第三節(jié)-探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系課件

第三節(jié)探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系10/8/2023第三節(jié)探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系10/8/20231

核心要點(diǎn)突破課堂互動講練知能優(yōu)化訓(xùn)練課前自主學(xué)案第三節(jié)探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系課標(biāo)定位10/8/2023 核心要點(diǎn)突破課堂互動講練知能優(yōu)化訓(xùn)練課前自主學(xué)案第三節(jié)探2課標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.會用實(shí)驗(yàn)的方法來探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系，并能用牛頓第二定律和運(yùn)動學(xué)公式推導(dǎo)動能定理．2．理解動能定理的內(nèi)容，并能用動能定理分析、計(jì)算有關(guān)問題．重點(diǎn)難點(diǎn)：1.動能定理的應(yīng)用．2．探究外力做功與動能變化之間的關(guān)系．10/8/2023課標(biāo)定位10/8/20233課前自主學(xué)案一、實(shí)驗(yàn)與探究1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄客饬ψ龉εc物體動能變化的關(guān)系．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＝________.mghAB10/8/2023課前自主學(xué)案一、實(shí)驗(yàn)與探究mghAB10/8/20234動能變化為ΔEk＝_________________驗(yàn)證WG與ΔEk的關(guān)系．3．實(shí)驗(yàn)器材：鐵架臺(帶鐵夾)、__________________、________、重物、紙帶、電源等．4．實(shí)驗(yàn)步驟(1)按圖4－3－1把打點(diǎn)計(jì)時器安裝在鐵架臺上，用導(dǎo)線把打點(diǎn)計(jì)時器與電源連接好．電火花打點(diǎn)計(jì)時器刻度尺10/8/2023動能變化為ΔEk＝_________________電火花打5圖4－3－110/8/2023圖4－3－110/8/20236(2)把紙帶的一端在重物上用夾子固定好，另一端穿過計(jì)時器限位孔，用手捏住紙帶上端提起紙帶使重物?？吭诖螯c(diǎn)計(jì)時器附近．(3)先____________，后__________，讓重物自由下落．(4)重復(fù)幾次，得到3～5條打好點(diǎn)的紙帶．(5)在打好點(diǎn)的紙帶中挑選點(diǎn)跡清晰的一條紙帶，在起始點(diǎn)標(biāo)上0，以后依次標(biāo)上1,2,3……用刻度尺測出對應(yīng)下落高度h1、h2、h3…….接通電源釋放紙帶10/8/2023(2)把紙帶的一端在重物上用夾子固定好，另一端穿過計(jì)時器限位7(6)應(yīng)用公式vn＝____________計(jì)算各點(diǎn)對應(yīng)的即時速度v1、v2、v3…….(7)計(jì)算各點(diǎn)對應(yīng)的重力做的功_______和動能的增加量________，進(jìn)行比較．(請自行設(shè)計(jì)表格進(jìn)行分析)mgh10/8/2023(6)應(yīng)用公式vn＝____________計(jì)算各點(diǎn)對應(yīng)的即85．結(jié)論：合力對物體所做的功等于物體動能的變化．6．實(shí)驗(yàn)誤差及注意事項(xiàng)(1)誤差產(chǎn)生原因分析及減小方法重物和紙帶在下落過程中受到打點(diǎn)計(jì)時器和空氣的阻力，比較W與ΔEk關(guān)系時，W只計(jì)算重力做功，未考慮阻力做功，給實(shí)驗(yàn)帶來誤差．豎直固定打點(diǎn)計(jì)時器，適當(dāng)增加重物的質(zhì)量來減小相對誤差．10/8/20235．結(jié)論：合力對物體所做的功等于物體動能的變化．10/8/29(2)注意事項(xiàng)①打點(diǎn)計(jì)時器要豎直架穩(wěn)，使兩限位孔在同一豎直線上．②釋放紙帶時，應(yīng)使重物靠近打點(diǎn)計(jì)時器．③保持提起的紙帶豎直，先接通電源再松開紙帶．④測量下落高度時，應(yīng)從起點(diǎn)量起，選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)要離起始點(diǎn)遠(yuǎn)些，紙帶不宜過長．10/8/2023(2)注意事項(xiàng)10/8/202310思考感悟利用物體自由下落來探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系時，物體的質(zhì)量需不需要測量？為什么？10/8/2023思考感悟10/8/20231110/8/202310/8/2023122．結(jié)論：合力對物體所做的功等于物體動能的變化．三、動能定理動能定理的內(nèi)容：合力對物體所做的功等于物體動能的變化．表達(dá)式：___________________.式中Ek2表示物體的末態(tài)的動能，Ek1表示物體的初態(tài)的動能，W表示合外力所做的功．當(dāng)外力對物體做正功時，物體的動能________；當(dāng)外力對物體做負(fù)功時，物體的動能_________W＝Ek2－Ek1增加減少．10/8/20232．結(jié)論：合力對物體所做的功等于物體動能的變化．W＝Ek2－13核心要點(diǎn)突破一、對動能定理的理解1．動能定理反映了一種因果關(guān)系，即合力做功是物體動能變化的原因．當(dāng)合力對物體做正功時W>0，Ek2－Ek1>0，Ek2>Ek1，動能增加．特別提醒：動能只有正值，沒有負(fù)值，但動能的變化卻有正負(fù)．“變化”是指末狀態(tài)的物理量減去初狀態(tài)的物理量，而不一定是大的減小的．動能的變化量為正值，表示物體的動能增加了，對應(yīng)于合力對物體做正功；物體的變化量為負(fù)值，表示物體的動能減小了，對應(yīng)于合力對物體做負(fù)功，或者說物體克服合力做功．10/8/2023核心要點(diǎn)突破一、對動能定理的理解10/8/2023142．動能定理的研究對象是單一物體，或者是可以看成單一物體的物體系．3．動能定理適用于物體的直線運(yùn)動，也適用于物體的曲線運(yùn)動；適用于恒力做功，也適用于變力做功，力可以是各種性質(zhì)的力，既可以同時作用，也可以分段作用．只要求出在作用過程中各力做功的多少和正負(fù)即可．用動能定理解題一般比用牛頓第二定律和運(yùn)動學(xué)公式求解簡便．10/8/20232．動能定理的研究對象是單一物體，或者是可以看成單一物體的物154．動能定理的計(jì)算式為標(biāo)量式，v為相對同一參考系的速度，一般以地面為參考系．5．外力對物體所做的功是指物體所受的一切外力對它做的總功．特別提醒：(1)動能定理只強(qiáng)調(diào)初末狀態(tài)動能的變化，在一段過程中初末位置的動能變化量為零，并不意味著在此過程中的各個時刻動能不變化．(2)物體所受合力不為零時，其動能不一定變化，比如合力方向始終與速度垂直時，動能就不會變化．10/8/20234．動能定理的計(jì)算式為標(biāo)量式，v為相對同一參考系的速度，一般16即時應(yīng)用(即時突破，小試牛刀)1．(單選)一質(zhì)量為1kg的物體被人用手由靜止開始向上提升1m，這時物體的速度是2m/s，則下列結(jié)論中錯誤的是()A．手對物體做功12JB．合力對物體做功12JC．合力對物體做功2JD．物體克服重力做功10J10/8/2023即時應(yīng)用(即時突破，小試牛刀)10/8/20231710/8/202310/8/202318二、動能定理的適用條件及解題的優(yōu)越性1．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(yùn)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(yùn)動，動能定理都成立．2．優(yōu)越性：(1)對于變力作用或曲線運(yùn)動，動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＝Fscosα只能求恒力做的功，不能求變力的功，而由于動能定理提供了一個物體的動能變化ΔEk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)物體的動能變化ΔEk＝Ek2－Ek1，就可以間接求得變力做功．10/8/2023二、動能定理的適用條件及解題的優(yōu)越性10/8/202319(2)與用牛頓定律解題的比較牛頓定律動能定理相同點(diǎn)確定研究對象，對物體進(jìn)行受力分析和運(yùn)動過程分析適用條件只能研究在恒力作用下物體做直線運(yùn)動對于在恒力或變力作用下，物體做直線或曲線運(yùn)動均適用應(yīng)用方法要考慮運(yùn)動過程的每一個細(xì)節(jié)，結(jié)合運(yùn)動學(xué)公式解題只考慮各力的做功情況及初、末狀態(tài)的動能運(yùn)算方法矢量運(yùn)算代數(shù)運(yùn)算10/8/2023(2)與用牛頓定律解題的比較牛頓定律動能定理相確定研究對象，20兩種思路對比可以看出應(yīng)用動能定理解題不涉及加速度、時間，不涉及矢量運(yùn)算，運(yùn)算簡單不易出錯．特別提醒：有些問題，用牛頓第二定律和運(yùn)動學(xué)知識可以求解，用動能定理也可以求解，但由于應(yīng)用動能定理時不需要考慮運(yùn)動過程中的一些細(xì)節(jié)，所以用動能定理求解更簡潔一些．10/8/2023兩種思路對比可以看出應(yīng)用動能定理解題不涉及加速度、時間，不涉21即時應(yīng)用(即時突破，小試牛刀)2．(單選)如圖4－3－3所示，光滑水平桌面上開一個光滑小孔，從孔中穿一根細(xì)繩，繩一端系一個小球，另一端用力F1向下拉，以維持小球在光滑水平面上做半徑為R1的勻速圓周運(yùn)動．今改變拉力，當(dāng)大小變?yōu)镕2時，小球仍在水平桌面上做勻速圓周運(yùn)動，但半徑變?yōu)镽2.則小球運(yùn)動半徑由R1變?yōu)镽2過程中，拉力對小球做的功是()10/8/2023即時應(yīng)用(即時突破，小試牛刀)10/8/202322圖4－3－310/8/2023圖4－3－310/8/20232310/8/202310/8/202324課堂互動講練探究外力做功與物體動能的變化類型一在“探究外力做功與物體動能的變化”的實(shí)驗(yàn)中，已知打點(diǎn)計(jì)時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4－3－4，把第一個點(diǎn)記作O，另選連續(xù)的四個點(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)的距離分別例110/8/2023課堂互動講練探究外力做功與物體動能的變化類型一25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)動到C點(diǎn)，重力做的功為________J，動能的增加量等于________J(取三位有效數(shù)字)．結(jié)論是在誤差允許的范圍內(nèi)________．圖4－3－410/8/2023是62.99cm、70.18cm、77.76cm、852610/8/202310/8/202327【答案】

7.62

7.57重力做的功等于物體增加的動能【方法總結(jié)】根據(jù)勻變速直線運(yùn)動某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度，因此，紙帶上某點(diǎn)的瞬時速度就等于該點(diǎn)前后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度．10/8/2023【答案】7.627.57重力做的功等于物體增加的動能128如圖4－3－5所示，將質(zhì)量m＝2kg的一塊石頭從離地面H＝2m高處由靜止開始釋放，落入泥潭并陷入泥中h＝5cm深處，不計(jì)空氣阻力．求泥對石頭的平均阻力．(g取10m/s2)動能定理的應(yīng)用類型二例2圖4－3－510/8/2023如圖4－3－5所示，將質(zhì)量m＝2kg2910/8/202310/8/20233010/8/202310/8/20233110/8/202310/8/202332【答案】820N【方法總結(jié)】應(yīng)用動能定理解決問題的五個步驟(1)明確研究對象和研究過程．(2)明確題設(shè)條件和已知量、未知量、待求量．(3)分析研究對象在對應(yīng)的研究過程中的受力情況及各力對物體做功情況，寫出各力做功的表達(dá)式并求其代數(shù)和．(4)明確研究對象在對應(yīng)研究過程中的初、末狀態(tài)．(5)由動能定理的W合＝Ek2－Ek1列式求解未知量．10/8/2023【答案】820N10/8/202333如圖4－3－6所示，質(zhì)量為m的物體置于光滑的水平面上，用一根繩子一端固定在物體上，另一端通過定滑輪，以恒定速率v0拉繩子，物體由靜止開始運(yùn)動，當(dāng)繩子與水平方向夾角α＝45°時，繩中張力對物體做的功是多少？應(yīng)用動能定理求變力做功類型三例3圖4－3－610/8/2023如圖4－3－6所示，質(zhì)量為m的物體置于光3410/8/202310/8/202335【答案】

mv【方法總結(jié)】對變力做功直接應(yīng)用功的公式無法求解，而應(yīng)用動能定理非常方便，動能定理可以求解變力做功的問題．10/8/2023【答案】mv10/8/202336如圖4－3－7所示，軌道的兩端翹起，中間平直，平直部分長s＝0.2m，動摩擦因數(shù)μ＝0.10，兩端翹起的部分是光滑的，設(shè)一物體從距平直部分高h(yuǎn)＝1.0m處由靜止沿軌道滑下，則物體在平直軌道上運(yùn)動所通過的總路程是多少？全程法應(yīng)用動能定理類型四例4圖4－3－710/8/2023如圖4－3－7所示，軌道的兩端翹起，中間37【思路點(diǎn)撥】對于一些復(fù)雜的物理過程，尤其是涉及非勻變速直線運(yùn)動的過程，應(yīng)用牛頓運(yùn)動定律很難解決，而動能定理由于不涉及中間過程，所以在全過程中應(yīng)用動能定理更簡捷．【自主解答】物體從左側(cè)彎曲軌道滑下，通過平直軌道后滑上右側(cè)彎曲軌道，再從右側(cè)軌道下來，滑上左側(cè)軌道，這樣往復(fù)數(shù)次后，因平直軌道的摩擦作用，物體將停止在平直軌道上，選取10/8/2023【思路點(diǎn)撥】對于一些復(fù)雜的物理過程，尤其是涉及非勻變速直線