探究外力做功与物体动能变化的关系

1、物理物理必修必修2 2（粤教）（粤教）第四章第四章 机械能和能源机械能和能源第三节第三节 探究外力做功与物体动能探究外力做功与物体动能变化的关系变化的关系重点：重点：实验探究动能定理以及动能定理的理解实验探究动能定理以及动能定理的理解难点：难点：动能定理的应用动能定理的应用 栏目链接栏目链接预习篇预习篇1探究动能定理的实验探究动能定理的实验(落体法落体法)，如图甲所示：，如图甲所示： 栏目链接栏目链接预习篇预习篇(1)目的：目的：_.(2)原理方法：物体做自由落体运动，下落过程中经过原理方法：物体做自由落体运动，下落过程中经过A、B两点，设法测出两点，设法测出A、B两点的高度差两点的高度差hA

2、B和和A、B两点的两点的速度速度vA、vB.计算此过程中重力做功计算此过程中重力做功WG_动能变动能变化量为化量为Ek_结果发现：物体在自由结果发现：物体在自由落体过程中，重力做的功落体过程中，重力做的功_物体动能的增量物体动能的增量 (3)器材：器材：_、纸带、纸带、_、铁、铁架台、架台、_、_探究外力做功与物体动能改变的关系探究外力做功与物体动能改变的关系mghAB等于等于电火花式打点计时器电火花式打点计时器重锺重锺刻度尺刻度尺电源电源 栏目链接栏目链接(4)步骤：步骤：按图连接好实验装置，把打点计时器与电按图连接好实验装置，把打点计时器与电源连接好源连接好把纸带一端固定在重锤上，另一端穿

3、过计时器的限把纸带一端固定在重锤上，另一端穿过计时器的限位孔，用手位孔，用手_提起纸带，使重锤停靠在提起纸带，使重锤停靠在_先先_，等计时器正常工作后，再，等计时器正常工作后，再_重复几次从打出的纸带中，挑选重复几次从打出的纸带中，挑选_的一条在起始点标上的一条在起始点标上O点，后面的依次标上点，后面的依次标上A，B，C，用，用_测出到起点的间隔测出到起点的间隔h1，h2，h3.预习篇预习篇竖直竖直打点计时器的下方打点计时器的下方接通电源接通电源释放纸带释放纸带点迹清晰点迹清晰刻度尺刻度尺 栏目链接栏目链接预习篇预习篇mg(hBhA) 栏目链接栏目链接预习篇预习篇系统误差，重锤下落时需克服阻力

4、系统误差，重锤下落时需克服阻力(主要与限位孔主要与限位孔的阻力的阻力)，故，故WG必定略必定略_Ek.(7)注意事项：注意事项：务必先务必先_，再，再_重锤尽可能选择质量重锤尽可能选择质量_而体积而体积_的的物体，即物体，即_大的物体大的物体计时器的限位孔需计时器的限位孔需_，纸带需，纸带需_，尽可能减少摩擦，尽可能减少摩擦大于大于接通电源接通电源释放纸带释放纸带较大较大较小较小质量质量竖直安放竖直安放竖直穿过限位孔竖直穿过限位孔 栏目链接栏目链接预习篇预习篇2理论推导：理论推导：(1)推导：如图所示，推导：如图所示，质量为质量为m的物体，在恒力的物体，在恒力F和摩擦力和摩擦力f作用下，经位作

5、用下，经位移移s后，速度由后，速度由v1增加到增加到v2.则外力做的总功：则外力做的总功：W_.(Ff)s 栏目链接栏目链接预习篇预习篇由牛顿第二定律：由牛顿第二定律：Ff_.由运动学公式：由运动学公式：s_.联系上式得：联系上式得：W合合Ek2Ek1Ek.(2)结论：合外力对物体做的功结论：合外力对物体做的功_物体动能的变物体动能的变化化3动能定理：动能定理：(1)内容：内容：_对物体所做的总功，等于物体对物体所做的总功，等于物体_ma等于等于合外力合外力动能的增量动能的增量 栏目链接栏目链接预习篇预习篇(2)表达式：表达式：W_W为总功，为总功，Ek1、Ek2为初、为初、末动能，末动能，E

6、k为动能变化量为动能变化量(3)功与动能变化的关系：功与动能变化的关系：W为正功时，为正功时，Ek2Ek1，Ek0，动能，动能_W为负功时，为负功时，Ek2Ek1，Ek0，动能，动能_W0时，时，Ek2Ek1，Ek0，动能，动能_Ek2Ek1增加增加减小减小不变不变 栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接考点篇考点篇考点考点1 动能定理的理解动能定理的理解1内容：合外力对物体所做的总功内容：合外力对物体所做的总功W，等于物体动，等于物体动能的增加量能的增加量2W为所有外力所做功的代数和外力既可以同时为所有外力所做功的代数和外力既可以同时作用，也可以是先后作用作用，也可以是先后作用3“动能增量动能增

7、量”是指末动能减初动能是指末动能减初动能Ek0表示表示动能增加，动能增加，Ek0表示动能减小表示动能减小4外力做功与动能变化的因果关系：外力对物体做外力做功与动能变化的因果关系：外力对物体做功是引起其动能变化的原因外力对物体做功等于物体动功是引起其动能变化的原因外力对物体做功等于物体动能增加，物体克服外力做功等于物体动能的减小能增加，物体克服外力做功等于物体动能的减小 栏目链接栏目链接考点篇考点篇例例1 质量为质量为2 kg的小物体从高为的小物体从高为3 m、长为、长为6 m的固定的固定斜面顶端由静止开始下滑，如图所示，滑到底端时速度为斜面顶端由静止开始下滑，如图所示，滑到底端时速度为6 m/

8、s，取，取g10 m/s2.则物体在斜面上下滑到底端的过程则物体在斜面上下滑到底端的过程中中()A重力对物体做功重力对物体做功120 JB合力对物体做功合力对物体做功60 JC物体克服摩擦力做功物体克服摩擦力做功24 JD支持力对物体做功支持力对物体做功60 J 栏目链接栏目链接解析解析 C答案答案考点篇考点篇 栏目链接栏目链接考点篇考点篇1质量为质量为1 kg的物体被人用手由静止向上提升的物体被人用手由静止向上提升1 m，这时物体的速度为这时物体的速度为2 m/s，g取取10 m/s2，则下列说法中不正，则下列说法中不正确的是确的是()A手对物体做功手对物体做功12 JB合外力对物体做功合外

9、力对物体做功12 JC合外力对物体做功合外力对物体做功2 JD物体克服重力做功物体克服重力做功10 Ju变式训练变式训练B 栏目链接栏目链接解析解析考点篇考点篇 栏目链接栏目链接考点考点2 动能定理的应用动能定理的应用考点篇考点篇1解题方法解题方法(1)明确研究对象及运动过程，找出初、末状态对应的明确研究对象及运动过程，找出初、末状态对应的速度速度(2)正确受力分析，明确运动过程中，每个阶段所受的正确受力分析，明确运动过程中，每个阶段所受的一切外力，包括重力一切外力，包括重力(3)弄清各阶段，每个外力做功的大小和正负情况，求弄清各阶段，每个外力做功的大小和正负情况，求出各力做功的代数和出各力做

10、功的代数和(4)列方程求解注意挖掘题目的隐含条件，补充方程列方程求解注意挖掘题目的隐含条件，补充方程进行求解进行求解 栏目链接栏目链接考点篇考点篇2优越性：可以简便处理曲线、变力、多过程等做优越性：可以简便处理曲线、变力、多过程等做功问题功问题(1)动能定理虽然是在物体受恒力且做直线运动的情动能定理虽然是在物体受恒力且做直线运动的情况下得出的，但也适用于曲线运动的情况况下得出的，但也适用于曲线运动的情况(2)变力做功问题：当力变力做功问题：当力F的大小或方向变化时，不的大小或方向变化时，不能直接用能直接用WFscos 求解，可用动能定理求解求解，可用动能定理求解 栏目链接栏目链接考点篇考点篇例

11、例2 一个质量为一个质量为m的小球，用长为的小球，用长为L的轻绳悬挂于的轻绳悬挂于O点，小球在水平拉力点，小球在水平拉力F作用下，从平衡位置作用下，从平衡位置P点很缓慢点很缓慢地移动到地移动到Q点，此时轻绳与竖直方向夹角为点，此时轻绳与竖直方向夹角为，如图所，如图所示，则拉力示，则拉力F所做的功为所做的功为()AmgLcos BmgL(1cos )CFLsin DFLcos 小结：小结：当小球缓慢地移动时当小球缓慢地移动时，拉力始终变化拉力始终变化，涉及变力做功可以转换为动能定理求解涉及变力做功可以转换为动能定理求解 栏目链接栏目链接考点篇考点篇解析解析 B答案答案 小球缓慢地从小球缓慢地从P

12、移动到移动到Q，动能不变只有动能不变只有重力、水平拉力重力、水平拉力F对小球做功对小球做功，绳子拉力不做功绳子拉力不做功，由由动能定理：动能定理：mgL(1cos )WFEk0即即WFmgL(1cos )，故故B正确正确 栏目链接栏目链接考点篇考点篇u变式训练变式训练BD 栏目链接栏目链接考点篇考点篇解析解析 栏目链接栏目链接考点篇考点篇 (3)多过程问题：既可分段考虑，也可全程考多过程问题：既可分段考虑，也可全程考虑当不考虑中间状态时，全程用动能定理会简便很虑当不考虑中间状态时，全程用动能定理会简便很多多 栏目链接栏目链接考点篇考点篇例例3如图所示，将质量为如图所示，将质量为2 kg的金属小

13、球从离地的金属小球从离地面面2 m高处由静止释放，落入泥潭并陷入高处由静止释放，落入泥潭并陷入5 cm深处，不深处，不计空气阻力，求泥潭对金属球的平均阻力大小计空气阻力，求泥潭对金属球的平均阻力大小(g取取10 m/s2) 栏目链接栏目链接考点篇考点篇解析解析 栏目链接栏目链接考点篇考点篇见解析见解析答案答案 栏目链接栏目链接考点篇考点篇小结：小结：应用动能定理解决实际问题时应用动能定理解决实际问题时，要准确要准确分析物体受力情况和做功情况分析物体受力情况和做功情况，准确确定所考虑过程的准确确定所考虑过程的始末状态始末状态，正确列出方程对物体在变力做功或做曲正确列出方程对物体在变力做功或做曲线

14、运动过程的做功问题线运动过程的做功问题，应用动能定理解题较方便，应用动能定理解题较方便 栏目链接栏目链接u变式训练变式训练考点篇考点篇3如图所示，倾角为如图所示，倾角为的斜面上，质量为的斜面上，质量为m的滑块从的滑块从距挡板距挡板s0处，以初速度处，以初速度v0沿斜面上滑，滑块与斜面间动摩沿斜面上滑，滑块与斜面间动摩擦因数为擦因数为，tan ，若滑块每次与挡板碰撞时没有机械，若滑块每次与挡板碰撞时没有机械能损失，求滑块在整个运动过程中通过的总路程能损失，求滑块在整个运动过程中通过的总路程 栏目链接栏目链接考点篇考点篇解析解析解析解析见解析见解析 栏目链接栏目链接考点考点3 与其他模型的综合与其

15、他模型的综合考点篇考点篇动能定理在近年高考中，经常会与平抛运动、圆动能定理在近年高考中，经常会与平抛运动、圆周运动等模型一起，结合临界条件，进行综合考察，需周运动等模型一起，结合临界条件，进行综合考察，需引起重视引起重视 栏目链接栏目链接考点篇考点篇例例4如图所示，光滑水平面如图所示，光滑水平面AB与半圆形轨道在与半圆形轨道在B点点相连，轨道位于竖直面内，半径为相连，轨道位于竖直面内，半径为R，一个质量为，一个质量为m的物的物块静止在水平面上，现向左推物块使其压紧轻质弹簧，块静止在水平面上，现向左推物块使其压紧轻质弹簧，然后放手，物块在弹力作用下获得一速度，当它经然后放手，物块在弹力作用下获得一速度，当它经B点进点进入半圆轨道瞬间，对轨道压力