3、目的 探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系. 2.實驗方法 讓物體自由下落,下落過程中經(jīng)過A、B兩點,測出A、B兩點的高度差hAB和經(jīng)過A、B兩點時的速度vA、vB,則重力做的功為WG=mghAB,動能變化為 ,驗證WG與Ek的關(guān)系. 3.實驗器材 鐵架臺(帶鐵夾)、電火花打點計時器、刻度尺、重物、紙帶、學(xué)生電源、夾子等.,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,知識精要,4.實驗步驟 (1)按圖所示把打點計時器安裝在鐵架臺上,用導(dǎo)線把打點計時器與電源連接好. (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,提起紙帶使重物停靠在打點計時器附近. (3)
4、先接通電源,后釋放紙帶,讓重物自由下落. (4)重復(fù)幾次,得到35條打好點的紙帶.,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,知識精要,5.數(shù)據(jù)處理 (1)在打好點的紙帶中挑選點跡清晰的一條紙帶,在起始點標(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、. (2)應(yīng)用公式 計算各點對應(yīng)的瞬時速度v1、v2、v3、. (3)計算各點對應(yīng)的重力做的功mghn和動能的增加量 進行比較.(請自行設(shè)計表格進行分析) 6.結(jié)論 合力對物體所做的功等于物體動能的變化.,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,知識精要,7.實驗誤差及注意事項 (1)誤差產(chǎn)生原因及減小方法 重物和紙帶在下落過
5、程中受到打點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驗帶來的誤差. 豎直固定打點計時器,適當(dāng)增加重物的質(zhì)量來減小相對誤差. (2)注意事項 打點計時器要豎直架穩(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)從起點量起,選取的計數(shù)點要離起始點遠些,紙帶不宜過長.,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,知識精要,【例1】 在用自由落體運動探究外力做功與動能變化的關(guān)系時,某同學(xué)按照正確的操作選得紙帶如圖所示,其中O點是起始點,A、B、C是打點計時器連續(xù)打下的三個點,該同學(xué)用毫米刻度尺測量
6、O點到A、B、C各點的距離,并記錄在圖中(單位:cm).已知打點計時器電源頻率為50 Hz,重物質(zhì)量為m,當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭取9.80 m/s2.,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,知識精要,(1)這三組數(shù)據(jù)中不符合有效數(shù)字讀數(shù)要求的是. (2)該同學(xué)用重物在OB段的運動來探究兩者之間的關(guān)系,先計算出該段時間重力做的功為,接著從打點計時器打下的第一個點O數(shù)起,圖中的B點是打點計時器打下的第9個點,他用vB=gt計算B點對應(yīng)的重物的瞬時速度,得到動能的增加量為(均保留三位有效數(shù)字).這樣他發(fā)現(xiàn)重力做的功(選填“大于”或“小于”)動能的增加量,造成這一錯誤結(jié)論的原因是.,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解
7、,知識精要,解析:(1)從有效數(shù)字的位數(shù)上不難看出15.7不符合有效數(shù)字的讀數(shù)要求. (2)重力做的功為 WG=mghOB=m9.8012.4210-2 J1.22m J vB=gt=9.800.16 m/s=1.568 m/s 動能的增加量 EkWG,造成這一現(xiàn)象的原因是計算重物速度時,認(rèn)為重物下落加速度為g,而實際由于重物下落過程中受到阻力作用,重物的加速度小于g,將重物的速度算大了.應(yīng)該用AC段的平均速度計算,即 答案:(1)15.7(2)1.22m J1.23m J小于阻力的影響,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,知識精要,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,知識精要,在探究外力做功與物體動
8、能變化的實驗中,已知打點計時器所用的電源的頻率為50 Hz,查得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭=9.80 m/s2,測得所用的重物的質(zhì)量為1.00 kg.實驗中得到一條點跡清晰的紙帶,如圖所示,把第一個點記為O,另選連續(xù)的四個點A、B、C、D作為測量的點,經(jīng)測量知道A、B、C、D各點到O點的距離分別是62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、85.73 cm.根據(jù)以上數(shù)據(jù),可知重物由O點運動到C點,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:在誤差允許的范圍內(nèi).,答案:7.627.56重力所做的功等于物體動能的增加量,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,知識精要,解析:本題考查
9、實驗數(shù)據(jù)的處理問題,,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,思考探究,知識精要,二、動能定理 1.推導(dǎo) 如圖所示,設(shè)某物體的質(zhì)量為m,在與運動方向相同的恒力F的作用下,在粗糙的水平面上發(fā)生一段位移s,速度由v1增加到v2,則外力做的總功W=(F-f)s.,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,思考探究,知識精要,2.結(jié)論 合力對物體所做的功等于物體動能的變化,即W=Ek2-Ek1. 3.物理意義 動能定理指出了合力對物體所做的總功與物體動能變化之間的關(guān)系.即合力對物體所做的總功,對應(yīng)于物體動能的變化,變化的大小由做功的多少來量度. 4.實質(zhì) 動能定理從能量變化的角度反映了力改變運動狀態(tài)時,在空間上的累積效
10、果(動能的變化情況從側(cè)面體現(xiàn)了物體運動狀態(tài)的改變情況).,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,思考探究,知識精要,5.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,W0,Ek2-Ek10,Ek2Ek1,則動能增加. (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)動能定理既適用于物體的直線運動,也適用于物體的曲線運動;既適用于恒力做功,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動學(xué)公式求解簡便. (
11、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.,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,一,二,三,知識精要,汽車在剎車時,汽車的速度越大,從剎車到停止通過的位移也越大,試分析其中的道理. 答案:汽車剎車時,汽車克服阻力做功,其動能減小.汽車剎車時的速度越大,其動能就越大,克服阻力做的功就越多,由于阻力一定,所以從剎車到停止通過的位移也就越大.,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,知識精要,【例2】 (多選)如圖所示,電梯質(zhì)量為M,在它的水平地板上放置一質(zhì)量為m的物體.電梯在鋼索的拉力作用下豎直向上加速運動
12、,當(dāng)電梯的速度由v1增加到v2時,上升高度為H,則在這個過程中,下列說法或表達式正確的是(),一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,知識精要,解析:電梯上升的過程中,對物體做功的有重力mg、支持力FN,這兩個力做的總功才等于物體動能的增量 故A、B均錯誤,C正確;對電梯,無論有幾個力對它做功,由動能定理可知,其合力的功一定等于其動能的增量,故D正確. 答案:CD,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,知識精要,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,知識精要,1. (2015全國理綜)如圖,一半徑為R、粗糙程度處處相同的半圓形軌道豎直固定放置,直徑POQ水平.一質(zhì)量
13、為m的質(zhì)點自P點上方高度R處由靜止開始下落,恰好從P點進入軌道.質(zhì)點滑到軌道最低點N時,對軌道的壓力為4mg,g為重力加速度的大小.用W表示質(zhì)點從P點運動到N點的過程中克服摩擦力所做的功.則(),答案:C,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,知識精要,解析:設(shè)質(zhì)點到最低點N時的速度為v,,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,知識精要,2.起重機鋼索將質(zhì)量為1.0103 kg的物體以2 m/s2的加速度豎直向上提升了5 m,鋼索對物體的拉力做的功為多少?物體的動能增加了多少?(g取10 m/s2) 答案:6.0104 J1.0104 J 解析:由動能定理得,物體動能的增加量 Ek=m
14、ah=1.010325 J=1.0104 J 由動能定理還可以得W拉-WG=Ek,所以拉力做的功 W拉=Ek+WG=Ek+mgh=(1.0104+1.0103105) J =6.0104 J.,知識精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,三、動能定理的應(yīng)用 1.動能定理與牛頓第二定律的應(yīng)用比較,由兩種思路對比可以看出,對于不涉及加速度、時間的動力學(xué)問題要優(yōu)先選用動能定理.,知識精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,2.應(yīng)用動能定理解題的步驟 (1)確定研究對象和研究過程. (2)對研究對象進行受力分析(研究對象以外的物體施于研究對象的力都要分析,含重力). (3)寫出該過程中合外力做的功,或分別
15、寫出各個力做的功(注意功的正負(fù)).如果研究過程中物體受力情況有變化,要分別寫出該力在各個階段做的功. (4)寫出物體的初、末動能(注意動能增量是末動能減初動能). (5)按照動能定理列式求解.,知識精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,【例3】 (2015浙江理綜)如圖所示,用一塊長L1=1.0 m的木板在墻和桌面間架設(shè)斜面,桌子高H=0.8 m,長L2=1.5 m.斜面與水平桌面的傾角可在060間調(diào)節(jié)后固定.將質(zhì)量m=0.2 kg的小物塊從斜面頂端靜止釋放,物塊與斜面間的動摩擦因數(shù)1=0.05,物塊與桌面間的動摩擦因數(shù)為2,忽略物塊在斜面與桌面交接處的能量損失.(重力加速度g取10 m/s2
16、;最大靜摩擦力等于滑動摩擦力) (1)求角增大到多少時,物塊能從斜面開始下滑;(用正切值表示) (2)當(dāng)角增大到37時,物塊恰能停在桌面邊緣,求物塊與桌面間的動摩擦因數(shù)2;(已知sin 37=0.6,cos 37=0.8) (3)繼續(xù)增大角,發(fā)現(xiàn)=53時物塊落地點與墻面的距離最大,求此最大距離xm.,知識精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,解析:(1)為使小物塊下滑mgsin 1mgcos 滿足的條件tan 0.05 (2)克服摩擦力做功 Wf=1mgL1cos +2mg(L2-L1cos ) 由動能定理得mgL1sin -Wf=0 代入數(shù)據(jù)得2=0.8,答案:(1)tan 0.05(2)2
17、=0.8(3)xm=1.9 m,知識精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,知識精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,1.(2015江蘇單科)(多選)如圖所示,輕質(zhì)彈簧一端固定,另一端與一質(zhì)量為m、套在粗糙豎直固定桿A處的圓環(huán)相連,彈簧水平且處于原長.圓環(huán)從A處由靜止開始下滑,經(jīng)過B處的速度最大,到達C處的速度為零,AC=h.圓環(huán)在C處獲得一豎直向上的速度v,恰好能回到A.彈簧始終在彈性限度內(nèi),重力加速度為g.則圓環(huán)(),答案:BD,知識精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,知識精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,2.如圖所示,滑塊在恒定外力F=2mg的作用下從水平軌道上的A點由靜止出發(fā)到B點時撤去外力,又沿豎直面內(nèi)的光滑半圓形軌道運動,且恰 好通過軌道最高點C,滑塊脫離半圓形軌道后又剛好落到原出發(fā)點A,求AB段與滑塊間的動摩擦因數(shù). 答案:0.75,知識精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,解析:設(shè)半圓形軌道的半徑為R,則在C點有,知識精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,當(dāng)汽車經(jīng)過凹橋面最低點時,設(shè)橋面支持力為FN1,由牛頓第二定律有FN1-mg= ,要求FN12.0105 N 解得允許的最大速度vm=7.07 m/s 由上面的分析可知,汽車經(jīng)過凸橋頂點時對橋面的壓力最小,設(shè)為FN2,如圖乙所示 解得FN2=1.0105 N.由牛頓第三定律知,FN2與FN2等值反向.,
高中物理 4.3 探究外力做功 與物體動能變化的關(guān)系課件 粵教版必修2
