探究動能變化跟做功的關(guān)系(滬科版必修)

1、 學(xué)習(xí)目標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo)定位理解動能的概念，會根據(jù)動能的表達(dá)式計算物體的動能理解動能的概念，會根據(jù)動能的表達(dá)式計算物體的動能. .能從牛頓第二定律與運動學(xué)公式導(dǎo)出動能定理，理解動能從牛頓第二定律與運動學(xué)公式導(dǎo)出動能定理，理解動能定理的物理意義能定理的物理意義.能應(yīng)用動能定理解決簡單的問題能應(yīng)用動能定理解決簡單的問題.掌握探究恒力做功與物體動能變化的實驗方法掌握探究恒力做功與物體動能變化的實驗方法.學(xué)習(xí)探究區(qū)學(xué)習(xí)探究區(qū)一、動能、動能定理一、動能、動能定理二、實驗探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系二、實驗探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系一、一、動能的表達(dá)式動能的表達(dá)式1假設(shè)有一輛質(zhì)量為假設(shè)有一輛質(zhì)量為

2、m的汽車，在的汽車，在恒定的合外力恒定的合外力F作用下行駛，速度由作用下行駛，速度由v1增加到增加到v2，相應(yīng)的行駛距離為，相應(yīng)的行駛距離為s.那么，在此過程中，汽車的加速度多那么，在此過程中，汽車的加速度多大？汽車運動的速度大？汽車運動的速度v1、v2跟牽引力跟牽引力F、距離、距離s的關(guān)系是怎樣的？的關(guān)系是怎樣的？問題設(shè)計問題設(shè)計Fv1v2位移位移s答案：答案：根據(jù)牛頓第二定律有根據(jù)牛頓第二定律有Fma由運動學(xué)公式有由運動學(xué)公式有22212sa-=vv聯(lián)立，得聯(lián)立，得22211122Fsmm=-vv2從推導(dǎo)結(jié)果來看，牽引力從推導(dǎo)結(jié)果來看，牽引力F做的功等于什做的功等于什么量的變化？這個量與物

3、體的什么因素有關(guān)？么量的變化？這個量與物體的什么因素有關(guān)？答案：答案：牽引力牽引力F做的功等于物體動能的變化做的功等于物體動能的變化 物體的動能與物體的質(zhì)量、速度有關(guān)物體的動能與物體的質(zhì)量、速度有關(guān)要點提煉要點提煉動能的瞬時性：動能的瞬時性：2k12Emv= 物體動能的大小與物體瞬時速度的大小相對應(yīng)，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)量是一個狀態(tài)量動能的標(biāo)矢性：動能的標(biāo)矢性： 動能是標(biāo)量，只有大小沒有方向，且總大于動能是標(biāo)量，只有大小沒有方向，且總大于(v0時時)或等于零或等于零(v0時時)，不可能小于零，不可能小于零(無負(fù)值無負(fù)值)運算過程中無需考運算過程中無需考慮速度方向

4、慮速度方向動能的動能的相對相對性：性： 對于不同的參考系，物體的速度不同，則物體的對于不同的參考系，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動能也不同沒有特別指明時，都是以地面為參考系要點提煉要點提煉W的含義的含義：包含重力在內(nèi)包含重力在內(nèi)的所有外力所做功的的所有外力所做功的 .W與與Ek的關(guān)系的關(guān)系：合力做功是引起物體：合力做功是引起物體動能變化動能變化的原因的原因代數(shù)和代數(shù)和如果合力對物體做如果合力對物體做 ，物體的動能增加；如果合力對物體做，物體的動能增加；如果合力對物體做 ，物體的動能減少；如果合力對物體不做功，物體的動能物體的動能減少；如果合力對物體不做功

5、，物體的動能 動能定理的實質(zhì)：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變可由合外力做功來度量.W表示這個過程中表示這個過程中合力做的功合力做的功其中其中 表示一個過程的末動能，表示一個過程的末動能， 表示這個過程的初動能表示這個過程的初動能2k1112Em=v2k2212Em=v正功正功負(fù)功負(fù)功不變不變延伸思考延伸思考質(zhì)量為質(zhì)量為m的物體做勻減速直線運動，某時刻速度為的物體做勻減速直線運動，某時刻速度為v1，經(jīng)過一段時間后速，經(jīng)過一段時間后速度變?yōu)槎茸優(yōu)関1.請思考并討論以下問題：請思考并討論以下問題：(1)寫出物體在寫出

6、物體在A、B點時的動能點時的動能(2)物體由物體由A到到B的過程中，動能的變化量是多少？的過程中，動能的變化量是多少？2k12Em=v2k12AEm=v答案答案：（1）A點點動能動能22k1122()BEmm=-=vvB點點動能動能22k211122Emm=vv（2）22k11220BAEmm=vv返回返回二、實驗探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系二、實驗探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系，需要測量不同的力在不同的過程探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系，需要測量不同的力在不同的過程中做的功和對應(yīng)的物體動能的變化量，這就需要測出物體的受力、力作中做的功和對應(yīng)的物體動能的

7、變化量，這就需要測出物體的受力、力作用的距離和這段距離上物體的初、末速度以及物體的質(zhì)量等物理量，其用的距離和這段距離上物體的初、末速度以及物體的質(zhì)量等物理量，其中比較難測量的是物體在各個位置的速度，可借助光電門較準(zhǔn)確地測出，中比較難測量的是物體在各個位置的速度，可借助光電門較準(zhǔn)確地測出，也可借助紙帶和打點計時器來測量也可借助紙帶和打點計時器來測量用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行探究用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行探究裝置如圖所示，所使用的器材有裝置如圖所示，所使用的器材有氣墊導(dǎo)軌、滑塊、計時器、氣源、氣墊導(dǎo)軌、滑塊、計時器、氣源、刻度尺、細(xì)繩、鉤碼等刻度尺、細(xì)繩、鉤碼等二、實驗探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系二、實驗探究恒力做功

8、與物體動能變化的關(guān)系(1)用天平測出滑塊的質(zhì)量用天平測出滑塊的質(zhì)量m.(2)按圖所示安裝實驗裝置按圖所示安裝實驗裝置(3)平衡摩擦力平衡摩擦力，將氣墊導(dǎo)軌，將氣墊導(dǎo)軌(或長木板或長木板)沒有滑輪的一端適當(dāng)抬高，輕推沒有滑輪的一端適當(dāng)抬高，輕推 滑塊，使滑塊能做勻速運動滑塊，使滑塊能做勻速運動(4)讓滑塊通過細(xì)繩連接鉤碼讓滑塊通過細(xì)繩連接鉤碼(或小沙桶或小沙桶)，使鉤碼，使鉤碼(或小沙桶或小沙桶)的質(zhì)量遠(yuǎn)小的質(zhì)量遠(yuǎn)小 于滑塊的質(zhì)量，滑塊在細(xì)線的拉力作用下做勻加速運動，由于鉤碼于滑塊的質(zhì)量，滑塊在細(xì)線的拉力作用下做勻加速運動，由于鉤碼 (或小沙桶或小沙桶)質(zhì)量很小，可以認(rèn)為滑塊所受質(zhì)量很小，可以認(rèn)

9、為滑塊所受拉力拉力F的大小等于鉤碼的大小等于鉤碼(或小或小 沙桶沙桶)所受重力的大小所受重力的大小(5)釋放滑塊，滑塊在細(xì)繩的拉力作用下運動，用光電門釋放滑塊，滑塊在細(xì)繩的拉力作用下運動，用光電門(或打點計時器或打點計時器) 記錄滑塊的運動情況，求出滑塊的速度記錄滑塊的運動情況，求出滑塊的速度v1和和v2(若分析滑塊從靜止開始若分析滑塊從靜止開始 的運動，的運動，v10)，并測出滑塊相應(yīng)的位移，并測出滑塊相應(yīng)的位移s.(6)驗證驗證Fs ，在誤差允許范圍內(nèi)成立即可，在誤差允許范圍內(nèi)成立即可22211122mmvv一、對動能和動能定理的理解一、對動能和動能定理的理解典例精析典例精析例例1 1關(guān)于

10、動能、動能定理，下關(guān)于動能、動能定理，下列說法正確的是列說法正確的是()A一定質(zhì)量的物體，動能變化一定質(zhì)量的物體，動能變化 時，速度一定變化，但速度變時，速度一定變化，但速度變 化時，動能不一定變化化時，動能不一定變化B動能不變的物體，一定處于動能不變的物體，一定處于 平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)C合力做正功，物體動能可能合力做正功，物體動能可能 減小減小D運動物體所受的合外力為零，運動物體所受的合外力為零， 則物體的動能肯定不變則物體的動能肯定不變AD返回返回2k12Em=v矢量矢量標(biāo)量標(biāo)量變化變化變化變化vv動能不變動能不變速度方向可以發(fā)生變化速度方向可以發(fā)生變化動能增加動能增加做功為做功為0 0動能

11、不變動能不變例例2 起重機(jī)鋼索吊著質(zhì)量起重機(jī)鋼索吊著質(zhì)量m1.0103 kg的物體，以的物體，以a2 m/s2的加速度由靜止豎直向上提升的加速度由靜止豎直向上提升了了5 m，物體的動能增加了多少？，物體的動能增加了多少？(g取取10 m/s2)典例精析典例精析二、動能定理的簡單應(yīng)用二、動能定理的簡單應(yīng)用返回返回Fmg由動能定理可知：由動能定理可知：EkW合合 由由牛頓第二定律，牛頓第二定律，F(xiàn)mgma W合合F合合h EkF合合hmah1.0104 J典例精析典例精析三、實驗探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系三、實驗探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系例例3 某實驗小組利用拉力傳感器和速度傳感器探究

12、某實驗小組利用拉力傳感器和速度傳感器探究“動能定理動能定理”如圖所示，如圖所示，他們將拉力傳感器固定在小車上，用不可伸長的細(xì)線將其通過一個定滑輪他們將拉力傳感器固定在小車上，用不可伸長的細(xì)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50.0 cm的的A、B兩點各安裝一個速度傳感器，記錄小車通過兩點各安裝一個速度傳感器，記錄小車通過A、B時的速度時的速度大小小車中可以放置砝碼大小小車中可以放置砝碼(1)實驗主要步驟如下：實驗主要步驟如下：測量測量_和拉力傳感器的總質(zhì)量和拉力傳感器的總質(zhì)量M1；把細(xì)

13、；把細(xì)線的一端固定在拉力傳感器上，另一端通過定滑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；正確連接所需電路輪與鉤碼相連；正確連接所需電路將小車停在將小車停在C點，接通電源，點，接通電源，_，小車，小車在細(xì)線拉動下運動，記錄細(xì)線拉力及小車通過在細(xì)線拉動下運動，記錄細(xì)線拉力及小車通過A、B時的速度時的速度在小車中增加砝碼，重復(fù)在小車中增加砝碼，重復(fù)的操作的操作測量合外力測量合外力測量始末速度測量始末速度研究對象研究對象小車小車后釋放小車后釋放小車22211122FsMMvv典例精析典例精析三、實驗探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系三、實驗探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系例例3 某實驗小

14、組利用拉力傳感器和速度傳感器探究某實驗小組利用拉力傳感器和速度傳感器探究“動能定理動能定理”如圖所示，如圖所示，他們將拉力傳感器固定在小車上，用不可伸長的細(xì)線將其通過一個定滑輪他們將拉力傳感器固定在小車上，用不可伸長的細(xì)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50.0 cm的的A、B兩點各安裝一個速度傳感器，記錄小車通過兩點各安裝一個速度傳感器，記錄小車通過A、B時的速度時的速度大小小車中可以放置砝碼大小小車中可以放置砝碼(2)表表1是他們測得的一組數(shù)據(jù)，其是他們測得的一組數(shù)據(jù)，其中中M是是

15、M1與小車中砝碼質(zhì)量之和，與小車中砝碼質(zhì)量之和，|v22v12|是兩個速度傳感器所記錄是兩個速度傳感器所記錄速度的平方差，可以據(jù)此計算出動速度的平方差，可以據(jù)此計算出動能變化量能變化量Ek，F(xiàn)是拉力傳感器受到是拉力傳感器受到的拉力，的拉力，W是是F在在A、B間所做的間所做的功表格中的功表格中的Ek3_，W3_.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字結(jié)果保留三位有效數(shù)字)次次數(shù)數(shù)M/kg |v22v12|/(m/s)2Ek/JF/NW/J10.5000.7600.190 0.400 0.20020.5001.6500.413 0.840 0.42030.5002.400Ek1.220W341.0002.4001

16、.200 2.420 1.21051.0002.8401.420 2.860 1.430測量合外力測量合外力測量始末速度測量始末速度22211122F xMMvv22k32111220.600JEMMvv30.610JWFs0.600J0.610J典例精析典例精析三、實驗探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系三、實驗探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系例例3 某實驗小組利用拉力傳感器和速度傳感器探究某實驗小組利用拉力傳感器和速度傳感器探究“動能定理動能定理”如圖所示，如圖所示，他們將拉力傳感器固定在小車上，用不可伸長的細(xì)線將其通過一個定滑輪他們將拉力傳感器固定在小車上，用不可伸長的細(xì)線將其通過一個定滑輪

17、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50.0 cm的的A、B兩點各安裝一個速度傳感器，記錄小車通過兩點各安裝一個速度傳感器，記錄小車通過A、B時的速度時的速度大小小車中可以放置砝碼大小小車中可以放置砝碼返回返回(3)根據(jù)表根據(jù)表1在圖中作出在圖中作出EkW圖圖線線次次數(shù)數(shù)M/kg |v22v12|/(m/s)2Ek/JF/NW/J10.5000.7600.190 0.400 0.20020.5001.6500.413 0.840 0.42030.5002.400Ek1.220W341.0002.4001.2

18、00 2.420 1.21051.0002.8401.420 2.860 1.430描點描點法法畫圖像畫圖像課堂要點小結(jié)課堂要點小結(jié)動動能能和和動動能能定定理理動能：動能：動能定理動能定理Ekmv2/2理解：瞬時性、標(biāo)量理解：瞬時性、標(biāo)量WEkW與與Ek的關(guān)系的關(guān)系合外力做正功，動能增加，合外力做正功，動能增加，Ek為正值為正值合外力做負(fù)功，動能減少，合外力做負(fù)功，動能減少，Ek為負(fù)值為負(fù)值返回返回探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系自我檢測區(qū)自我檢測區(qū)12341 1(對動能的理解對動能的理解)在水平路面上，在水平路面上，有一輛以有一輛以36 km/h行駛的客車，在

19、行駛的客車，在車廂后座有一位乘客甲，把一個車廂后座有一位乘客甲，把一個質(zhì)量為質(zhì)量為4 kg的行李以相對客車的行李以相對客車5 m/s的速度拋給前方座位的另一的速度拋給前方座位的另一位乘客乙，則行李的動能是位乘客乙，則行李的動能是()A500 J B200 JC450 J D900 JC12342k12Emv=對地速度對地速度=36 km/h=10 m/s車v=5m/s相對v=+=10 m/s+5m/s=15m/s地相對車vvv21=4150 J=245創(chuàng)2 2(對動能定理的理解對動能定理的理解)關(guān)于運動物體關(guān)于運動物體所受的合外力、合外力做的功、物體所受的合外力、合外力做的功、物體動能的變化，

20、下列說法正確的是動能的變化，下列說法正確的是()A運動物體所受的合外力不為零，運動物體所受的合外力不為零， 合外力必做功，物體的動能肯定合外力必做功，物體的動能肯定 要變化要變化B運動物體所受的合外力為零，則運動物體所受的合外力為零，則 物體的動能肯定不變物體的動能肯定不變C運動物體的動能保持不變，則該運動物體的動能保持不變，則該 物體所受合外力一定為零物體所受合外力一定為零D運動物體所受合外力不為零，則運動物體所受合外力不為零，則 該物體一定做變速運動，其動能該物體一定做變速運動，其動能 要變化要變化B1234cosWFl=0l =90=0W =cos=0WFl=k0WE=0F 12343(

21、動能定理的應(yīng)用動能定理的應(yīng)用)一架噴氣式飛一架噴氣式飛機(jī)，質(zhì)量機(jī)，質(zhì)量m5.0103 kg，起飛過，起飛過程中從靜止開始運動當(dāng)位移達(dá)到程中從靜止開始運動當(dāng)位移達(dá)到s5.3102 m時，速度達(dá)到起飛速時，速度達(dá)到起飛速度度v60 m/s，在此過程中飛機(jī)受到，在此過程中飛機(jī)受到的平均阻力是飛機(jī)重力的的平均阻力是飛機(jī)重力的0.02倍求飛機(jī)受到的平均牽引力倍求飛機(jī)受到的平均牽引力(g取取10 m/s2)0v=fF60 m/sv =s5.3102 m根據(jù)動能定理，有：根據(jù)動能定理，有：212Fsfsm =vfkmg=41.810 NF 12344 4(探究恒力做功與物體動能變化探究恒力做功與物體動能變化

22、)質(zhì)量為質(zhì)量為1 kg的重物自由下落，通過打點計的重物自由下落，通過打點計時器在紙帶上記錄運動的過程，打點計時器所接電源為時器在紙帶上記錄運動的過程，打點計時器所接電源為6 V、50 Hz的交流電的交流電源如圖所示，紙帶上源如圖所示，紙帶上O點為重物自由下落時紙帶打點的起點，選取的計數(shù)點為重物自由下落時紙帶打點的起點，選取的計數(shù)點點A、B、C、D、E、F、G依次間隔一個點依次間隔一個點(圖中未畫出圖中未畫出)，紙帶上的數(shù)據(jù)表，紙帶上的數(shù)據(jù)表示各計數(shù)點與示各計數(shù)點與O點間的距離點間的距離(1)求出求出B、C、D、E、F各點對應(yīng)的速度并填入下表各點對應(yīng)的速度并填入下表計數(shù)點計數(shù)點BCDEF速度速度/(ms1) 時刻的速度等于 內(nèi)平均速度2tt3(125.431.4) 10m/s40.01.182 m/sBACtv同理同理 vC1.57 m/s，vD1.96 m/s，vE2.35 m/s，vF2.74 m/s1.181.571.962.35 2.7412344 4(探究恒力做功與物體動能變化探究恒力做功與物體動能變化)質(zhì)量為質(zhì)量為1 kg的重物自由下落，通過打點計的重物自由下落，通過打點計時器在紙帶上記錄運動的過程，打點計時器所接電源為時器在紙帶上記錄運動的過程，打點計時器所接電源為6 V、50 Hz的交流電的交流電源如圖所示，紙帶上源如圖所示，紙帶上O點為重物自由下落