高一物理（粵教版)必修二第4章第3節(jié)《探究外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系》（52張ppt）

歡迎進(jìn)入物理課堂 第三節(jié)探究外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系 一 實(shí)驗(yàn)與探究1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?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 動(dòng)能變化為 Ek 驗(yàn)證WG與 Ek的關(guān)系 mghAB 探究外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系 3 實(shí)驗(yàn)器材 紙帶 鐵架臺(tái) 夾子 4 實(shí)驗(yàn)步驟 1 按圖把打點(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)器與學(xué)生電源連接好 2 把紙帶的一端在重錘上用夾子固定好 另一端穿過計(jì)時(shí)器限位孔 用手 提起紙帶使重錘?？吭?電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 重錘 毫米刻度尺 沿豎直方向 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近 3 讓重錘自由下落 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 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(duì)應(yīng)下落高度h1 h2 h3 接通電源 待打點(diǎn)穩(wěn)定后 松開紙帶 點(diǎn)跡清晰 8 將測得的數(shù)據(jù)填入下表 觀察 對(duì)比 分析 尋求規(guī)律 5 誤差分析 1 偶然誤差 測量長度時(shí)會(huì)帶來誤差 減小誤差的辦法是 測距離時(shí)都應(yīng)從 量起 多測幾次取平均值 2 系統(tǒng)誤差 實(shí)驗(yàn)中重物和紙帶下落過程中要克服阻力 主要是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的阻力 做功 故動(dòng)能的增加量 Ek必定 重力做的功WG 第一個(gè)點(diǎn)O 銷小于 6 注意事項(xiàng) 1 應(yīng)盡最大可能減小各種阻力的影響 可采取如下措施 應(yīng)選用質(zhì)量大和 的重物 以減小空氣阻力的影響 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器必須穩(wěn)固安裝在鐵架臺(tái)上 并且兩個(gè)限位孔的中線要 以減小紙帶所受的摩擦力 釋放前將紙帶 且保證不與限位孔接觸以減小紙帶與限位孔間的摩擦 密度較大 在同一豎直線上 豎直通過限位孔 2 實(shí)驗(yàn)時(shí)必須是 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作后再放開紙帶讓重物下落 接通電源 二 理論分析與論證1 推導(dǎo) 如圖所示 質(zhì)量為m的物體 在恒力F和摩擦力f作用下 經(jīng)位移s后 速度由v1增加到v2 外力做的總功 W 由牛頓第二定律 F f ma F f s 由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式 s 聯(lián)立 式得 W 即W Ek2 Ek1 Ek 2 結(jié)論 合外力對(duì)物體所做的功等于物體動(dòng)能的變化 三 動(dòng)能定理1 內(nèi)容 對(duì)物體所做的功等于物體 2 表達(dá)式 W 式中E 表示物體的 Ek1表示 W表示 3 功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系 1 W為正功時(shí) Ek2 Ek1 物體的動(dòng)能 2 W為負(fù)功時(shí) Ek2 Ek1 物體的動(dòng)能 3 W 0時(shí) Ek2 Ek1 物體的動(dòng)能 合外力動(dòng)能的變化 Ek2 Ek1 末動(dòng)能初動(dòng)能 合外力對(duì)物體所做的功 增加 減小 不變 一 動(dòng)能定理的理解1 內(nèi)容 合外力對(duì)物體做的功等于物體動(dòng)能的變化 即W Ek Ek2 Ek1 2 W為合外力對(duì)物體做的功 W的求法有兩種思路 1 先求出各個(gè)力對(duì)物體所做的功W1 W2 W3 它們的代數(shù)和W W1 W2 W3 即為總功 2 先求出物體所受各個(gè)力的合力F合 再利用W F合scos 求合力的功 4 合力對(duì)物體做正功 即W 0 Ek 0 表明物體的動(dòng)能增大 合力對(duì)物體做負(fù)功 即W 0 Ek 0 表明物體的動(dòng)能減小 5 動(dòng)能定理不僅描述了功和動(dòng)能增量之間的等值關(guān)系 還體現(xiàn)了它們之間的因果關(guān)系 也就是說力對(duì)物體做功是引起物體動(dòng)能變化的原因 合外力做功的過程實(shí)質(zhì)上是其他形式的能與動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化的過程 轉(zhuǎn)化了多少由合外力做了多少功來度量 二 動(dòng)能定理的應(yīng)用及優(yōu)越性1 應(yīng)用動(dòng)能定理解題的步驟 1 確定研究對(duì)象和研究過程 2 對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析 研究對(duì)象以外的物體施于研究對(duì)象的力都要分析 含重力 3 寫出該過程中合外力做的功 或分別寫出各個(gè)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(gè)階段做的功 4 確定物體的初 末動(dòng)能 注意動(dòng)能增量是末動(dòng)能減初動(dòng)能 5 按照動(dòng)能定理列式求解 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)算變力做功的簡便方法 功的計(jì)算公式W Fscos 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 Ek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 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(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 運(yùn)算簡單不易出錯(cuò) 探究實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 在探究外力做功與物體動(dòng)能變化的實(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 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(dòng)到 C點(diǎn) 重力做的功為 J 動(dòng)能的增加量等于 J 取兩位有效數(shù)字 結(jié)論是 在誤差允許的范圍內(nèi) 解析 本題考查實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理問題 根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理直接進(jìn)行計(jì)算T s 0 02 s 所以由O點(diǎn)到C點(diǎn) 重力做的功為 WG mgh 1 00 9 80 77 76 10 2J 7 62 J 打下C點(diǎn)時(shí)紙帶 即物體 的瞬時(shí)速度 變式訓(xùn)練 1 探究力對(duì)原來靜止的物體做的功與物體獲得的速度的關(guān)系 實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示 實(shí)驗(yàn)主要過程如下 1 設(shè)法讓橡皮筋對(duì)小車做的功分別為W 2W 3W 2 分析打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶 求出小車的速度v1 v2 v3 以下關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的說法中有一項(xiàng)不正確 它是 A 本實(shí)驗(yàn)設(shè)法讓橡皮筋對(duì)小車做的功分別為W 2W 3W 所采用的方法是選用同樣的橡皮筋 并在每次實(shí)驗(yàn)中使橡皮筋拉伸的長度保持一致 當(dāng)用1條橡皮筋進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí) 橡皮筋對(duì)小車做的功為W 用2條 3條 橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次 第3次 實(shí)驗(yàn)時(shí) 橡皮筋對(duì)小車做的功分別是2W 3W B 小車運(yùn)動(dòng)中會(huì)受到阻力 補(bǔ)償?shù)姆椒?可以使木板適當(dāng)傾斜 C 某同學(xué)在一次實(shí)驗(yàn)中 得到一條記錄紙帶 紙帶上打出的點(diǎn) 兩端密 中間疏 出現(xiàn)這種情況的原因 可能是沒有使木板傾斜或傾角太小D 根據(jù)記錄紙帶上打出的點(diǎn) 求小車獲得的速度的方法 是以紙帶上第一點(diǎn)到最后一點(diǎn)的距離來進(jìn)行計(jì)算 解析 由實(shí)驗(yàn)原理可知改變橡皮筋做功多少的辦法是靠改變橡皮筋條數(shù)來實(shí)現(xiàn)的 A對(duì) 為使橡皮筋的拉力等于小車所受的合外力 通過使木板傾斜的方法平衡摩擦阻力 B對(duì) 若沒有平衡或平衡摩擦力不足的話 就會(huì)出現(xiàn)橡皮筋拉力為零后 小車減速運(yùn)動(dòng) 打出的點(diǎn)逐漸變密 C對(duì) 外力做功后小車速度達(dá)到最大 表現(xiàn)為點(diǎn)間距最大且相對(duì)均勻 所以計(jì)算速度 應(yīng)以最后一段點(diǎn)間距進(jìn)行計(jì)算 D錯(cuò) 答案 D 對(duì)動(dòng)能定理的理解 一個(gè)25kg的小孩從高度為3 0m的滑梯頂端由靜止開始滑下 滑到底端時(shí)的速度為2 0m s 取g 10m s2 關(guān)于力對(duì)小孩做的功 以下結(jié)果正確的是 A 合外力做功50JB 阻力做功500JC 重力做功500JD 支持力做功50J 解析 重力做功WG mgh 25 10 3J 750J C錯(cuò) 小孩所受支持力方向上的位移為零 故支持力做的功為零 D錯(cuò) 合外力做的功W合 Ek 0 即W合 mv2 25 22J 50J A正確 WG W阻 Ek 0 做W阻 mgh mv2 750J 50J 700J B項(xiàng)錯(cuò)誤 答案 A思維總結(jié) 1 合力的功對(duì)應(yīng)動(dòng)能增量 2 重力做功取決于初 末位置的高度差 3 其他力的功可利用功的表達(dá)式或動(dòng)能定理求解 變式訓(xùn)練 2 一個(gè)質(zhì)量為1kg的物體被人用手由靜止向上提升1m 這時(shí)物體的速度是2m s 則下列說法中錯(cuò)誤的是 A 手對(duì)物體做功12JB 合外力對(duì)物體做功12JC 合外力對(duì)物體做功2JD 物體克服重力做功10J B 動(dòng)能定理的應(yīng)用 如右圖所示 一質(zhì)量為2kg的鉛球從離地面2m高處自由下落 陷入沙面水平的沙坑中的深度為2cm 求沙子對(duì)鉛球的平均阻力 g取10m s2 思路點(diǎn)撥 找出全過程初末狀態(tài)的動(dòng)能及重力 阻力做功 利用功能定理列式求解 解析 解法一 分階段求解 設(shè)鉛球落到沙坑表面的速度為v 如圖所示 根據(jù)動(dòng)能定理 對(duì)自由下落過程有 答案 2020N思維總結(jié) 本題也可以應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律求解 但是過程比較繁瑣 而應(yīng)用動(dòng)能定理解題 則不必考慮物體的具體運(yùn)動(dòng)過程 只需要明確物體初 末狀態(tài)的動(dòng)能和運(yùn)動(dòng)過程中合外力的做功情況即可 特別是變力做功的情況 應(yīng)用動(dòng)能定理解題的優(yōu)越性就更加凸現(xiàn)出來了 變式訓(xùn)練 3 有一質(zhì)量為m的木塊 從半徑為r的圓弧曲面上的a點(diǎn)滑向b點(diǎn) 如圖所示 如果由于摩擦使木塊的運(yùn)動(dòng)速率保持不變 則以下敘述正確的是 A 木塊所受的合外力為零B 因木塊所受的力都不對(duì)其做功 所以合外力的功為零C 重力和摩擦力的功為零D 重力和摩擦力的合力為零 思路點(diǎn)撥 解答此類問題時(shí)應(yīng)掌握以下三點(diǎn) 1 動(dòng)能定理反映的是合外力的功和動(dòng)能變化的關(guān)系 2 速率不變 速度有可能變化 3 由功的公式可知不做功的原因有三個(gè) 一是力F為零 二是位移l為零 三是F l夾角為90 解析 物體做曲線運(yùn)動(dòng) 速度方向變化 加速度不為零 合外力不為零 A錯(cuò) 速率不變 動(dòng)能不變 由動(dòng)能定理知 合外力做功為零 支持力始終不做功 重力做正功 所以重力做的功與阻力做的功代數(shù)和為零 但重力和阻力的合力不為零 C對(duì) B D錯(cuò) 答案 C 基礎(chǔ)達(dá)標(biāo) 1 在做 探究動(dòng)能定理 的實(shí)驗(yàn)中 發(fā)現(xiàn)重力做的功總是大于重錘增加的動(dòng)能 造成這種現(xiàn)象的原因是 A 選用的重錘質(zhì)量過大B 選用的重錘質(zhì)量過小C 空氣對(duì)重錘的阻力和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)紙帶的阻力D 實(shí)驗(yàn)時(shí)操作不精細(xì) 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測量不準(zhǔn)確 解析 重錘和紙帶下落過程中要克服阻力做功 因此重力做的功要大于增加的動(dòng)能 C正確 重錘質(zhì)量的大小對(duì)阻力有影響 但不是造成上述現(xiàn)象的原因 A B錯(cuò) 答案 C 2 利用重錘下落探究外力做功與物體動(dòng)能變化的實(shí)驗(yàn)中 下面敘述正確的是 A 應(yīng)該用天平稱出物體的質(zhì)量B 應(yīng)該選用點(diǎn)跡清晰 特別是第一點(diǎn)沒有拉成長條的紙帶C 操作時(shí)應(yīng)先放紙帶再通電D 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接在電壓為4 6V的直流電源上 解析 本題考查實(shí)驗(yàn)器材的選取及正確的實(shí)驗(yàn)操作 因?yàn)橹亓ψ龅墓εc動(dòng)能變化中都含有質(zhì)量m 驗(yàn)證相等時(shí)質(zhì)量可消去 因此不需稱出物體的質(zhì)量 A錯(cuò) 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接在低壓交流電源上 D錯(cuò) 計(jì)算重力做功時(shí)用到的下落高度需從下落點(diǎn)算起 所以操作時(shí)先通電再放紙帶 C錯(cuò) 選用紙帶時(shí) 首先要求點(diǎn)跡清晰 其次是前兩點(diǎn)間距約為2mm 故B項(xiàng)正確 答案 B 3 在探究功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中作出W v2圖象如圖所示 哪一個(gè)是符合實(shí)際的 解析 實(shí)驗(yàn)證明 力做的功W與物體速度v的二次方成正比 即W v2 故作出的W v2圖象為一條過原點(diǎn)的傾斜直線 B正確 答案 B 4 在 探究外力做功與物體動(dòng)能變化 的實(shí)驗(yàn)中下列實(shí)驗(yàn)步驟操作合理的排列順序是 填寫步驟前面的字母 A 將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直安裝在鐵架臺(tái)上B 接通電源 再松開紙帶 讓重物自由下落C 取下紙帶 更換新帶重新做實(shí)驗(yàn)D 將重物固定在紙帶的一端 讓紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 用手提紙帶 E 選擇一條合適的紙帶 用刻度尺測出物體下落的高度h1 h2 h3 hn 計(jì)算出對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度v1 v2 v3 vnF 分別計(jì)算出mvn2和mghn 比較大小 尋求規(guī)律 解析 在實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先組裝實(shí)驗(yàn)器材 所以放在首位的應(yīng)該是A和D 然后開始實(shí)驗(yàn) 要保證打出下落的起點(diǎn)和保證紙帶豎直下落以減小誤差 則下一步應(yīng)選用B步驟 待下落著地后第一次實(shí)驗(yàn)結(jié)束應(yīng)取下紙帶關(guān)掉電源然后重復(fù)實(shí)驗(yàn)以獲取多組數(shù)據(jù) 所以選C 最后是數(shù)據(jù)的處理 在驗(yàn)證前要選取合適的紙帶 然后在紙帶上測出高度及對(duì)應(yīng)點(diǎn)的速度 所以最后的步驟應(yīng)為E F 故正確的實(shí)驗(yàn)順序?yàn)?A D B C E F 答案 A D B C E F 5 關(guān)于動(dòng)能定理 下列說法中正確的是 A 某過程中外力的總功等于各力做功的絕對(duì)值之和B 只要合外力對(duì)物體做功 物體的動(dòng)能就一定改變C 在物體動(dòng)能不改變的過程中 動(dòng)能定理不適用D 動(dòng)能定理只適用于受恒力作用而加速運(yùn)動(dòng)的過程 解析 公式W Ek中W為合外力做的功 也可以是各力做功的代數(shù)和 A錯(cuò)B對(duì) 動(dòng)能不變 只能說明總功W 0 動(dòng)能定理仍適用 C錯(cuò) 動(dòng)能定理既適用于恒力做功 也可適用于變力做功 D項(xiàng)錯(cuò)誤 答案 B 6 一質(zhì)量為m的小球 用長為l的輕繩懸掛于O點(diǎn) 小球在水平力F作用下 從平衡位置P點(diǎn)很緩慢地移動(dòng)到Q點(diǎn) 如右圖所示 則力F所做的功為 A mglcos B Flsin C mgl 1 cos D Flcos 解析 從P到Q小球緩慢移動(dòng)可以認(rèn)為小球的動(dòng)能未變化 即 Ek 0 設(shè)拉力F做的功為WF 則從P到Q 外力對(duì)球做的總功W WF mgl 1 cos 由動(dòng)能定理W Ek得WF mgl 1 cos 0 故WF mgl 1 cos C正確 答案 C 能力提升 7 一人用力踢質(zhì)量為1kg的靜止足球 使球以10m s的水平速度飛出 設(shè)人踢球的平均作用力為200N 球在水平方向滾動(dòng)的距離為20m 則人對(duì)球做功為 g取10m s2 A 50JB 200JC 4000JD 6000J A 8 在h高處 以初速度v0向水平方向拋出一個(gè)小球 不計(jì)空氣阻力 小球著地時(shí)速度大小為 C 9 雙選 關(guān)于運(yùn)動(dòng)物體所受的合力 合力的功 動(dòng)能的變化 下列說法正確的是 A 運(yùn)動(dòng)物體所受的合力不為零 合力必做功 物體的動(dòng)能一定要變化B 運(yùn)動(dòng)物體所受的合力為零 則物體的動(dòng)能一定不變C 運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)能保持不變 則該物體所受合力一定為零D 運(yùn)動(dòng)物體所受合力不為零 則該物體一定做變速運(yùn)動(dòng) BD 10 如右圖所示 在水平桌面上的A點(diǎn)有一個(gè)質(zhì)量為m的物體以初速度v0被拋出 不計(jì)空氣阻力 當(dāng)它到達(dá)B點(diǎn)時(shí) 其動(dòng)能為 11 一輛汽車以v1 6m s的速度沿水平路面行駛時(shí) 急剎車后能滑行s1 3 6m 如果以v2 8m s的速度行駛 在同樣路面上急剎車后滑行的距離s2應(yīng)為多少 感謝您的使用 退出請(qǐng)按ESC鍵 本小節(jié)結(jié)束 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