2018-2019學(xué)年高中物理 第3章 動能的變化與機械功 3.1 探究動能變化跟做功的關(guān)系課件 滬科版必修2.ppt

3.1探究動能變化跟做功的關(guān)系,第3章動能的變化與機械功,學(xué)習(xí)目標,1.理解動能的概念，會根據(jù)動能的表達式計算物體的動能. 2.能從牛頓第二定律與運動學(xué)公式導(dǎo)出動能定理，理解動能定理的物理意義. 3.能應(yīng)用動能定理解決簡單的問題. 4.掌握探究恒力做功與物體動能變化的實驗方法.,內(nèi)容索引,重點探究 啟迪思維 探究重點,達標檢測 檢測評價 達標過關(guān),自主預(yù)習(xí) 預(yù)習(xí)新知 夯實基礎(chǔ),自主預(yù)習(xí),一、動能、動能定理,1.動能 (1)定義：物理學(xué)中把 叫做物體的動能. (2)表達式：Ek . (3)動能是 (填“標量”或“矢量”)，是 (填“過程”或“狀態(tài)”)量. (4)單位：動能的國際單位是 ，簡稱 ，用符號J表示.,標量,狀態(tài),焦耳,焦,2.動能定理 (1)內(nèi)容：外力對物體所做的功等于物體動能的 . (2)表達式：W . (3)說明：EkEk2Ek1.Ek2為物體的 ，Ek1為物體的 .,增量,Ek,末動能,初動能,二、恒力做功與物體動能變化的關(guān)系,1.設(shè)計實驗(如圖1)： 所使用的器材有：氣墊導(dǎo)軌、滑塊、 、計時器、氣源、刻度尺、細繩、鉤碼等. 2.制定計劃：,圖1,(1)直接驗證：逐一比較力對物體所做的功與物體動能 的大小之間的關(guān)系. (2)用圖像驗證：根據(jù)W ，由實驗數(shù)據(jù)作出 及 的關(guān)系圖像.,光電門,增量,W與v2,W與m,即學(xué)即用 1.判斷下列說法的正誤. (1)某物體的速度加倍，它的動能也加倍.( ) (2)兩質(zhì)量相同的物體，動能相同，速度一定相同.( ) (3)合外力做功不等于零，物體的動能一定變化.( ) (4)物體的速度發(fā)生變化，合外力做功一定不等于零.( ) (5)物體的動能增加，合外力做正功.( ),答案,2.一個質(zhì)量為0.1 kg的球在光滑水平面上以5 m/s的速度勻速運動，與豎直墻壁碰撞以后以原速率被彈回，若以初速度方向為正方向，則小球碰墻前后速度的變化為_，動能的變化為_.,答案,10 m/s,0,重點探究,導(dǎo)學(xué)探究 1.一質(zhì)量為m的物體在光滑的水平面上，在水平拉力F作用下運動，速度由v1增加到v2的過程通過的位移為s，則v1、v2、F、s的關(guān)系是怎樣的？,一、對動能和動能定理的理解,答案根據(jù)牛頓第二定律Fma,答案,2.從推導(dǎo)結(jié)果知，水平力F做的功等于什么量的變化？這個量與物體的什么因素有關(guān)？,答案水平力F做的功等于物體動能的變化，動能與物體的質(zhì)量和速度有關(guān).,答案,知識深化,(1)動能是標量，沒有負值，與物體的速度方向無關(guān). (2)動能是狀態(tài)量，具有瞬時性，與物體的運動狀態(tài)(或某一時刻的速度)相對應(yīng). (3)動能具有相對性，選取不同的參考系，物體的速度不同，動能也不同，一般以地面為參考系. (4)物體動能的變化量是末動能與初動能之差，即Ek ，若Ek0，則表示物體的動能增加，若Ek<0，則表示物體的動能減少.,2.對動能定理WEk的理解 (1)動能定理的實質(zhì) 動能定理揭示了合外力對物體做功與物體動能的變化之間的定量關(guān)系和因果聯(lián)系，合外力做功是因，動能變化是果.動能的改變可由合外力做的功來度量. 合外力對物體做了多少功，物體的動能就變化多少.合外力做正功，物體的動能增加；合外力做負功，物體的動能減少. (2)動能定理的適用范圍：動能定理是在物體受恒力作用且做直線運動的情況下得出的，對于外力是變力、物體做曲線運動、物體經(jīng)歷多過程的情況同樣適用.,例1下列關(guān)于動能的說法正確的是 A.兩個物體中，速度大的動能也大 B.某物體的速度加倍，它的動能也加倍(物體的質(zhì)量不變) C.做勻速圓周運動的物體動能保持不變 D.某物體的動能保持不變，則速度一定不變,答案,解析,解析動能的表達式為Ek mv2，即物體的動能大小由質(zhì)量和速度大小共同決定，速度大的物體的動能不一定大，故A錯誤； 速度加倍，物體(質(zhì)量不變)的動能變?yōu)樵瓉淼?倍，故B錯誤； 質(zhì)量一定時，速度只要大小保持不變，動能就不變，故C正確，D錯誤.,例2在光滑水平面上，質(zhì)量為2 kg的物體以2 m/s的速度向東運動，若對它施加一向西的力使它停下來，則該外力對物體做的功是 A.16 J B.8 J C.4 J D.0,答案,解析,導(dǎo)學(xué)探究觀察分別用如圖2甲、乙兩套實驗裝置探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系，思考下面問題： 以上兩套實驗操作有何不同之處？,圖2,二、實驗探究：恒力做功與物體動能變化的關(guān)系,答案甲圖用的是打點計時器 乙圖用的是光電門,答案,知識深化 1.探究思路 探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系，需要測量不同的力在不同的過程中做的功和對應(yīng)的物體動能的變化量，這就需要測出物體的受力、力作用的距離和這段距離上物體的初、末速度以及物體的質(zhì)量等物理量，其中比較難測量的是物體在各個位置的速度，可借助光電門較準確地測出，也可借助紙帶和打點計時器來測量. 2.實驗設(shè)計 用氣墊導(dǎo)軌進行探究 裝置如圖2乙所示，所使用的器材有氣墊導(dǎo)軌、 滑塊、計時器、氣源、刻度尺、細繩、鉤碼等.,3.實驗步驟 (1)用天平測出滑塊的質(zhì)量m. (2)按圖所示安裝實驗裝置. (3)平衡摩擦力，將氣墊導(dǎo)軌(或長木板)沒有滑輪的一端適當(dāng)抬高，輕推滑塊，使滑塊能做勻速運動. (4)讓滑塊通過細繩連接鉤碼(或小沙桶)，使鉤碼(或小沙桶)的質(zhì)量遠小于滑塊的質(zhì)量，滑塊在細線的拉力作用下做勻加速運動，由于鉤碼(或小沙桶)質(zhì)量很小，可以認為滑塊所受拉力F的大小等于鉤碼(或小沙桶)所受重力的大小.,(5)釋放滑塊，滑塊在細繩的拉力作用下運動，用光電門(或打點計時器)記錄滑塊的運動情況，求出滑塊的速度v1和v2(若分析滑塊從靜止開始的運動，v10)，并測出滑塊相應(yīng)的位移s.,例3某實驗小組利用拉力傳感器和速度傳感器探究“恒力做功與物體動能變化的關(guān)系”.如圖3所示，他們將拉力傳感器固定在小車上，用不可伸長的細線將其通過一個定滑輪與鉤碼相連，用拉力傳感器記錄小車受到的拉力的大小.在水平桌面上相距50.0 cm的A、B兩點各安裝一個速度傳感器，記錄小車通過A、B時的速度大小.小車中可以放置砝碼. (1)實驗主要步驟如下： 測量_和拉力傳感器的總質(zhì)量M1，把細 線的一端固定在拉力傳感器上，另一端通過定 滑輪與鉤碼相連；正確連接所需電路.,答案,圖3,小車,將小車停在C點，接通電源，_，小車在細線拉動下運動，記錄細線拉力及小車通過A、B時的速度. 在小車中增加砝碼，重復(fù)的操作.,答案,然后釋放小車,(2)下表是他們測得的一組數(shù)據(jù)，其中M是M1與小車中砝碼質(zhì)量之和，|v22v12|是兩個速度傳感器所記錄速度的平方差，可以據(jù)此計算出動能變化量Ek，F(xiàn)是拉力傳感器受到的拉力，W是F在A、B間所做的功.表格中的Ek3_，W3_.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字) 數(shù)據(jù)記錄表,答案,0.600,0.610,(3)根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)在圖4中作出EkW圖線.,答案,圖4,答案如圖所示,達標檢測,1.(對動能的理解)(多選)關(guān)于動能的理解，下列說法中正確的是 A.一般情況下，Ek mv2中的v是相對于地面的速度 B.動能的大小由物體的質(zhì)量和速率決定，與物體的運動方向無關(guān) C.物體以相同的速率向東和向西運動，動能的大小相等、方向相反 D.當(dāng)物體以不變的速率做曲線運動時其動能不斷變化,解析動能是標量，由物體的質(zhì)量和速率決定，與物體的運動方向無關(guān).動能具有相對性，無特別說明，一般指相對于地面的動能.,答案,解析,1,2,3,4,2.(對動能定理的理解)有一質(zhì)量為m的木塊，從半徑為r的圓弧曲面上的a點滑向b點，如圖5所示.如果由于摩擦使木塊的運動速率保持不變，則以下敘述中正確的是 A.木塊所受的合外力為零 B.因木塊所受的力都不對其做功，所以合外力做的功為零 C.重力和摩擦力的合力做的功為零 D.重力和摩擦力的合力為零,答案,解析,1,2,3,4,圖5,解析木塊做曲線運動，速度方向變化，加速度不為零，故合外力不為零，A錯； 速率不變，動能不變，由動能定理知，合外力做的功為零，而支持力始終不做功，重力做正功，所以重力做的功與摩擦力做的功的代數(shù)和為零，但重力和摩擦力的合力不為零，C對，B、D錯.,1,2,3,4,3.(動能定理的簡單應(yīng)用)一質(zhì)量m1 kg的物體以20 m/s的初速度被豎直向下拋出，物體離拋出點高度h5 m處時的動能是多大？(g取10 m/s2，不計空氣阻力),答案,解析,1,2,3,4,答案250 J,4.(探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系)某同學(xué)利用落體法探究做功與物體動能變化的關(guān)系時，設(shè)計了如圖6甲所示的實驗，即將打點計時器固定在鐵架臺上，連接重物的紙帶穿過打點計時器的限位孔，讓重物靠近打點計時器，接通電源后，使紙帶呈豎直狀態(tài)由靜止釋放，重物帶動紙帶下落后通過打點計時器打出計時點，其中在某次操作中打出的紙帶如圖乙所示.該 同學(xué)選取了第一個比較清晰的點作為計數(shù)點O，然后通過 測量使OAABBC，并將A、B、C三點依次選為計數(shù)點， 通過測量的數(shù)據(jù)和紙帶記錄的時間得出了vA0.12 m/s、 vB0.17 m/s、vC0.21 m/s.請根據(jù)以上的數(shù)據(jù)驗證重力對 重物所做的功與重物速度的平方成正比.,解析,答案,1,2,3,4,圖6,答案見解析,解析設(shè)由O到A的過程中，重力對重物所做的功為W0，那么由O到B的過程中，重力對重物所做的功為2W0，由O到C的過程中，重力對重物所做的功為3W0. 由計算可知，vA21.44102 m2/s2 vB22.89102 m2/s2 vC24.41102 m2/s2,即vB22vA2，vC23vA2 由以上數(shù)據(jù)可以判斷Wv2是正確的，也可以根據(jù)Wv2的圖線來判斷(如圖所示).,1,2,3,4,