探究外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系.ppt

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1、第三節(jié)探究外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系,,,,,,,,,,,,,核心要點(diǎn)突破,課堂互動(dòng)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(dòng)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(huì)用實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)探究外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系，并能用牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式推導(dǎo)動(dòng)能定理．2．理解動(dòng)能定理的內(nèi)容，并能用動(dòng)能定理分析、計(jì)算有關(guān)問(wèn)題．重點(diǎn)難點(diǎn)：1.動(dòng)能定理的應(yīng)用．2．探究外力做功與動(dòng)能變化之間的關(guān)系．,http://www.binsx.org/,課前自主學(xué)案,一、實(shí)驗(yàn)與探究1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄客饬ψ龉εc物體動(dòng)能變化的關(guān)系．2．實(shí)驗(yàn)方法：讓物體自由下落，下落過(guò)程經(jīng)過(guò)A、B兩點(diǎn)，測(cè)出

2、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(dòng)能變化為ΔEk＝_________________驗(yàn)證WG與ΔEk的關(guān)系．3．實(shí)驗(yàn)器材：鐵架臺(tái)(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(jì)時(shí)器安裝在鐵架臺(tái)上，用導(dǎo)線把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與電源連接好．,電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(guò)計(jì)時(shí)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(jì)時(shí)器附近．(3)先____________，后_________

3、_，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(cè)出對(duì)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(jì)算各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的即時(shí)速度v1、v2、v3…….(7)計(jì)算各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的重力做的功_______和動(dòng)能的增加量________，進(jìn)行比較．(請(qǐng)自行設(shè)計(jì)表格進(jìn)行分析),mgh,,5．結(jié)論：合力對(duì)物體所做的功等于物體動(dòng)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(guò)程中受到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和空氣的阻力，比較W與ΔEk關(guān)

4、系時(shí)，W只計(jì)算重力做功，未考慮阻力做功，給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)誤差．豎直固定打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，適當(dāng)增加重物的質(zhì)量來(lái)減小相對(duì)誤差．,,(2)注意事項(xiàng)①打點(diǎn)計(jì)時(shí)器要豎直架穩(wěn)，使兩限位孔在同一豎直線上．②釋放紙帶時(shí)，應(yīng)使重物靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器．③保持提起的紙帶豎直，先接通電源再松開(kāi)紙帶．④測(cè)量下落高度時(shí)，應(yīng)從起點(diǎn)量起，選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)要離起始點(diǎn)遠(yuǎn)些，紙帶不宜過(guò)長(zhǎng)．,,思考感悟利用物體自由下落來(lái)探究外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系時(shí)，物體的質(zhì)量需不需要測(cè)量？為什么？,http://www.binxj.org/,,2．結(jié)論：合力對(duì)物體所做的功等于物體動(dòng)能的變化．三、動(dòng)能定理動(dòng)能定理的內(nèi)容：合力對(duì)物體所做的功等于物體動(dòng)能的變化．表達(dá)式

5、：___________________.式中Ek2表示物體的末態(tài)的動(dòng)能，Ek1表示物體的初態(tài)的動(dòng)能，W表示合外力所做的功．當(dāng)外力對(duì)物體做正功時(shí)，物體的動(dòng)能________；當(dāng)外力對(duì)物體做負(fù)功時(shí)，物體的動(dòng)能_________,W＝Ek2－Ek1,增加,減少．,,核心要點(diǎn)突破,一、對(duì)動(dòng)能定理的理解1．動(dòng)能定理反映了一種因果關(guān)系，即合力做功是物體動(dòng)能變化的原因．當(dāng)合力對(duì)物體做正功時(shí)W>0，Ek2－Ek1>0，Ek2>Ek1，動(dòng)能增加．特別提醒：動(dòng)能只有正值，沒(méi)有負(fù)值，但動(dòng)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(dòng)能的變化量為正值，表示物體的動(dòng)能增加了，

6、對(duì)應(yīng)于合力對(duì)物體做正功；物體的變化量為負(fù)值，表示物體的動(dòng)能減小了，對(duì)應(yīng)于合力對(duì)物體做負(fù)功，或者說(shuō)物體克服合力做功．,http://www.binxs.org/,2．動(dòng)能定理的研究對(duì)象是單一物體，或者是可以看成單一物體的物體系．3．動(dòng)能定理適用于物體的直線運(yùn)動(dòng)，也適用于物體的曲線運(yùn)動(dòng)；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(shí)作用，也可以分段作用．只要求出在作用過(guò)程中各力做功的多少和正負(fù)即可．用動(dòng)能定理解題一般比用牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求解簡(jiǎn)便．,,4．動(dòng)能定理的計(jì)算式為標(biāo)量式，v為相對(duì)同一參考系的速度，一般以地面為參考系．5．外力對(duì)物體所做的功是指物體所受的一切外力對(duì)

7、它做的總功．特別提醒：(1)動(dòng)能定理只強(qiáng)調(diào)初末狀態(tài)動(dòng)能的變化，在一段過(guò)程中初末位置的動(dòng)能變化量為零，并不意味著在此過(guò)程中的各個(gè)時(shí)刻動(dòng)能不變化．(2)物體所受合力不為零時(shí)，其動(dòng)能不一定變化，比如合力方向始終與速度垂直時(shí)，動(dòng)能就不會(huì)變化．,http://www.binyb.org/,即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)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(kāi)始向上提升1m，這時(shí)物體的速度是2m/s，則下列結(jié)論中錯(cuò)誤的是()A．手對(duì)物體做功12JB．合力對(duì)物體做功12JC．合力對(duì)物體做功2JD．物體克服重力做功10J,http://www.binyh.org/,,二、動(dòng)能定理的適用條件及解題的優(yōu)越

8、性1．適用條件：動(dòng)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(dòng)的情況下推導(dǎo)出來(lái)的，但是對(duì)于外力是變力或物體做曲線運(yùn)動(dòng)，動(dòng)能定理都成立．2．優(yōu)越性：(1)對(duì)于變力作用或曲線運(yùn)動(dòng)，動(dòng)能定理提供了一種計(jì)算變力做功的簡(jiǎn)便方法．功的計(jì)算公式W＝Fscosα只能求恒力做的功，不能求變力的功，而由于動(dòng)能定理提供了一個(gè)物體的動(dòng)能變化ΔEk與合外力對(duì)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(dòng)能變化ΔEk＝Ek2－Ek1，就可以間接求得變力做功．,http://www.binyn.org/,(2)與用牛頓定律解題的比較,,兩種思路對(duì)比可以看出應(yīng)用動(dòng)能定理解題不涉及加速度、時(shí)間，不涉及矢量運(yùn)算，

9、運(yùn)算簡(jiǎn)單不易出錯(cuò)．特別提醒：有些問(wèn)題，用牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)可以求解，用動(dòng)能定理也可以求解，但由于應(yīng)用動(dòng)能定理時(shí)不需要考慮運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的一些細(xì)節(jié)，所以用動(dòng)能定理求解更簡(jiǎn)潔一些．,http://www.binyx.org/,即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀)2．(單選)如圖4－3－3所示，光滑水平桌面上開(kāi)一個(gè)光滑小孔，從孔中穿一根細(xì)繩，繩一端系一個(gè)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(dòng)．今改變拉力，當(dāng)大小變?yōu)镕2時(shí)，小球仍在水平桌面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，但半徑變?yōu)镽2.則小球運(yùn)動(dòng)半徑由R1變?yōu)镽2過(guò)程中，拉力對(duì)小球做的功是(),,圖4－3－3,http://ww

10、w.binzt.org/,,課堂互動(dòng)講練,探究外力做功與物體動(dòng)能的變化,在“探究外力做功與物體動(dòng)能的變化”的實(shí)驗(yàn)中，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(cè)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(gè)點(diǎn)記作O，另選連續(xù)的四個(gè)點(diǎn)A、B、C、D作為測(cè)量的點(diǎn)，經(jīng)測(cè)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(dòng)到C點(diǎn)，重力做的功為_(kāi)_______J，動(dòng)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

11、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(dòng)能【方法總結(jié)】根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，因此，紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)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(kāi)始釋放，落入泥潭并陷入泥中h＝5cm深處，不計(jì)空氣阻力．求泥對(duì)石頭的平均阻力．(g取10m/s2),動(dòng)能定理的應(yīng)用,圖4－3－5,,,,,【答案】820N【方法總結(jié)】應(yīng)用動(dòng)能定理解決問(wèn)題的五個(gè)步驟(1)明確研究對(duì)象和研究過(guò)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(duì)象

12、在對(duì)應(yīng)的研究過(guò)程中的受力情況及各力對(duì)物體做功情況，寫(xiě)出各力做功的表達(dá)式并求其代數(shù)和．(4)明確研究對(duì)象在對(duì)應(yīng)研究過(guò)程中的初、末狀態(tài)．(5)由動(dòng)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(guò)定滑輪，以恒定速率v0拉繩子，物體由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，當(dāng)繩子與水平方向夾角α＝45時(shí)，繩中張力對(duì)物體做的功是多少？,應(yīng)用動(dòng)能定理求變力做功,圖4－3－6,,,【答案】mv【方法總結(jié)】對(duì)變力做功直接應(yīng)用功的公式無(wú)法求解，而應(yīng)用動(dòng)能定理非常方便，動(dòng)能定理可以求解變力做功的問(wèn)題．,,如圖4－3－7所示，軌道的兩端翹起，中間平直

13、，平直部分長(zhǎng)s＝0.2m，動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝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(dòng)所通過(guò)的總路程是多少？,圖4－3－7,,【思路點(diǎn)撥】對(duì)于一些復(fù)雜的物理過(guò)程，尤其是涉及非勻變速直線運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律很難解決，而動(dòng)能定理由于不涉及中間過(guò)程，所以在全過(guò)程中應(yīng)用動(dòng)能定理更簡(jiǎn)捷．【自主解答】物體從左側(cè)彎曲軌道滑下，通過(guò)平直軌道后滑上右側(cè)彎曲軌道，再?gòu)挠覀?cè)軌道下來(lái)，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(kāi)始下滑至停止這一運(yùn)動(dòng)過(guò)程來(lái)研究，物體的初動(dòng)能Ek1＝0，末動(dòng)能Ek2＝0，設(shè)物體的質(zhì)量為m，在平直軌道上運(yùn)動(dòng)的總路程為s′.則摩擦力做的功Wf＝－μmgs′，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(duì)從A到C全過(guò)程應(yīng)用動(dòng)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(guò)程，根據(jù)動(dòng)能定理有mgR－WAB－μmgR＝0所以有WAB＝mgR－μmgR＝(1－μ)mgR.,,