2017-2018学年高中物理 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教学案 沪科版必修2

1、3.1探索动能变化和功之间的关系学习目标 1。理解动能的概念，根据动能的表达式计算物体的动能。2.从牛顿第二定律和运动学公式推导出动能定理，并理解动能定理的物理意义。3.应用动能定理解决简单问题。4.掌握探索物体恒力做功和动能变化的实验方法。1.动能和动能定理1.动能(1)定义：mv2在物理学中被称为物体的动能。(2)表达式：ek=mv2。(1)表达式中的速度是瞬时速度。动能是一个标量(填入“标量”或“矢量”)和一个状态量(填入“过程”或“状态”)。(3)单位：动能的国际单位是焦耳，简称焦，用符号J表示.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。(2)表达式：w= ek。(

2、3)说明：ek=ek2-Ek1。Ek2是物体的最终动能，ek1是物体的初始动能。第二，恒力功与物体动能变化的关系1.设计实验(如图1所示):图1所用设备有：气垫导轨、滑块、光电门、定时器、气源、秤、线、钩码等。2.制定计划：(1)直接验证：逐一比较力做功和动能增量之间的关系。(2)图像验证：根据w=mv2，由实验数据制作w与v2、w与m的关系图像。学会使用1.判断下列陈述是真是假。(1)物体的动能与其质量和速度成正比。()(2)物体的动能有一个方向，这个方向与速度方向相同。()(3)合力所做的功等于物体的最终动能。()(4)当合力对物体做正功时，物体的动能可能减少。()(5)对于具有一定质量的

3、物体，当动能改变时，速度也会改变，但当速度改变时，动能不一定改变。()2.质量为0.1千克的球在光滑的水平面上以5米/秒的恒定速度运动，并在与垂直壁碰撞后以原来的速度反弹回来。如果以初始速度方向为正方向，球与壁面碰撞前后速度和动能的变化为。答案- 10 m/s 0一、对动能和动能定理的理解引导和探索1.质量为m的物体在水平张力f的作用下在光滑的水平面上运动，速度从v1增加到v2过程中的位移为s，那么v1、v2、f和s之间的关系是什么？答案基于牛顿第二定律：f=ma根据运动学公式a=结果fs=mv-mv。2.从导出的结果来看，水平力F的功等于多少变化量？什么因素与这个数量相关？水平力f的功等于动

4、能的变化，动能与物体的质量和速度有关。知识深化1.动能ek=mv2的理解(1)动能是标量，没有负值，与物体的速度方向无关。(2)动能是一个状态量，它是瞬时的，对应于物体的运动状态(或某一时刻的速度)。(3)动能是相对的。选择不同的参考系统，物体的速度不同，所以动能也不同。一般来说，地面是作为参考系统。(4)物体动能的变化是最终动能和初始动能之差，即 EK=MV-MV。如果 EK0，它意味着物体的动能增加，而如果 EK0，它意味着物体的动能减少。2.对动能定理w= ek的理解(1)动能定理的本质动能定理揭示了合力做功与动能变化之间的数量关系和因果关系。合力做功是原因，动能变化是结果。动能的变化可

5、以通过合力所做的功来测量。物体的动能变化与外力变化一样大，物体的动能在以下情况下增加解析动能的表达式为ek=mv2，即物体的动能由质量和速度决定，高速物体的动能不一定大，所以a是错的；当速度加倍时，它的动能变成原来的四倍，所以B是错的；只要速度保持不变，动能保持不变，所以C是正确的，D是错误的。例2在光滑的水平面上，质量为2公斤的物体以2米/秒的速度向东移动。如果施加一个向西的力来阻止它，外力在物体上所做的功是()a . 16J b . 8J c-4J d . 0答案三根据动能定理w=mv-mv=0-222 j=-4 j，选项c是正确的。第二，实验探索：恒力功与物体动能变化的关系【指导探究】用

6、两套如图2所示的实验装置观察物体的恒力功与动能变化的关系，思考以下问题：图2以上两组实验有什么不同？答：图片使用计时器图二使用光电门知识深化1.探索想法为了探索恒力做功和动能变化之间的关系，有必要测量不同过程中不同力所做的功和相应的动能变化。这需要测量物理量，例如物体上的力、力与物体的初始和最终速度之间的距离以及物体在该距离处的质量。其中，很难测量物体在不同位置的速度，这可以通过光电门或纸带和点计时器来精确测量。2.试验设计带气垫导轨的探险该装置如图2B所示，所用设备包括气垫导轨、滑块、定时器、气源、秤、弦、钩码等。3.实验步骤(1)使用天平测量滑块的质量m。(2)安装如图b所示的实验装置.(

7、3)平衡摩擦力，在没有滑轮的情况下，适当抬起气垫导轨(或长木板)的末端，轻轻推动滑块，使滑块匀速运动。(4)滑块通过细绳与钩码(或小砂斗)连接，使钩码(或小砂斗)的质量远小于滑块的质量，滑块在细绳的拉力下作匀速加速运动。由于钩码(或小砂桶)质量小，可以认为滑块施加的拉力F的大小等于钩码(或小砂桶)施加的重力的大小。(5)松开滑块，在绳子的拉动下移动，用光电门(或敲击计时器)记录滑块的运动，找出滑块的速度v1和v2(如果从静止状态分析滑块的运动，V1=0)，并测量相应的滑块位移S。(6)验证FS=mv-mv在允许的误差范围内有效。例3:一个实验组使用张力传感器和速度传感器来探索物体的恒力功和动能

8、变化之间的关系。如图3所示，他们将张力传感器固定在小车上，通过不可延伸的线将其与钩码连接，并用张力传感器记录小车的张力。速度传感器安装在水平桌面上相距50.0厘米的两个点a和b，以记录小车通过a和b的速度。重物可以放在小车上。图3(1)实验的主要步骤如下：测量和张力传感器的总质量m1；细线的一端固定在张力传感器上，另一端通过天车与钩码连接；正确连接所需电路。将小车停在c点，打开电源，小车在细线的牵引下移动，记录细线的张力和小车通过a、b点的速度.给小车增加重量，重复的操作。(2)表1是由他们测量的一组数据，其中M是M1和小车重量的总和，| V-V |是两个速度传感器记录的速度的平方差，可用于计

9、算驱动能量的可变量 Ek，F是张力传感器施加的张力，W是F在A和B之间所做的功。在表中，Ek3=，W3=。(结果保持三个有效数字)表1数据记录表频率M/kg|v-v|/(m/s)2Ek/JF/NW/J10.5000.7600.1900.4000.20020.5001.6500.4130.8400.42030.5002.400Ek31.2201.(动能定理的理解)有一个质量为m的木块，它在半径为R的圆弧面上从A点到B点滑动，如图5所示。如果木块的运动速度由于摩擦而保持不变，则以下陈述是正确的()图5A.木块上的合力为零B.因为木块上的力不对它作功，所以合力所做的功为零C.重力和摩擦力的合力所做的

10、功为零D.重力和摩擦力的合力为零答案三解析块在曲线上运动，速度方向改变，加速度不为零，所以合力不为零，A错了；速率是常数，动能是常数。根据动能定理，合力所做的功为零，而支撑力从不做功，重力做正功。因此，重力和摩擦力做功的代数和为零，但是重力和摩擦力的合力不为零。c是对的，B和D是错的。2.(动能定理的简单应用)质量为1千克的物体以20米/秒的初始速度垂直向下投掷。当物体距离投掷点高度为5米时，动能是多少？(g需要10 m/s2)回答250 J解析mgh=ek-mvGet: ek=mgh mv=250j。3.(探索物体恒力做功与动能变化的关系)质量为1公斤的重物自由下落，其运动过程由一个与6 V

11、和50 Hz交流电源相连的敲击计时器记录在纸带上。如图6所示，当重物自由下落时，纸带上的O点是纸带击打的起点，所选的计数点A、B、C、D、E、F和G依次被一个点分开(图中未示出)图6(1)计算b、c、d、e和f点对应的速度，并填写下表。计数点BCDEF速度/(ms-1)(2)计算物体下落时从点O到点B、C、D、E和F的重力做功，并填写下表。计数点BCDEF工作/J(3)选择合适的坐标轴，将重力做功与重物速度的平方之间的关系绘制成图7。图中的纵坐标和横坐标表明重力做功是相互关联的。(重力为9.8米/秒2)图7答案见分析从问题的意义上分析(1)vB=m/s1.18 m/s，同样，vC1.57米/秒

12、，vD1.96米/秒，vE2.35米/秒，vF2.74米/秒(2)重力做功WB=mgOB=19.870.610-3 J0.69 J，同样，WC1.23 J，WD1.92 J，WE2.76 J，wf 3.76j .(3)图中显示了WG-V2的图像，其中纵坐标表示重力产生的功WG，横坐标表示物体速度的平方V2。从图中可以看出，重力做功与物体速度的平方成正比。课堂作业首先是选择题(1 6道题为选择题，7 10道题为选择题)1.关于运动物体的合力与动能和速度的变化之间的关系，下面是正确的A.当一个物体以可变的速度运动时，合力不能为零，动能必须改变B.如果合力对物体不起作用，合力必须为零C.当一个物体的

13、合力起作用时，它的速度必须改变D.物体的动能是常数，合力必须为零答案三解析力是改变物体速度的原因。当一个物体以可变的速度运动时，合力一定不为零，但当它不为零时，所做的功可能为零，动能可能保持不变。甲和乙错了。当一个物体的合力起作用时，它的动能会改变，速度也会改变。c是正确的。物体的动能不变，合力所做的功必须为零，但合力不一定为零。d是错的。2.如图1所示，有人用力踢一个0.4公斤重的足球，这样球就以10米/秒的速度从静止状态飞出。假设踢球瞬间作用在球上的平均力为200牛顿，球在水平方向停止运动40米，那么人在球上所做的功为()图1A.20 J B.50 J C.4 000 J D.8 000

14、J回答一根据动能定理，人在球上做的功w=mv2-0=20 j，a是正确的。3.质量为2千克的滑块以4米/秒的速度在平滑的水平面上向左滑动。从某个时刻开始，向右的水平力作用在滑块上。在.之后4.质量为2千克的物体甲以5米/秒的速度向北移动，质量为0.5千克的物体乙以10米/秒的速度向西移动。它们的动能分别为EkA和EkB，然后为()A.EkA=EkBB。EkAEkBC.eka ekbd。由于运动方向不同，动能无法比较回答一根据ek=mv2，eka=25 j，ekb=25 j，因为动能是标量，EkA=EkB，a项是正确的。5.在复合外力作用下，物体沿直线运动的V-T图像如图2所示，下面的说法是正确

15、的()图2A.在0 1秒内用外力做正功B.在02秒内，合力总是做负功C.在1 2秒钟内，加上外力，没有做功D.在03秒内，合力总是做正功回答一从伏安图可以看出，在01s内伏安曲线上升，动能上升。从动能定理可以看出，伏安曲线下降，动能下降。1 2秒，在外力作用下完成负功，这表明B、C和D是错误的。6.如图3所示，在水平台上的点a处，质量为m的物体以初始速度v0投掷，不包括空气阻力。当它到达b点时，它的动能是()图3A.mv+mgHB.mv+mghC.mv-mghD.mv+mg(Hh)回答乙分析了功w=mgh和动能变化 ek=ek-mv。根据动能定理，b点的动能ek=mv mgh是正确的。7.关于动能的理解，下面的说法是正确的()A.动能是无处不在的机械能的基本形式，所有运动物体都有动能B.动能总是正的，但是对于不同的参考系统，同一物体的动能是不同的C.对于具有一定质量的物体，当动能改变时，速度也改变，但是当速度改变时，动能不一定改变D.对于具有