高中物理3.1探究動(dòng)能變化跟做功的關(guān)系學(xué)案滬科版必修2

--9-學(xué)案1探究動(dòng)能變化跟做功的關(guān)系［學(xué)習(xí)目標(biāo)定位］1.理解動(dòng)能的概念，會(huì)根據(jù)動(dòng)能的表達(dá)式計(jì)算物體的動(dòng)能 .2.能從牛頓第二定律與運(yùn)動(dòng)學(xué)公式導(dǎo)出動(dòng)能定理，理解動(dòng)能定理的物理意義 .3.能應(yīng)用動(dòng)能定理解決簡單的問題.4.掌握探究恒力做功與物體動(dòng)能變化的實(shí)驗(yàn)方法.溫就追本溯源推陳方可卸新知識(shí)，儲(chǔ)備區(qū)溫就追本溯源推陳方可卸新一、動(dòng)能、動(dòng)能定理1.動(dòng)能19 19(1)定義：物理學(xué)中把/mV叫做物體的動(dòng)能，即0=2mV.(2)單位：在國際單位制中，動(dòng)能的單位是焦耳，簡稱焦,符號(hào)是J.2.動(dòng)能定理(1)內(nèi)容：外力對物體所做的功等于物體動(dòng)能的增量.(2)表達(dá)式：WAR.二、實(shí)驗(yàn)探究：恒力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)(如圖1):氣班早就中到/尺］L 三心.圖1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..研究計(jì)劃：(1)直接驗(yàn)證：逐一比較力對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)W2mV,由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出Wv2的圖像，研究圖像找出W與v2、Wfm的關(guān)系.基期自學(xué)簫實(shí)市點(diǎn)甘動(dòng)探究學(xué)習(xí)?探究區(qū)基期自學(xué)簫實(shí)市點(diǎn)甘動(dòng)探究一、動(dòng)能、動(dòng)能定理［問題設(shè)計(jì)］.假設(shè)有一輛質(zhì)量為m的汽車，在不變的牽引力F作用下行駛，速度由V1增加到V2,相應(yīng)的行駛距離為s.那么，在此過程中，汽車的加速度多大？汽車運(yùn)動(dòng)的速度 V1、V2跟牽引力F、距離s的關(guān)系是怎樣的？答案根據(jù)牛頓第二定律有F=ma2由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有a=v22s ，一一， 1 2 1 2由此可得vi、V2與F、s的關(guān)系為Fs=2m\2—2mv.2.從推導(dǎo)結(jié)果來看，牽引力 F做的功等于什么量的變化？這個(gè)量與物體的什么因素有關(guān)？答案牽引力F做的功等于物體動(dòng)能的變化.物體的動(dòng)能與物體的質(zhì)量、速度有關(guān).［要點(diǎn)提煉］.動(dòng)能(1)動(dòng)能的表達(dá)式：E=2mV.(2)對動(dòng)能的理解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，只有大小沒有方向，且總大于 (vwo時(shí))或等于零(v=0時(shí))，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(dòng)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(dòng)能也不同.沒有特別指明時(shí)，都是以地面為參考系..動(dòng)能定理⑴表達(dá)式：WW=&-Ek1=A&... 1O 1O 其中02=2mv表布一個(gè)過程的末動(dòng)能， &=2mv表木這個(gè)過程的初動(dòng)能. W成小這個(gè)過程中合力做的功.(2)關(guān)于動(dòng)能定理的幾點(diǎn)說明①W的含義：所有外力所做功的代數(shù)和.②W與AR的關(guān)系：合力做功是引起物體動(dòng)能變化的原因.如果合力對物體做正功，物體的動(dòng)能增加；如果合力對物體做負(fù)功，物體的動(dòng)能減少;如果合力對物體不做功，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度量.［延伸思考］質(zhì)量為m的物體做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，某時(shí)刻速度為 V1,經(jīng)過一段時(shí)間后速度變?yōu)?V1.請思考并討論以下問題：⑴寫出物體在AB點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能.(2)物體由A到B的過程中，動(dòng)能的變化量是多少？答案(1)Ea=2mv2,EkB=2mv2(2)AE=Eb—Ea=0二、實(shí)驗(yàn)探究恒力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系.探究思路探究恒力做功與物體動(dòng)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(dòng)能的變化量，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，其中比較難測量的是物體在各個(gè)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(diǎn)計(jì)時(shí)器來測量..實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行探究裝置如圖2所示，所使用的器材有氣墊導(dǎo)軌、滑塊、計(jì)時(shí)器、氣源、刻度尺、細(xì)繩、鉤碼等.氣他導(dǎo)軌」膽:的時(shí)%塊網(wǎng)-二—匚_@加旗工磔通氣源I; I鉤玷W [圖2.實(shí)驗(yàn)步驟（1）用天平測出滑塊的質(zhì)量m（2）按圖2所示安裝實(shí)驗(yàn)裝置.（3）平衡摩擦力，將氣墊導(dǎo)軌（或長木板）沒有滑輪的一端適當(dāng)抬高，輕推滑塊，使滑塊能做勻速運(yùn)動(dòng).（4）讓滑塊通過細(xì)繩連接鉤碼（或小沙桶），使鉤碼（或小沙桶）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(yùn)動(dòng)， 由于鉤碼（或小沙桶）質(zhì)量很小，可以認(rèn)為滑塊所受拉力F的大小等于鉤碼（或小沙桶）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(yùn)動(dòng)， 用光電門（或打點(diǎn)計(jì)時(shí)器）記錄滑塊的運(yùn)動(dòng)情況，求出滑塊的速度vi和V2（若分析滑塊從靜止開始的運(yùn)動(dòng)， vi=0）,并測出滑塊相應(yīng)的位移s.1o1O （6）驗(yàn)證Fs=2mv—2mv,在反差允許氾圍內(nèi)成立即可.、典例精析一、對動(dòng)能定理的理解^11關(guān)于動(dòng)能、動(dòng)能定理，下列說法正確的是 （ ）A.一定質(zhì)量的物體，動(dòng)能變化時(shí)，速度一定變化，但速度變化時(shí)，動(dòng)能不一定變化B.動(dòng)能不變的物體，一定處于平衡狀態(tài)C.合力做正功，物體動(dòng)能可能減小D.運(yùn)動(dòng)物體所受的合外力為零，則物體的動(dòng)能肯定不變解析一定質(zhì)量的物體，動(dòng)能變化時(shí)，物體的速度大小一定變化，所以速度一定變化；速度變化時(shí)，物體的速度大小不一定變化，所以動(dòng)能不一定變化， A項(xiàng)正確；動(dòng)能不變的物體，速度方向可能改變，不一定處于平衡狀態(tài)， B項(xiàng)錯(cuò)誤；合力做正功時(shí)，動(dòng)能肯定增加，合力做功為零時(shí)，動(dòng)能肯定不變， C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確.答案AD二、動(dòng)能定理的簡單應(yīng)用【例2】起重機(jī)鋼索吊著質(zhì)量mr1.0X103kg的物體，以a=2m/s2的加速度由靜止豎直向上提升了5m,物體的動(dòng)能增加了多少？ (g取10m/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物體所做的功，則：△E=W由F合=maWF合?h得：A&=F合?h=ma-h=1.0x103x2x5J=1.0X104J即物體的動(dòng)能增加了1.0x104J.答案1.0X104J三、實(shí)驗(yàn)探究恒力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系【例3】某實(shí)驗(yàn)小組利用拉力傳感器和速度傳感器探究“恒力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系”.如圖3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(gè)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AB兩點(diǎn)各安裝一個(gè)速度傳感器，記錄小車通過 AB時(shí)的速度大小.小車中可以放置祛碼.圖3(1)實(shí)驗(yàn)主要步驟如下：①測量和拉力傳感器的總質(zhì)量 M;把細(xì)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.②將小車停在C點(diǎn)，接通電源，，小車在細(xì)線拉動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，記錄細(xì)線拉力及小車通過A、B時(shí)的速度.③在小車中增加祛碼，重復(fù)②的操作.(2)表1是他們測得的一組數(shù)據(jù)，其中 M是M與小車中祛碼質(zhì)量之和，|v2—v1|是兩個(gè)速度傳感器所記錄速度的平方差，可以據(jù)此計(jì)算出動(dòng)能變化量 AE,F是拉力傳感器受到的拉力， W是F在AB間所做的功.表格中的A&=,W=.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)表1數(shù)據(jù)記錄表次數(shù)Mkg|V22—vi2|/(m/s) 2AE/JF/NWJ10.5000.7600.1900.4000.20020.5001.6500.4130.8400.420

30.5002.400A&1.220W41.0002.4001.2002.4201.21051.0002.8401.4202.8601.4300.400 ■ -0.200 ■ 1膩隧/段玳供0'答案（1）①小車 ②然后釋放小車 （2）0.600 0.610 （3）如圖所示A￡7JfGA飛,氣仍、工氣產(chǎn)GA飛,氣仍、工氣產(chǎn)探究功能變化“做功的關(guān)系自我?檢測區(qū)松則學(xué)習(xí)史里體驗(yàn)成功快樂.（探究功能變化“做功的關(guān)系自我?檢測區(qū)松則學(xué)習(xí)史里體驗(yàn)成功快樂.（對動(dòng)能白^理解）在水平路面上，有一輛以把一個(gè)質(zhì)量為4kg的行李以相對客車5m/s動(dòng)能是（ ）A.500JB.200JC.450JD.900J答案C36km/h行駛的客車，在車廂后座有一位乘客甲,的速度拋給前方座位的另一位乘客乙，則行李的?課堂要點(diǎn)小結(jié)動(dòng)能沖上MI理斛：瞬時(shí)性、標(biāo)信［U-AFt［合外力做正功,動(dòng)能增加，動(dòng)能定理｛W與&RI為正值的關(guān)系［會(huì)外力做負(fù)功，動(dòng)能減少,△此為負(fù)值［探究恒力做功與物體動(dòng)傕變化的關(guān)系1 2斛析仃李相對地面的速度v=v車+v相對=15m/s,所以仃李的動(dòng)能E<=-mv=450J,選項(xiàng)C正確.2.（對動(dòng)能定理的理解）關(guān)于運(yùn)動(dòng)物體所受的合外力、合外力做的功、物體動(dòng)能的變化，下列說法正確的是（ ）A.運(yùn)動(dòng)物體所受的合外力不為零，合外力必做功，物體的動(dòng)能肯定要變化B.運(yùn)動(dòng)物體所受的合外力為零，則物體的動(dòng)能肯定不變C.運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)能保持不變，則該物體所受合外力一定為零D.運(yùn)動(dòng)物體所受合外力不為零，則該物體一定做變速運(yùn)動(dòng)，其動(dòng)能要變化答案B解析關(guān)于運(yùn)動(dòng)物體所受的合外力、合外力做的功、物體動(dòng)能的變化三者之間的關(guān)系有下列三個(gè)要點(diǎn)：（1）若運(yùn)動(dòng)物體所受合外力為零，則合外力不做功 （或物體所受外力做功的代數(shù)和必為零 ），物體的動(dòng)能絕對不會(huì)發(fā)生變化.（2）物體所受合外力不為零，物體必做變速運(yùn)動(dòng)，但合外力不一定做功；合外力不做功，則物體動(dòng)能不變.（3）物體的動(dòng)能不變，一方面表明物體所受的合外力不做功；同時(shí)表明物體的速率不變 （速度的方向可以不斷改變）.根據(jù)上述三個(gè)要點(diǎn)不難判斷，本題只有選項(xiàng) B是正確的.3.（動(dòng)能定理的簡單應(yīng)用）一架噴氣式飛機(jī)，質(zhì)量m5.0X103kg,起飛過程中從靜止開始運(yùn)動(dòng).當(dāng)位移達(dá)到s=5.3XI02m時(shí)，速度達(dá)到起飛速度v=60m/s,在此過程中飛機(jī)受到的平均阻力是飛機(jī)重力的0.02倍.求飛機(jī)受到的平均牽引力. （g取10m/s2）答案1.8X104N一 1c解析飛機(jī)的初動(dòng)能&=0,末動(dòng)能E<2=2mv;合力F做的功W=Fs.根據(jù)動(dòng)能定理，有：1 2Fs=2mv—0合力F為平均牽引力F牽與平均阻力F阻之差，而阻力與重力的關(guān)系為F阻=kmg（其中k=0.02）,所以F=F牽一kmg2代入上式后解出F牽二黃+kmg把數(shù)據(jù)代入后解得：F牽=1.8x104N所以飛機(jī)所受的平均牽引力是 1.8X104N.4.（探究恒力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系 ）質(zhì)量為1kg的重物自由下落，通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上記錄運(yùn)動(dòng)的過程，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接電源為 6V、50Hz的交流電源.如圖4所示，紙帶

ABGDE、FABGDE、F、G依次間隔個(gè)點(diǎn)（圖中未畫出），紙帶上的數(shù)據(jù)表示各計(jì)數(shù)點(diǎn)與 O點(diǎn)間的距離.OA8CDEFG)???????*■■\1L4Wj6125J2I2J掩3M5011J單粒：min計(jì)數(shù)點(diǎn)BCDEF功/J5中作出重物重力做的功與重物速度的平方之間的關(guān)系圖像.圖中而齊"甘sr:.r?M?1?，■?*■"■■■加?■■■-

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