cm.根根据以上数据，可知重物由据以上数据，可知重物由O点运动到点运动到C点，重力做点，重力做的功为的功为_J，动能，动能(dngnng)的增加量等于的增加量等于_J(取三位有效数字取三位有效数字)结论是在误差允许结论是在误差允许的范围内的范围内_图图434第24页/共42页第二十四页，共42页。第25页/共42页第二十五页，共42页。【答案】7.627.57重力做的功等于物体增加的动能【方法(fngf)总结】根据匀变速直线运动某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时

19、速度，因此，纸带上某点的瞬时速度就等于该点前后相邻两点间的平均速度第26页/共42页第二十六页，共42页。 如图如图435所示，将质量所示，将质量m2 kg的一块石的一块石头从离地面头从离地面(dmin)H2 m高处由静止开始释放，高处由静止开始释放，落入泥潭并陷入泥中落入泥潭并陷入泥中h5 cm深处，深处，不计空气阻力求泥对石头不计空气阻力求泥对石头的平均阻力的平均阻力(g取取10 m/s2)动能定理的应用动能定理的应用图435第27页/共42页第二十七页，共42页。第28页/共42页第二十八页，共42页。第29页/共42页第二十九页，共42页。第30页/共42页第三十页，共42页。【答案】

20、【答案】820 N【方法总结】应用动能定理解决问题的五个步骤【方法总结】应用动能定理解决问题的五个步骤(1)明确研究对象和研究过程明确研究对象和研究过程(2)明确题设条件明确题设条件(tiojin)和已知量、未知量、待和已知量、未知量、待求量求量(3)分析研究对象在对应的研究过程中的受力情况及分析研究对象在对应的研究过程中的受力情况及各力对物体做功情况，写出各力做功的表达式并求各力对物体做功情况，写出各力做功的表达式并求其代数和其代数和(4)明确研究对象在对应研究过程中的初、末状态明确研究对象在对应研究过程中的初、末状态(5)由动能定理的由动能定理的W合合Ek2Ek1列式求解未知列式求解未知量

21、量第31页/共42页第三十一页，共42页。 如图如图436所示，质量为所示，质量为m的物体置于光滑的物体置于光滑的水平面上，用一根绳子一端固定在物体上，另一的水平面上，用一根绳子一端固定在物体上，另一端通过定滑轮，以恒定速端通过定滑轮，以恒定速率率v0拉绳子，物体由静止拉绳子，物体由静止(jngzh)开始开始运动，当绳子与水平方向夹运动，当绳子与水平方向夹角角45时，绳中张力对物时，绳中张力对物体做的功是多少？体做的功是多少？应用动能定理求变力做功应用动能定理求变力做功图436第32页/共42页第三十二页，共42页。第33页/共42页第三十三页，共42页。【答案】【答案】mv【方法总结】对变力

22、做功直接应用功的公式无法【方法总结】对变力做功直接应用功的公式无法求解求解(qi ji)，而应用动能定理非常方便，动能定，而应用动能定理非常方便，动能定理可以求解理可以求解(qi ji)变力做功的问题变力做功的问题第34页/共42页第三十四页，共42页。 如图如图437所示，轨道的两端翘起，中所示，轨道的两端翘起，中间间(zhngjin)平直，平直部分长平直，平直部分长s0.2 m，动摩，动摩擦因数擦因数0.10，两端翘起的部分是光滑的，设，两端翘起的部分是光滑的，设一物体从距平直部分高一物体从距平直部分高h1.0 m处由静止沿轨道处由静止沿轨道滑下，则物体在平直轨道上运动所通过的总路程滑下，则物体在平直轨道上运动所通过的总路程是多少？是多少？全程法应用动能定理全程法应用动能定理图图437第35页/共42页第三十五页，共42页。【思路【思路(sl)点拨】对于一些复杂的物理过程，尤点拨】对于一些复杂的物理过程，尤其是涉及非匀变速直线运动的过程，应用牛顿运动其是涉及非匀变速直线运动的过程，应用牛顿运动定律很难解决，而动能定理由于不涉及中间过程，定律很难解决，而动能定理由于不涉及中间过程，所以在全过程中应用动能定理更简捷所以在全过程中应用动能定理更简捷【自主解答】物体从左侧弯曲轨道滑下，通过平【自主解答】物体从左侧弯曲轨道滑下，通过平直轨道后滑上右侧弯曲轨道，再从右侧