2018秋滬科版高中物理必修2課件：3.1　探究動能變化跟做功的關(guān)系

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1、第3章 動能的變化與機(jī)械功 3 .1探究動能變化跟做功的關(guān)系 自主閱讀 自我檢測一、分析論證研究汽車動能的變化過程 二、動能動能定理1.動能(1)定義:物理學(xué)中把 mv 2叫做物體的動能,用符號Ek表示。(2)表達(dá)式:Ek= mv2,式中v是瞬時速度。(3)單位:在國際單位制中,動能的單位是焦耳,符號是J。(4)動能是一個標(biāo)量。 自主閱讀 自我檢測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增量。(3)物理量的增量是指后一時刻的量值減去前一時刻的量值。3.恒力做功與物體動能的變化如果物體受到一個與位移方向相同的恒力F作用,運(yùn)動位移為s,則W=Fs,動能定理還可以表示為Fs=Ek。4

2、.過程量與狀態(tài)量(1)動能是一個狀態(tài)量。(2)功是一個過程量。5.運(yùn)動員用F=150 N的力將一質(zhì)量為0.6 kg的籃球以10 m /s的速 度投出,籃球打在高3.05 m的籃圈上。求運(yùn)動員對籃球做的功。 提示:由動能定理得運(yùn)動員做的功W= mv2=30 J。 自主閱讀 自我檢測三、實驗探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系1.設(shè)計實驗(如圖所示)所使用的器材有氣墊導(dǎo)軌、滑塊、光電門、計時器、氣源、刻度尺、細(xì)繩、鉤碼等。2.研究計劃(1)直接驗證逐一比較力對物體所做的功與物體動能增量的大小之間的關(guān)系。(2)用圖像驗證 根據(jù)W= mv2,由實驗數(shù)據(jù)作出W與v2及W與m的關(guān)系圖像。 自主閱讀 自我檢測1

3、.正誤辨析(1)動能是矢量,其方向與速度方向相同。 ()(2)動能是物體由于運(yùn)動而具有的能。 ()(3)物體的速度發(fā)生變化,其動能就一定發(fā)生變化。 ()(4)做實驗時要平衡摩擦力,且改變滑塊質(zhì)量就要重新平衡摩擦力。 ()(5)合外力做功不等于零,物體的動能一定變化。 ()答案:(1)(2)(3)(4)(5) 自主閱讀 自我檢測2.有兩個物體甲、乙,它們在同一直線上運(yùn)動,兩物體的質(zhì)量均為m,甲物體速度為v,動能為Ek;乙物體速度為-v,動能為Ek,那么()A.Ek=-Ek B.Ek=EkC.EkEk解析:因為動能是標(biāo)量,故Ek=Ek。答案:B3.起重機(jī)鋼索吊著質(zhì)量m=1.0103 kg的物體,以

4、a=2 m /s2的加速度由靜止豎直向上提升了5 m ,物體的動能增加了多少?(g取10 m /s2)解析:由動能定理可知,物體動能的變化等于合外力對物體所做的功,則E k=W合,由F合=ma,W=F合h得Ek=F合h=mah=1.010325 J=1.0104 J,即物體的動能增加了1.0104 J。答案:1.0104 J 問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析知識點一 知識點二對動能和動能定理的理解右圖是高速列車,高速列車在出站時加速,進(jìn)站時減速,這兩個過程中合力分別做什么功,列車的動能如何變化?要點提示:加速出站時合力做正功,動能增大;減速進(jìn)站時合力做負(fù)功,動能減小。 問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析知識點一

5、 知識點二1.動能的三個性質(zhì)(1)動能的瞬時性:物體動能的大小與物體瞬時速度的大小相對應(yīng),是一個狀態(tài)量。(2)動能的標(biāo)矢性:動能是標(biāo)量,只有大小沒有方向,且總大于(v0時)或等于零(v=0時),不可能小于零(無負(fù)值)。運(yùn)算過程中無需考慮速度方向。(3)動能的相對性:對于不同的參考系,物體的速度不同,則物體的動能也不同。沒有特別指明時,都是以地面為參考系。 問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析知識點一 知識點二2.動能定理的理解(1)W的含義:所有外力所做功的代數(shù)和。(2)W與Ek的關(guān)系:合力做功是引起物體動能變化的原因。如果合力對物體做正功,物體的動能增加;如果合力對物體做負(fù)功,物體的動能減少;如果合力對

6、物體不做功,物體的動能不變。(3)動能定理的實質(zhì):功能關(guān)系的一種具體體現(xiàn),物體動能的改變可由合外力做功來度量。 問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析知識點一 知識點二【例1】右圖是質(zhì)量為m的物體,從高為h、傾角為的光滑斜面頂端由靜止開始沿斜面下滑,最后停在水平面上。已知物體與水平面間的動摩擦因數(shù)為,求:(1)物體滑至斜面底端時的速度;(2)物體在水平面上滑行的距離。 問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析知識點一 知識點二解析:物體從斜面上滑下,只有重力做功,使物體的動能增加。在水平面滑行時,摩擦力做負(fù)功使物體的動能又減少到0,分別在兩段過程中應(yīng)用動能定理即可求解。 問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析知識點一 知識點二規(guī)律方法(

7、1)應(yīng)用動能定理時,先要進(jìn)行受力分析,分析在這個過程中有哪些力做功,注意區(qū)分功的正負(fù)。(2)應(yīng)用動能定理時要注意選取的研究對象和對應(yīng)過程,合力做的功和動能增量一定是對應(yīng)同一研究對象的同一過程。 問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析知識點一 知識點二變式訓(xùn)練1一個物體的速度從0增大到v,外力對物體做功為W1;速度再從v增大到2v,外力做功為W2,則W1和W2的關(guān)系正確的是()A.W1=W2 B.W1=2W2C.W2=3W1 D.W2=4W1因此,W 2=3W1,選項C正確。 答案:C 知識點一 知識點二問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析實驗探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系右圖是探究a與F、m之間的定量關(guān)系實驗中的裝置

8、。觀察裝置圖,思考以下問題:(1)實驗中,研究對象(小車)的瞬時速度如何求解?若已知小車的質(zhì)量,怎樣求某一瞬間小車的動能?(2)怎樣通過該裝置探究合外力做功與動能變化的關(guān)系?要點提示:(1)應(yīng)用紙帶上的點跡可以確定小車的瞬時速度,再根據(jù)E k= mv2確定小車的動能。(2)可以應(yīng)用直接驗證或圖像驗證來探究分析力做功與動能變化的關(guān)系。 知識點一 知識點二問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析1.實驗原理探究恒力做功與物體動能改變的關(guān)系,可以測出力對物體做不同的功時物體動能的變化,從而得到恒力做功與物體動能改變的關(guān)系。2.誤差分析(1)若忘記平衡摩擦力或沒有完全平衡摩擦力會對實驗結(jié)果帶來影響。(2)實驗中,由于

9、砝碼及砝碼盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量,可認(rèn)為繩子對小車的拉力F=mg,而實際情況是砝碼及砝碼盤向下加速時,mg-F=ma,所以Fmg。F與mg的差別在砝碼及砝碼盤的總質(zhì)量偏大時會對實驗結(jié)果帶來影響。(3)紙帶上各點之間距離測量時會帶來誤差。 知識點一 知識點二問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析【例2】 (2017江蘇物理)利用如圖甲所示的實驗裝置探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系。小車的質(zhì)量為m0=200.0 g,鉤碼的質(zhì)量為m=10.0 g,打點計時器的電源為50 Hz的交變電流。(1)掛鉤碼前,為了消除摩擦力的影響,應(yīng)調(diào)節(jié)木板右側(cè)的高度,直至向左輕推小車觀察到。 知識點一 知識點二問題導(dǎo)引知識歸納典例剖

10、析(2)掛上鉤碼,按實驗要求打出的一條紙帶如圖乙所示。選擇某一點為O,依次每隔4個計時點取一個計數(shù)點。用刻度尺量出相鄰計數(shù)點間的距離x,記錄在紙帶上。計算打出各計數(shù)點時小車的速度v,其中打出計數(shù)點“1”時小車的速度v1=m /s。 知識點一 知識點二問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析(3)將鉤碼的重力視為小車受到的拉力,g取9.80 m /s2,利用W=mgx算出拉力對小車做的功W。利用Ek= Mv2算出小車動能,并求出動能的變化量Ek。計算結(jié)果見下表。請根據(jù)表中的數(shù)據(jù),在方格紙上作出Ek-W圖像。 知識點一 知識點二問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析(4)實驗結(jié)果表明,Ek總是略小于W。某同學(xué)猜想是由于小車所受

11、拉力小于鉤碼重力造成的。用題中小車和鉤碼質(zhì)量的數(shù)據(jù)可算出小車受到的實際拉力F=N。 解析:(1)調(diào)節(jié)木板右側(cè)的高度,在不掛鉤碼的情況下使小車恰好做勻速運(yùn)動,以使小車的重力沿斜面向下的分力和摩擦力抵消,那么小車受到的合力就是繩子的拉力,這樣便平衡了摩擦力。(2)打點計時器的電源為50 Hz的交變電流,且每隔4個計時點取一個計數(shù)點,則相鄰計數(shù)點打下的時間間隔為t=0.025 s=0.1 s;由于小車做勻加速運(yùn)動,打出計數(shù)點“1”時小車的速度為打出“0”點和“2”點之間的平均速度,即v 1= =0.228 m /s。(3)先將表格中的數(shù)據(jù)在方格紙上描出,再用直線連接所描繪的點,如答案圖所示。 知識點

12、一 知識點二問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析(4)對小車和鉤碼整體由牛頓第二定律得mg=(m0+m)a對小車:F=m0a 知識點一 知識點二問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析答案:(1)小車做勻速運(yùn)動(2)0.228(3)見下圖(4)0.093規(guī)律方法通過探究動能變化與做功的關(guān)系,應(yīng)明確功與速度的確 定方法,從而得到動能定理。 知識點一 知識點二問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析變式訓(xùn)練2某實驗小組采用圖甲的裝置探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系,圖中小車中可放置砝碼,實驗中小車碰到制動裝置時,鉤碼尚未到達(dá)地面,打點計時器的工作頻率為50 Hz。 知識點一 知識點二問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析(1)實驗的部分步驟如下:在小車中

13、放入砝碼,把紙帶穿過打點計時器,連在小車后端,用細(xì)線連接小車和鉤碼;將小車停在打點計時器附近,小車拖動紙帶,打點計時器在紙帶上打下一系列點,;改變鉤碼或小車中砝碼的數(shù)量,更換紙帶,重復(fù)的操作。 知識點一 知識點二問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析(2)圖乙是鉤碼質(zhì)量為0.03 kg、砝碼質(zhì)量為0.02 kg時得到的一條紙帶,在紙帶上選擇起始點O及A、B、C、D、E計數(shù)點,可獲得各計數(shù)點到O的距離s及對應(yīng)時刻小車的瞬時速度v,請將C點的測量結(jié)果填在表中的相應(yīng)位置。 知識點一 知識點二問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析紙帶的測量結(jié)果 (3)本實驗,若用鉤碼的重力表示小車受到的合外力,為了減小這種做法帶來的實驗誤差,應(yīng)

14、采取的兩項措施是; 。 知識點一 知識點二問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析答案:(1)先接通電源再釋放小車關(guān)閉打點計時器電源(2)5.18(5.165.19均可)0.49(3)平衡摩擦力鉤碼的重力遠(yuǎn)小于小車及砝碼的重力和 1 2 3 41.在探究功與物體速度變化的關(guān)系驗中作出W-v2圖像如圖所示,下列符合實際的是()解析:實驗證明,力做的功W與速度v的二次方成正比,即W v 2,故作出的W-v2圖像應(yīng)為一條過原點的直線,B項正確。答案:B 1 2 3 42.(多選)在下列幾種情況中,甲、乙兩物體的動能相等的是() D.質(zhì)量相同,速度大小也相同,但甲向東運(yùn)動,乙向西運(yùn)動 解析:由動能的表達(dá)式E k= m

15、v2知,A、B錯誤,C正確;因動能是標(biāo)量,故D正確。答案:CD 1 2 3 43.關(guān)于動能定理,下列說法正確的是()A.在某過程中,外力做的總功等于各個力單獨做功的絕對值之和B.只要有力對物體做功,物體的動能就一定改變C.動能定理只適用于直線運(yùn)動,不適用于曲線運(yùn)動D.動能定理既適用于恒力做功的情況,又適用于變力做功的情況解析:外力做的總功等于各個力單獨做功的代數(shù)和,A錯;根據(jù)動能定理,決定動能是否改變的是總功,而不是某一個力做的功,B錯;動能定理既適用于直線運(yùn)動,也適用于曲線運(yùn)動,既適用于恒力做功的情況,又適用于變力做功的情況,C錯,D對。答案:D 1 2 3 44.質(zhì)量為m=50 kg的滑雪運(yùn)動員,以初速度v0=4 m /s從高度為h=10 m的彎曲滑道頂端A滑下,到達(dá)滑道底端B時的速度v1=10 m /s。求滑雪運(yùn)動員在這段滑行過程中克服阻力做的功。(g取10 m /s2)解析:設(shè)摩擦力做的功為W,根據(jù)動能定理 代入數(shù)值得W=2 900 J。 答案:2 900 J