高一物理必修2（粵教）課件：4.3《探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系》

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歡迎進(jìn)入物理課堂 第三節(jié)探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系 核心要點(diǎn)突破 課堂互動講練 知能優(yōu)化訓(xùn)練 課前自主學(xué)案 第三節(jié)探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系 課標(biāo)定位 課標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 會用實(shí)驗(yàn)的方法來探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系 并能用牛頓第二定律和運(yùn)動學(xué)公式推導(dǎo)動能定理 2 理解動能定理的內(nèi)容 并能用動能定理分析 計算有關(guān)問題 重點(diǎn)難點(diǎn) 1 動能定理的應(yīng)用 2 探究外力做功與動能變化之間的關(guān)系 課前自主學(xué)案 一 實(shí)驗(yàn)與探究1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系 2 實(shí)驗(yàn)方法 讓物體自由下落 下落過程經(jīng)過A B兩點(diǎn) 測出A B兩點(diǎn)的高度差hAB和A B兩點(diǎn)的速度vA vB 則重力做的功為WG mghAB 動能變化為 Ek 驗(yàn)證WG與 Ek的關(guān)系 3 實(shí)驗(yàn)器材 鐵架臺 帶鐵夾 重物 紙帶 電源等 4 實(shí)驗(yàn)步驟 1 按圖4 3 1把打點(diǎn)計時器安裝在鐵架臺上 用導(dǎo)線把打點(diǎn)計時器與電源連接好 電火花打點(diǎn)計時器 刻度尺 圖4 3 1 2 把紙帶的一端在重物上用夾子固定好 另一端穿過計時器限位孔 用手捏住紙帶上端提起紙帶使重物?？吭诖螯c(diǎn)計時器附近 3 先 后 讓重物自由下落 4 重復(fù)幾次 得到3 5條打好點(diǎn)的紙帶 5 在打好點(diǎn)的紙帶中挑選點(diǎn)跡清晰的一條紙帶 在起始點(diǎn)標(biāo)上0 以后依次標(biāo)上1 2 3 用刻度尺測出對應(yīng)下落高度h1 h2 h3 接通電源 釋放紙帶 6 應(yīng)用公式vn 計算各點(diǎn)對應(yīng)的即時速度v1 v2 v3 7 計算各點(diǎn)對應(yīng)的重力做的功 和動能的增加量 進(jìn)行比較 請自行設(shè)計表格進(jìn)行分析 mgh 5 結(jié)論 合力對物體所做的功等于物體動能的變化 6 實(shí)驗(yàn)誤差及注意事項(xiàng) 1 誤差產(chǎn)生原因分析及減小方法重物和紙帶在下落過程中受到打點(diǎn)計時器和空氣的阻力 比較W與 Ek關(guān)系時 W只計算重力做功 未考慮阻力做功 給實(shí)驗(yàn)帶來誤差 豎直固定打點(diǎn)計時器 適當(dāng)增加重物的質(zhì)量來減小相對誤差 2 注意事項(xiàng) 打點(diǎn)計時器要豎直架穩(wěn) 使兩限位孔在同一豎直線上 釋放紙帶時 應(yīng)使重物靠近打點(diǎn)計時器 保持提起的紙帶豎直 先接通電源再松開紙帶 測量下落高度時 應(yīng)從起點(diǎn)量起 選取的計數(shù)點(diǎn)要離起始點(diǎn)遠(yuǎn)些 紙帶不宜過長 思考感悟利用物體自由下落來探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系時 物體的質(zhì)量需不需要測量 為什么 2 結(jié)論 合力對物體所做的功等于物體動能的變化 三 動能定理動能定理的內(nèi)容 合力對物體所做的功等于物體動能的變化 表達(dá)式 式中Ek2表示物體的末態(tài)的動能 Ek1表示物體的初態(tài)的動能 W表示合外力所做的功 當(dāng)外力對物體做正功時 物體的動能 當(dāng)外力對物體做負(fù)功時 物體的動能 W Ek2 Ek1 增加 減少 核心要點(diǎn)突破 一 對動能定理的理解1 動能定理反映了一種因果關(guān)系 即合力做功是物體動能變化的原因 當(dāng)合力對物體做正功時W 0 Ek2 Ek1 0 Ek2 Ek1 動能增加 特別提醒 動能只有正值 沒有負(fù)值 但動能的變化卻有正負(fù) 變化 是指末狀態(tài)的物理量減去初狀態(tài)的物理量 而不一定是大的減小的 動能的變化量為正值 表示物體的動能增加了 對應(yīng)于合力對物體做正功 物體的變化量為負(fù)值 表示物體的動能減小了 對應(yīng)于合力對物體做負(fù)功 或者說物體克服合力做功 2 動能定理的研究對象是單一物體 或者是可以看成單一物體的物體系 3 動能定理適用于物體的直線運(yùn)動 也適用于物體的曲線運(yùn)動 適用于恒力做功 也適用于變力做功 力可以是各種性質(zhì)的力 既可以同時作用 也可以分段作用 只要求出在作用過程中各力做功的多少和正負(fù)即可 用動能定理解題一般比用牛頓第二定律和運(yùn)動學(xué)公式求解簡便 4 動能定理的計算式為標(biāo)量式 v為相對同一參考系的速度 一般以地面為參考系 5 外力對物體所做的功是指物體所受的一切外力對它做的總功 特別提醒 1 動能定理只強(qiáng)調(diào)初末狀態(tài)動能的變化 在一段過程中初末位置的動能變化量為零 并不意味著在此過程中的各個時刻動能不變化 2 物體所受合力不為零時 其動能不一定變化 比如合力方向始終與速度垂直時 動能就不會變化 即時應(yīng)用 即時突破 小試牛刀 1 單選 一質(zhì)量為1kg的物體被人用手由靜止開始向上提升1m 這時物體的速度是2m s 則下列結(jié)論中錯誤的是 A 手對物體做功12JB 合力對物體做功12JC 合力對物體做功2JD 物體克服重力做功10J 二 動能定理的適用條件及解題的優(yōu)越性1 適用條件 動能定理雖然是在物體受恒力作用 沿直線做勻加速直線運(yùn)動的情況下推導(dǎo)出來的 但是對于外力是變力或物體做曲線運(yùn)動 動能定理都成立 2 優(yōu)越性 1 對于變力作用或曲線運(yùn)動 動能定理提供了一種計算變力做功的簡便方法 功的計算公式W Fscos 只能求恒力做的功 不能求變力的功 而由于動能定理提供了一個物體的動能變化 Ek與合外力對物體所做功具有等量代換關(guān)系 因此已知 或求出 物體的動能變化 Ek Ek2 Ek1 就可以間接求得變力做功 2 與用牛頓定律解題的比較 兩種思路對比可以看出應(yīng)用動能定理解題不涉及加速度 時間 不涉及矢量運(yùn)算 運(yùn)算簡單不易出錯 特別提醒 有些問題 用牛頓第二定律和運(yùn)動學(xué)知識可以求解 用動能定理也可以求解 但由于應(yīng)用動能定理時不需要考慮運(yùn)動過程中的一些細(xì)節(jié) 所以用動能定理求解更簡潔一些 即時應(yīng)用 即時突破 小試牛刀 2 單選 如圖4 3 3所示 光滑水平桌面上開一個光滑小孔 從孔中穿一根細(xì)繩 繩一端系一個小球 另一端用力F1向下拉 以維持小球在光滑水平面上做半徑為R1的勻速圓周運(yùn)動 今改變拉力 當(dāng)大小變?yōu)镕2時 小球仍在水平桌面上做勻速圓周運(yùn)動 但半徑變?yōu)镽2 則小球運(yùn)動半徑由R1變?yōu)镽2過程中 拉力對小球做的功是 圖4 3 3 課堂互動講練 在 探究外力做功與物體動能的變化 的實(shí)驗(yàn)中 已知打點(diǎn)計時器所用的電源的頻率為50Hz 查得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭 9 80m s2 測得所用的重物的質(zhì)量為1 00kg 實(shí)驗(yàn)中得到一條點(diǎn)跡清晰的紙帶 如圖4 3 4 把第一個點(diǎn)記作O 另選連續(xù)的四個點(diǎn)A B C D作為測量的點(diǎn) 經(jīng)測量知道A B C D各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離分別 是62 99cm 70 18cm 77 76cm 85 73cm 根據(jù)以上數(shù)據(jù) 可知重物由O點(diǎn)運(yùn)動到C點(diǎn) 重力做的功為 J 動能的增加量等于 J 取三位有效數(shù)字 結(jié)論是在誤差允許的范圍內(nèi) 圖4 3 4 答案 7 627 57重力做的功等于物體增加的動能 方法總結(jié) 根據(jù)勻變速直線運(yùn)動某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度 因此 紙帶上某點(diǎn)的瞬時速度就等于該點(diǎn)前后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度 如圖4 3 5所示 將質(zhì)量m 2kg的一塊石頭從離地面H 2m高處由靜止開始釋放 落入泥潭并陷入泥中h 5cm深處 不計空氣阻力 求泥對石頭的平均阻力 g取10m s2 圖4 3 5 答案 820N 方法總結(jié) 應(yīng)用動能定理解決問題的五個步驟 1 明確研究對象和研究過程 2 明確題設(shè)條件和已知量 未知量 待求量 3 分析研究對象在對應(yīng)的研究過程中的受力情況及各力對物體做功情況 寫出各力做功的表達(dá)式并求其代數(shù)和 4 明確研究對象在對應(yīng)研究過程中的初 末狀態(tài) 5 由動能定理的W合 Ek2 Ek1列式求解未知量 如圖4 3 6所示 質(zhì)量為m的物體置于光滑的水平面上 用一根繩子一端固定在物體上 另一端通過定滑輪 以恒定速率v0拉繩子 物體由靜止開始運(yùn)動 當(dāng)繩子與水平方向夾角 45 時 繩中張力對物體做的功是多少 圖4 3 6 答案 mv 方法總結(jié) 對變力做功直接應(yīng)用功的公式無法求解 而應(yīng)用動能定理非常方便 動能定理可以求解變力做功的問題 如圖4 3 7所示 軌道的兩端翹起 中間平直 平直部分長s 0 2m 動摩擦因數(shù) 0 10 兩端翹起的部分是光滑的 設(shè)一物體從距平直部分高h(yuǎn) 1 0m處由靜止沿軌道滑下 則物體在平直軌道上運(yùn)動所通過的總路程是多少 圖4 3 7 思路點(diǎn)撥 對于一些復(fù)雜的物理過程 尤其是涉及非勻變速直線運(yùn)動的過程 應(yīng)用牛頓運(yùn)動定律很難解決 而動能定理由于不涉及中間過程 所以在全過程中應(yīng)用動能定理更簡捷 自主解答 物體從左側(cè)彎曲軌道滑下 通過平直軌道后滑上右側(cè)彎曲軌道 再從右側(cè)軌道下來 滑上左側(cè)軌道 這樣往復(fù)數(shù)次后 因平直軌道的摩擦作用 物體將停止在平直軌道上 選取 物體剛開始下滑至停止這一運(yùn)動過程來研究 物體的初動能Ek1 0 末動能Ek2 0 設(shè)物體的質(zhì)量為m 在平直軌道上運(yùn)動的總路程為s 則摩擦力做的功Wf mgs 重力做的功WG mgh 軌道的支持力不做功 答案 10m 圖4 3 8 解析 選D 物體從A到B所受彈力要發(fā)生變化 摩擦力大小也要隨之發(fā)生變化 所以求克服摩擦力做的功 不能直接用功的公式求得 而在BC段克服摩擦力所做的功 可直接求得 對從A到C全過程應(yīng)用動能定理即可求出在AB段克服摩擦力所做的功 設(shè)物體在AB段克服摩擦力所做的功為WAB 物體從A到C的全過程 根據(jù)動能定理有mgR WAB mgR 0所以有WAB mgR mgR 1 mgR 知能優(yōu)化訓(xùn)練 本部分內(nèi)容講解結(jié)束 點(diǎn)此進(jìn)入課件目錄 按ESC鍵退出全屏播放 謝謝使用 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全