高一物理課件（廣東專用）：第四章 第三節(jié)《探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系》（粵教必修二）

歡迎進入物理課堂 第三節(jié)探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系 動能定理 合外力 動能 1 動能定理 對物體所做的功等于物體 的 變化 Ek2 Ek1 Ek 2 表達式 W 或W 3 當(dāng)外力對物體做正功時 末動能 初動能 當(dāng)外 力對物體做負功時 末動能 初動能 大于 小于 4 合外力做的功 1 包括重力在內(nèi)的所有外力做的功 2 W0 W1 W2 Wn W0為合力做的功 Wn n 1 2 為分力做的功 要點1 動能定理的實驗探究 1 實驗研究 探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系 1 實驗器材 電火花打點計時器 紙帶 重錘 鐵架臺 鉤碼 夾子 刻度尺 學(xué)生電源 導(dǎo)線若干 2 實驗步驟 A 按圖4 3 1所示 把打點計時器安裝在鐵架臺上 并接好電路 圖4 3 1 F 利用公式vn B 紙帶的一端用夾子固定在重錘上 另一端穿過打點計時器的限位孔 豎直提起紙帶使重錘靠近打點計時器 用夾子把紙帶上端夾住 C 先接通打點計時器的電源 待穩(wěn)定后 釋放紙帶 讓 重錘自由下落 打點計時器在紙帶上打點 D 重復(fù)幾次 3 5次 挑選出點跡清晰的紙帶用來分析 E 在選取紙帶中 選取點跡間距較大的點 并標(biāo)上0 1 2 3 4 量出各點到0點的距離h1 h2 h3 求出各點的速度大小 G 并求出相鄰兩點間重錘動能的增量 Ek和重錘重力做的 功W H 比較重力所做的功W和動能增量 Ek的關(guān)系 得出結(jié) 論 結(jié)論 在誤差范圍內(nèi) 重力所做的功等于物體動能的增量 2 理論分析與論證 如圖4 3 2所示 設(shè)物體的質(zhì)量為m 在與運動方向相同的恒定外力F的作用下發(fā)生一段位移s 速度由v1增加到v2 已知物體與水平面間的摩擦力恒為f 由牛頓定律得W合 F合s 圖4 3 2 理論分析表明 合外力對物體所做的功等于物體動能的變 化 這個結(jié)論叫做動能定理 例1 請用卷尺一把 彈簧測力計一個 鋼球一個 帶小孔 重錘 復(fù)寫紙和白紙 設(shè)計一個實驗 測量你水平拋出鋼球時對鋼球所做的功 并寫出實驗步驟 解析 用卷尺可測出鋼球拋出點與落地點的水平距離和豎直高度 根據(jù)平拋運動的規(guī)律可求得拋出點的初速度 由動能定理 可求得對鋼球所做的功 5 在鋼球拋出點懸掛重錘 用卷尺沿鉛垂線方向測出鋼球拋出點離地面的高度h 并用卷尺測出重錘在地面的投影點與外切圓圓心的距離s 即鋼球做平拋運動的水平距離 6 用彈簧測力計懸掛鋼球使之處于靜止?fàn)顟B(tài) 讀出測力計 1 2011年佛山一中期末 某實驗小組利用拉力傳感器和速度傳感器探究 動能定理 如圖4 3 3所示 他們將拉力傳感器固定在小車上 用不可伸長的細線將其通過一個定滑輪與鉤碼相連 用拉力傳感器記錄小車受到拉力的大小 在水平桌面上相距50 0cm的A B兩點各安裝一個速度傳感器記錄小車通過A B時的速度大小 小車中可以放置砝碼 圖4 3 3 1 實驗主要步驟如下 測量小車和拉力傳感器的總質(zhì)量M1 把細線的一端固定在拉力傳感器上 另一端通過定滑輪與鉤碼相連 正確連接所需電路 將小車停在C點 然后釋放小車 小車在細線拉動下運 動 記錄 A A 細線拉力及小車通過A B時的速度B 鉤碼的質(zhì)量和小車的質(zhì)量C 鉤碼的質(zhì)量及小車通過A B時的速度D 小車的質(zhì)量和細線的長度 在小車中增加砝碼 或減少砝碼 重復(fù)步驟 的操作 0 600 0 610 果保留三位有效數(shù)字 表1數(shù)據(jù)記錄表 2 表1是他們測得的一組數(shù)據(jù) 其中M是M1與小車中砝碼質(zhì)量m之和 是兩個速度傳感器記錄速度的平方差 可以據(jù)此計算出動能變化量 E F是拉力傳感器受到的拉力 W是F在A B間所做的功 表格中 E3 W3 3 根據(jù)表1提供的數(shù)據(jù) 請在圖4 3 4中作出 E W圖線 圖10 圖4 3 4 解 如圖10所示 要點2 動能定理的理解與應(yīng)用 1 對動能定理的理解 1 W為物體所受外力的總功 包括物體所受重力 2 動能定理揭示了合外力對物體做功與物體動能的變化之間的因果聯(lián)系和定量關(guān)系 定理表明 合外力對物體做了多少功 物體的動能就增加 減少 多少 合外力做正功 物體的動能增加 合外力做負功 物體的動能減少 3 適用條件 動能定理雖然是在物體受恒力作用沿直線做勻加速直線運動的情況下推導(dǎo)出來的 但是對于外力是變力或物體做曲線運動 動能定理都成立 2 優(yōu)越性 1 對于變力作用或曲線運動 動能定理提供了一種計算變力做功的簡便方法 功的計算公式W Fscos 只能求恒力做的功 不能求變力做的功 而由于動能定理提供了一個物體的動能變化 Ek與合外力對物體所做功具有等量代換關(guān)系 因此已知 或求出 物體動能變化 Ek Ek2 Ek1 就可以間接求得變力做的功 2 與用牛頓定律解題的比較 3 運用動能定理解題的一般步驟 1 明確研究對象和運動過程 2 分析過程中力做功情況 3 明確初 末狀態(tài)的動能 4 列方程 并求解 例2 一鉛球運動員 奮力一推 將8kg的鉛球推出10m遠 鉛球落地后將地面擊出一坑 有經(jīng)驗的專家根據(jù)坑的深度形狀認為鉛球落地的速度大約是12m s 若鉛球出手時的高度是2m 求推球過程中運動員對球做的功大約是多少 g取10m s2 對運動員推鉛球的過程應(yīng)用動能定理 推力是對鉛球的合 力 則人對球做的功為 代入數(shù)據(jù)解得W人 416J 方法二 全過程法 對人開始推鉛球到鉛球落地整個過程應(yīng)用動能定理得 2 如圖4 3 5所示 在高為H的平臺上以初速v0拋出一個質(zhì)量為m的小球 不計空氣阻力 當(dāng)它到達離拋出點的豎 D 直距離為h的B點時 小球的動能增量為 圖4 3 5 3 一個質(zhì)量為m的小球 用長為l的輕繩懸掛于O點 小球在水平拉力F作用下 從平衡位置P點很緩慢地移動到Q 點 如圖4 3 6所示 則拉力F所做的功為 C A mglcos B Flcos C mgl 1 cos D mglcos 解析 題中 很緩慢地移動 的隱含條件是速度大小不變 由動能定理有WF mgl 1 cos 0 WF mgl 1 cos 圖4 3 6 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