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

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1、第3章 動(dòng)能的變化與機(jī)械功 3 .1探究動(dòng)能變化跟做功的關(guān)系 自主閱讀 自我檢測(cè)一、分析論證研究汽車動(dòng)能的變化過(guò)程 二、動(dòng)能動(dòng)能定理1.動(dòng)能(1)定義:物理學(xué)中把 mv 2叫做物體的動(dòng)能,用符號(hào)Ek表示。(2)表達(dá)式:Ek= mv2,式中v是瞬時(shí)速度。(3)單位:在國(guó)際單位制中,動(dòng)能的單位是焦耳,符號(hào)是J。(4)動(dòng)能是一個(gè)標(biāo)量。 自主閱讀 自我檢測(cè)2.動(dòng)能定理(1)內(nèi)容:外力對(duì)物體所做的功等于物體動(dòng)能的增量。(3)物理量的增量是指后一時(shí)刻的量值減去前一時(shí)刻的量值。3.恒力做功與物體動(dòng)能的變化如果物體受到一個(gè)與位移方向相同的恒力F作用,運(yùn)動(dòng)位移為s,則W=Fs,動(dòng)能定理還可以表示為Fs=Ek。4

2、.過(guò)程量與狀態(tài)量(1)動(dòng)能是一個(gè)狀態(tài)量。(2)功是一個(gè)過(guò)程量。5.運(yùn)動(dòng)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(dòng)員對(duì)籃球做的功。 提示:由動(dòng)能定理得運(yùn)動(dòng)員做的功W= mv2=30 J。 自主閱讀 自我檢測(cè)三、實(shí)驗(yàn)探究恒力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系1.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)(如圖所示)所使用的器材有氣墊導(dǎo)軌、滑塊、光電門、計(jì)時(shí)器、氣源、刻度尺、細(xì)繩、鉤碼等。2.研究計(jì)劃(1)直接驗(yàn)證逐一比較力對(duì)物體所做的功與物體動(dòng)能增量的大小之間的關(guān)系。(2)用圖像驗(yàn)證 根據(jù)W= mv2,由實(shí)驗(yàn)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(cè)1

3、.正誤辨析(1)動(dòng)能是矢量,其方向與速度方向相同。 ()(2)動(dòng)能是物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能。 ()(3)物體的速度發(fā)生變化,其動(dòng)能就一定發(fā)生變化。 ()(4)做實(shí)驗(yàn)時(shí)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(dòng)能一定變化。 ()答案:(1)(2)(3)(4)(5) 自主閱讀 自我檢測(cè)2.有兩個(gè)物體甲、乙,它們?cè)谕恢本€上運(yùn)動(dòng),兩物體的質(zhì)量均為m,甲物體速度為v,動(dòng)能為Ek;乙物體速度為-v,動(dòng)能為Ek,那么()A.Ek=-Ek B.Ek=EkC.EkEk解析:因?yàn)閯?dòng)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(dòng)能增加了多少?(g取10 m /s2)解析:由動(dòng)能定理可知,物體動(dòng)能的變化等于合外力對(duì)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(dòng)能增加了1.0104 J。答案:1.0104 J 問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)歸納典例剖析知識(shí)點(diǎn)一 知識(shí)點(diǎn)二對(duì)動(dòng)能和動(dòng)能定理的理解右圖是高速列車,高速列車在出站時(shí)加速,進(jìn)站時(shí)減速,這兩個(gè)過(guò)程中合力分別做什么功,列車的動(dòng)能如何變化?要點(diǎn)提示:加速出站時(shí)合力做正功,動(dòng)能增大;減速進(jìn)站時(shí)合力做負(fù)功,動(dòng)能減小。 問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)歸納典例剖析知識(shí)點(diǎn)一

5、 知識(shí)點(diǎn)二1.動(dòng)能的三個(gè)性質(zhì)(1)動(dòng)能的瞬時(shí)性:物體動(dòng)能的大小與物體瞬時(shí)速度的大小相對(duì)應(yīng),是一個(gè)狀態(tài)量。(2)動(dòng)能的標(biāo)矢性:動(dòng)能是標(biāo)量,只有大小沒(méi)有方向,且總大于(v0時(shí))或等于零(v=0時(shí)),不可能小于零(無(wú)負(fù)值)。運(yùn)算過(guò)程中無(wú)需考慮速度方向。(3)動(dòng)能的相對(duì)性:對(duì)于不同的參考系,物體的速度不同,則物體的動(dòng)能也不同。沒(méi)有特別指明時(shí),都是以地面為參考系。 問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)歸納典例剖析知識(shí)點(diǎn)一 知識(shí)點(diǎn)二2.動(dòng)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(dòng)能變化的原因。如果合力對(duì)物體做正功,物體的動(dòng)能增加;如果合力對(duì)物體做負(fù)功,物體的動(dòng)能減少;如果合力對(duì)

6、物體不做功,物體的動(dòng)能不變。(3)動(dòng)能定理的實(shí)質(zhì):功能關(guān)系的一種具體體現(xiàn),物體動(dòng)能的改變可由合外力做功來(lái)度量。 問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)歸納典例剖析知識(shí)點(diǎn)一 知識(shí)點(diǎn)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(kāi)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(dòng)摩擦因數(shù)為,求:(1)物體滑至斜面底端時(shí)的速度;(2)物體在水平面上滑行的距離。 問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)歸納典例剖析知識(shí)點(diǎn)一 知識(shí)點(diǎn)二解析:物體從斜面上滑下,只有重力做功,使物體的動(dòng)能增加。在水平面滑行時(shí),摩擦力做負(fù)功使物體的動(dòng)能又減少到0,分別在兩段過(guò)程中應(yīng)用動(dòng)能定理即可求解。 問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)歸納典例剖析知識(shí)點(diǎn)一 知識(shí)點(diǎn)二規(guī)律方法(

7、1)應(yīng)用動(dòng)能定理時(shí),先要進(jìn)行受力分析,分析在這個(gè)過(guò)程中有哪些力做功,注意區(qū)分功的正負(fù)。(2)應(yīng)用動(dòng)能定理時(shí)要注意選取的研究對(duì)象和對(duì)應(yīng)過(guò)程,合力做的功和動(dòng)能增量一定是對(duì)應(yīng)同一研究對(duì)象的同一過(guò)程。 問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)歸納典例剖析知識(shí)點(diǎn)一 知識(shí)點(diǎn)二變式訓(xùn)練1一個(gè)物體的速度從0增大到v,外力對(duì)物體做功為W1;速度再?gòu)膙增大到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(xiàng)C正確。 答案:C 知識(shí)點(diǎn)一 知識(shí)點(diǎn)二問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)歸納典例剖析實(shí)驗(yàn)探究恒力做功與物體動(dòng)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(shí)驗(yàn)中的裝置

8、。觀察裝置圖,思考以下問(wèn)題:(1)實(shí)驗(yàn)中,研究對(duì)象(小車)的瞬時(shí)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(dòng)能?(2)怎樣通過(guò)該裝置探究合外力做功與動(dòng)能變化的關(guān)系?要點(diǎn)提示:(1)應(yīng)用紙帶上的點(diǎn)跡可以確定小車的瞬時(shí)速度,再根據(jù)E k= mv2確定小車的動(dòng)能。(2)可以應(yīng)用直接驗(yàn)證或圖像驗(yàn)證來(lái)探究分析力做功與動(dòng)能變化的關(guān)系。 知識(shí)點(diǎn)一 知識(shí)點(diǎn)二問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)歸納典例剖析1.實(shí)驗(yàn)原理探究恒力做功與物體動(dòng)能改變的關(guān)系,可以測(cè)出力對(duì)物體做不同的功時(shí)物體動(dòng)能的變化,從而得到恒力做功與物體動(dòng)能改變的關(guān)系。2.誤差分析(1)若忘記平衡摩擦力或沒(méi)有完全平衡摩擦力會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)影響。(2)實(shí)驗(yàn)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(duì)小車的拉力F=mg,而實(shí)際情況是砝碼及砝碼盤向下加速時(shí),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(shí)會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)影響。(3)紙帶上各點(diǎn)之間距離測(cè)量時(shí)會(huì)帶來(lái)誤差。 知識(shí)點(diǎn)一 知識(shí)點(diǎn)二問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)歸納典例剖析【例2】 (2017江蘇物理)利用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究恒力做功與物體動(dòng)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(diǎn)計(jì)時(shí)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(shí)點(diǎn)一 知識(shí)點(diǎn)二問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)歸納典例剖

10、析(2)掛上鉤碼,按實(shí)驗(yàn)要求打出的一條紙帶如圖乙所示。選擇某一點(diǎn)為O,依次每隔4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)。用刻度尺量出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離x,記錄在紙帶上。計(jì)算打出各計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)小車的速度v,其中打出計(jì)數(shù)點(diǎn)“1”時(shí)小車的速度v1=m /s。 知識(shí)點(diǎn)一 知識(shí)點(diǎn)二問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)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(duì)小車做的功W。利用Ek= Mv2算出小車動(dòng)能,并求出動(dòng)能的變化量Ek。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表。請(qǐng)根據(jù)表中的數(shù)據(jù),在方格紙上作出Ek-W圖像。 知識(shí)點(diǎn)一 知識(shí)點(diǎn)二問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)歸納典例剖析(4)實(shí)驗(yàn)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(shí)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(dòng),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(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源為50 Hz的交變電流,且每隔4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),則相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)打下的時(shí)間間隔為t=0.025 s=0.1 s;由于小車做勻加速運(yùn)動(dòng),打出計(jì)數(shù)點(diǎn)“1”時(shí)小車的速度為打出“0”點(diǎn)和“2”點(diǎn)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(diǎn),如答案圖所示。 知識(shí)點(diǎn)

12、一 知識(shí)點(diǎn)二問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)歸納典例剖析(4)對(duì)小車和鉤碼整體由牛頓第二定律得mg=(m0+m)a對(duì)小車:F=m0a 知識(shí)點(diǎn)一 知識(shí)點(diǎn)二問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)歸納典例剖析答案:(1)小車做勻速運(yùn)動(dòng)(2)0.228(3)見(jiàn)下圖(4)0.093規(guī)律方法通過(guò)探究動(dòng)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(dòng)能定理。 知識(shí)點(diǎn)一 知識(shí)點(diǎn)二問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)歸納典例剖析變式訓(xùn)練2某實(shí)驗(yàn)小組采用圖甲的裝置探究外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系,圖中小車中可放置砝碼,實(shí)驗(yàn)中小車碰到制動(dòng)裝置時(shí),鉤碼尚未到達(dá)地面,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作頻率為50 Hz。 知識(shí)點(diǎn)一 知識(shí)點(diǎn)二問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)歸納典例剖析(1)實(shí)驗(yàn)的部分步驟如下:在小車中

13、放入砝碼,把紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(diǎn)計(jì)時(shí)器附近,小車拖動(dòng)紙帶,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn),;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(shí)點(diǎn)一 知識(shí)點(diǎn)二問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)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(shí)得到的一條紙帶,在紙帶上選擇起始點(diǎn)O及A、B、C、D、E計(jì)數(shù)點(diǎn),可獲得各計(jì)數(shù)點(diǎn)到O的距離s及對(duì)應(yīng)時(shí)刻小車的瞬時(shí)速度v,請(qǐng)將C點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果填在表中的相應(yīng)位置。 知識(shí)點(diǎn)一 知識(shí)點(diǎn)二問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)歸納典例剖析紙帶的測(cè)量結(jié)果 (3)本實(shí)驗(yàn),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(lái)的實(shí)驗(yàn)誤差,應(yīng)

14、采取的兩項(xiàng)措施是; 。 知識(shí)點(diǎn)一 知識(shí)點(diǎn)二問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)歸納典例剖析答案:(1)先接通電源再釋放小車關(guān)閉打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(yàn)中作出W-v2圖像如圖所示,下列符合實(shí)際的是()解析:實(shí)驗(yàn)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(guò)原點(diǎn)的直線,B項(xiàng)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(dòng)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(dòng),乙向西運(yùn)動(dòng) 解析:由動(dòng)能的表達(dá)式E k= m

15、v2知,A、B錯(cuò)誤,C正確;因動(dòng)能是標(biāo)量,故D正確。答案:CD 1 2 3 43.關(guān)于動(dòng)能定理,下列說(shuō)法正確的是()A.在某過(guò)程中,外力做的總功等于各個(gè)力單獨(dú)做功的絕對(duì)值之和B.只要有力對(duì)物體做功,物體的動(dòng)能就一定改變C.動(dòng)能定理只適用于直線運(yùn)動(dòng),不適用于曲線運(yùn)動(dòng)D.動(dòng)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(gè)力單獨(dú)做功的代數(shù)和,A錯(cuò);根據(jù)動(dòng)能定理,決定動(dòng)能是否改變的是總功,而不是某一個(gè)力做的功,B錯(cuò);動(dòng)能定理既適用于直線運(yùn)動(dòng),也適用于曲線運(yùn)動(dòng),既適用于恒力做功的情況,又適用于變力做功的情況,C錯(cuò),D對(duì)。答案:D 1 2 3 44.質(zhì)量為m=50 kg的滑雪運(yùn)動(dòng)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(shí)的速度v1=10 m /s。求滑雪運(yùn)動(dòng)員在這段滑行過(guò)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(dòng)能定理 代入數(shù)值得W=2 900 J。 答案:2 900 J