31探究动能变化跟做功的关系沪科版必修课件.pptx
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- 31 探究 动能 变化 做功 关系 沪科版 必修 课件
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1、3.1 探究动能变化跟做功的关系1.1.理解动能的概念,会用动能的定义式进行计算。理解动能的概念,会用动能的定义式进行计算。2.2.理解动能定理,知道动能定理的适用条件,会用动能定理进理解动能定理,知道动能定理的适用条件,会用动能定理进行计算。行计算。3.3.掌握探究动能变化跟做功的关系的实验方法。掌握探究动能变化跟做功的关系的实验方法。重点:重点:1.1.利用实验和理论两种方法得出动能定理。利用实验和理论两种方法得出动能定理。 2.2.动能定理的理解和应用。动能定理的理解和应用。难点:实验的设计与实施,以及有关物理过程的分析。难点:实验的设计与实施,以及有关物理过程的分析。一、动能、动能定理
2、一、动能、动能定理1.1.动能动能(1)(1)定义定义: :物理学中把物理学中把_叫做物体的动能。叫做物体的动能。(2)(2)表达式表达式:E:Ek k=_=_。表达式中的速度是瞬时速度。表达式中的速度是瞬时速度。动能是动能是_(A._(A.标量标量 B.B.矢量矢量) ),是,是_(A._(A.过程过程 B.B.状态状态) )量。量。(3)(3)单位:动能的国际单位是单位:动能的国际单位是_,简称焦,用符号,简称焦,用符号_表示。表示。21mv221mv2A AB B焦耳焦耳J J2.2.动能定理动能定理(1)(1)内容:外力对物体所做的功等于物体动能的内容:外力对物体所做的功等于物体动能的
3、_。(2)(2)表达式:表达式:W=_W=_。(3)(3)说明:说明:EEk k=E=Ek2k2-E-Ek1 k1 E Ek2k2为物体的为物体的_、E Ek1k1为物体的为物体的_。外力做正功,物体的动能外力做正功,物体的动能_(A._(A.增加增加 B.B.减小减小) )。外力做。外力做负功,物体的动能负功,物体的动能_(A._(A.增加增加 B.B.减小减小) )。增量增量EEk k末动能末动能初动能初动能A AB B【判一判判一判】(1)(1)合外力做功不等于零,物体的动能一定变化。合外力做功不等于零,物体的动能一定变化。( )( )(2)(2)物体的速度发生变化,合外力做功一定不等于
4、零。物体的速度发生变化,合外力做功一定不等于零。( )( )(3)(3)物体的动能增加,合外力做正功。物体的动能增加,合外力做正功。( )( )提示:提示:根据动能定理根据动能定理W= W= 知,若知,若W W不等于零,物不等于零,物体动能一定变化,故体动能一定变化,故(1)(1)正确;物体的速度方向发生变化,但正确;物体的速度方向发生变化,但大小不变,则物体的动能不变,合外力做功为零,则大小不变,则物体的动能不变,合外力做功为零,则(2)(2)错错误;物体的动能增加,即误;物体的动能增加,即 00,则合外力做正,则合外力做正功,功,(3)(3)正确。正确。222111mvmv22222111
5、mvmv22二、恒力做功与物体动能变化的关系二、恒力做功与物体动能变化的关系1.1.设计实验设计实验( (如图如图) )所使用的器材有:所使用的器材有:_、滑块、滑块、_、计时器、气源、计时器、气源、刻度尺、细绳、钩码等。刻度尺、细绳、钩码等。气垫导轨气垫导轨光电门光电门2.2.研究计划研究计划(1)(1)直接验证:逐一比较力对物体所做的功与物体动能直接验证:逐一比较力对物体所做的功与物体动能_的的大小之间的关系。大小之间的关系。(2)(2)用图像验证:用图像验证:根据根据W= ,W= ,由实验数据作出由实验数据作出_及及_的关系图像。的关系图像。21mv2W W与与v v2 2W W与与m
6、m增量增量【想一想想一想】如图所示的如图所示的“探究恒力做功与动能改变的关系探究恒力做功与动能改变的关系”实实验中,若改变小车的质量重新做实验时,是否需要重新平衡摩验中,若改变小车的质量重新做实验时,是否需要重新平衡摩擦力?擦力?提示:提示:探究恒力做功与物体动能改变的关系时,为了减小实验探究恒力做功与物体动能改变的关系时,为了减小实验误差,需要平衡物体运动过程中受到的摩擦力。平衡摩擦力时,误差,需要平衡物体运动过程中受到的摩擦力。平衡摩擦力时,只要达到只要达到mgsin=mgcosmgsin=mgcos即可满足要求。由此知,改变小即可满足要求。由此知,改变小车的质量重新进行探究实验时,不需要
7、重新平衡摩擦力。车的质量重新进行探究实验时,不需要重新平衡摩擦力。 对动能和动能定理的理解对动能和动能定理的理解【探究导引探究导引】下面几幅图片反映的是下面几幅图片反映的是20112011年年3 3月月1111日日本大地震引发的海啸日日本大地震引发的海啸给日本沿海部分地区带来的毁灭性灾难场景。结合图片思考下给日本沿海部分地区带来的毁灭性灾难场景。结合图片思考下面几个问题面几个问题: :(1)(1)为什么汹涌的海水具有如此大的能量?为什么汹涌的海水具有如此大的能量?(2)(2)这种因运动具有的能量与哪些因素有关?这种因运动具有的能量与哪些因素有关?(3)(3)可以用什么方法改变这种因运动而具有的
8、能量?可以用什么方法改变这种因运动而具有的能量?【要点整合要点整合】1.1.对动能的理解对动能的理解(1)(1)是状态量:与物体的运动状态是状态量:与物体的运动状态( (或某一时刻的速度或某一时刻的速度) )相对应。相对应。(2)(2)具有相对性:选取不同的参考系,物体的速度不同,动能具有相对性:选取不同的参考系,物体的速度不同,动能也不同,一般以地面为参考系。也不同,一般以地面为参考系。(3)(3)是标量:只有大小,没有方向。是标量:只有大小,没有方向。2.2.对动能定理的理解对动能定理的理解(1)(1)动能定理的实质:动能定理的实质:动能定理是功能关系的一种具体体现。合外力做功是改变动动能
9、定理是功能关系的一种具体体现。合外力做功是改变动能的一种途径,动能的改变可由合外力做的功来度量。因此,能的一种途径,动能的改变可由合外力做的功来度量。因此,动能定理进一步揭示了功与能转化的关系。动能定理进一步揭示了功与能转化的关系。动能定理揭示了合外力对物体做功与物体动能的变化之间的动能定理揭示了合外力对物体做功与物体动能的变化之间的定量关系和因果联系,合外力做功是因,动能变化是果。定理定量关系和因果联系,合外力做功是因,动能变化是果。定理表明,合外力对物体做了多少功,物体的动能就变化多少。合表明,合外力对物体做了多少功,物体的动能就变化多少。合外力做正功,物体的动能增加;合外力做负功,物体的
10、动能减外力做正功,物体的动能增加;合外力做负功,物体的动能减少。少。(2)(2)对对“外力对物体做的总功外力对物体做的总功”的理解:有的力促进物体运动,的理解:有的力促进物体运动,而有的力则阻碍物体运动。因此它们做的功就有正、负之分,总而有的力则阻碍物体运动。因此它们做的功就有正、负之分,总功指的是各外力做功的代数和;又因为功指的是各外力做功的代数和;又因为W W总总=W=W1 1+W+W2 2+= F+= F1 1s+Fs+F2 2s s +=F+=F合合s s,所以总功也可以理解为合外力做的功。即如果物体受,所以总功也可以理解为合外力做的功。即如果物体受到多个共点力作用,同时产生同时撤销,
11、则到多个共点力作用,同时产生同时撤销,则W W总总=F=F合合s s;如果发生;如果发生在多个物理过程中,不同过程作用力个数不相同,则在多个物理过程中,不同过程作用力个数不相同,则W W总总=W=W1 1+W+W2 2 +W+Wn n。(3)(3)动能定理的适用范围:动能定理是在物体受恒力作用且做动能定理的适用范围:动能定理是在物体受恒力作用且做直线运动的情况下得出的,对于外力是变力、物体做曲线运动、直线运动的情况下得出的,对于外力是变力、物体做曲线运动、物体经历多过程的情况同样适用。物体经历多过程的情况同样适用。【特别提醒特别提醒】(1)(1)物体的速度发生改变,物体的动能不一定发物体的速度
12、发生改变,物体的动能不一定发生变化。生变化。(2)(2)质量一定的物体,如果其动能发生改变,则物体的运动速质量一定的物体,如果其动能发生改变,则物体的运动速度一定改变。度一定改变。【典例典例1 1】(2012(2012成都高一检测成都高一检测) )在水平路面上,有一辆以在水平路面上,有一辆以36 km/h36 km/h行驶的客车,在车厢后座有一位乘客甲,把一个质量行驶的客车,在车厢后座有一位乘客甲,把一个质量为为4 kg4 kg的行李以相对客车的行李以相对客车5 m/s5 m/s的速度抛给前方座位的另一位的速度抛给前方座位的另一位乘客乙,则行李的动能是乘客乙,则行李的动能是( )( )A.50
13、0 J B.200 JA.500 J B.200 JC.450 J D.900 JC.450 J D.900 J【思路点拨思路点拨】解答本题应注意以下两点:解答本题应注意以下两点:关键点关键点(1)(1)物体动能的表达式中的速度是物体相对静止地面的速度。物体动能的表达式中的速度是物体相对静止地面的速度。(2)(2)求物体对地的速度时应注意速度间的方向关系。求物体对地的速度时应注意速度间的方向关系。【规范解答规范解答】答案答案: :C C【互动探究互动探究】在上题中,若行李由前面的乘客乙抛给客车后面在上题中,若行李由前面的乘客乙抛给客车后面的乘客甲,其他条件不变,行李的动能是多少?的乘客甲,其他
14、条件不变,行李的动能是多少?【解析解析】行李对地的速度为行李对地的速度为v=vv=v0 0-v-v1 1=5 m/s=5 m/s,因此,行李的动,因此,行李的动能为能为22k11Emv4 5J50 J22 。 【总结提升总结提升】动能与速度的关系动能与速度的关系(1)(1)数值关系:数值关系: ,速度,速度v v和动能和动能E Ek k均为以地面为参考系均为以地面为参考系时的数值。时的数值。(2)(2)瞬时关系:动能和速度均为状态量,二者具有瞬时对应关瞬时关系:动能和速度均为状态量,二者具有瞬时对应关系。系。(3)(3)变化关系:动能是标量,速度是矢量,当动能发生变化时,变化关系:动能是标量,
15、速度是矢量,当动能发生变化时,物体的速度一定发生了变化;当速度发生变化时,可能仅是速物体的速度一定发生了变化;当速度发生变化时,可能仅是速度方向的变化,物体的动能可能不变。度方向的变化,物体的动能可能不变。2k1Emv2【变式备选变式备选】物体物体A A和和B B质量相等,质量相等,A A置于光滑的水平面上,置于光滑的水平面上,B B置置于粗糙水平面上,开始时都处于静止状态,在相同的水平力于粗糙水平面上,开始时都处于静止状态,在相同的水平力F F作用下移动相同的水平位移,则在此过程中作用下移动相同的水平位移,则在此过程中( )( )A.A.力力F F对物体对物体A A做功较多,物体做功较多,物
16、体A A最终获得的动能较大最终获得的动能较大B.B.力力F F对物体对物体B B做功较多,物体做功较多,物体B B最终获得的动能较大最终获得的动能较大C.C.力力F F对对A A和和B B做功相同,但物体做功相同,但物体A A最终获得的动能较大最终获得的动能较大D.D.力力F F对对A A和和B B做功相同,但力做功相同,但力F F对物体对物体A A做功的功率较大做功的功率较大【解析解析】选选C C、D D。物体。物体A A置于光滑水平面上,其所受合外力就置于光滑水平面上,其所受合外力就是力是力F F,物体,物体B B置于粗糙的水平面上,其合外力是力置于粗糙的水平面上,其合外力是力F F与摩擦
17、力与摩擦力f f的合力。二者位移相同,均为的合力。二者位移相同,均为s s,那么,在这一运动过程中,那么,在这一运动过程中,力力F F所做的功相等,均为所做的功相等,均为W=FsW=Fs,根据动能定理可知,物体,根据动能定理可知,物体A A的动的动能为能为E EkAkA=Fs=Fs,物体,物体B B的动能为的动能为E EkBkB=Fs-fs=Fs-fs,因此,选项,因此,选项C C正确,选正确,选项项A A、B B错误。物体错误。物体A A的合外力大于物体的合外力大于物体B B的合外力,则物体的合外力,则物体A A的的加速度大于物体加速度大于物体B B的加速度,因此,物体的加速度,因此,物体A
18、 A的速度总大于物体的速度总大于物体B B的速度,力的速度,力F F对物体做功的功率为对物体做功的功率为P=FvP=Fv,则力,则力F F对物体对物体A A做功的做功的功率总大于对物体功率总大于对物体B B做功的功率,选项做功的功率,选项D D正确。正确。 探究恒力做功与物体动能改变的关系探究恒力做功与物体动能改变的关系【探究导引探究导引】观察甲、乙、丙三幅探究恒力做功与物体动能改变的关系实验观察甲、乙、丙三幅探究恒力做功与物体动能改变的关系实验装置图,思考下面问题:装置图,思考下面问题:(1)(1)三种实验装置遵循的物理原理相同吗?三种实验装置遵循的物理原理相同吗?(2)(2)哪一种装置的实
19、验误差最小?造成误差的原因相同吗?哪一种装置的实验误差最小?造成误差的原因相同吗?(3)(3)哪种实验装置最容易操作,最容易测量?哪种实验装置最容易操作,最容易测量?【要点整合要点整合】1.1.实验原理实验原理探究恒力做功与物体动能改变的关系探究恒力做功与物体动能改变的关系, ,可以测出力对物体做不可以测出力对物体做不同的功时物体动能的变化同的功时物体动能的变化, ,从而得到恒力做功与物体动能改变从而得到恒力做功与物体动能改变的关系。的关系。2.2.实验步骤和注意事项实验步骤和注意事项(1)(1)用天平测出小车的质量用天平测出小车的质量M M,并记录。,并记录。(2)(2)按图安装实验器材,只
20、是砝码盘中不加砝码,要调整滑轮按图安装实验器材,只是砝码盘中不加砝码,要调整滑轮的高度,使细线与长木板平行。的高度,使细线与长木板平行。(3)(3)平衡摩擦力:将长木板无滑轮的一端垫高,改变木板的倾平衡摩擦力:将长木板无滑轮的一端垫高,改变木板的倾角,使小车能在木板上做匀速运动。角,使小车能在木板上做匀速运动。(4)(4)细绳一端连接小车,另一端通过滑轮挂上砝码,注意砝码细绳一端连接小车,另一端通过滑轮挂上砝码,注意砝码的质量要远小于小车的质量。的质量要远小于小车的质量。(5)(5)纸带的一端固定在小车后面,另一端穿过打点计时器,开纸带的一端固定在小车后面,另一端穿过打点计时器,开始实验时,要
21、先接通电源,然后放开小车,此时可认为小车所始实验时,要先接通电源,然后放开小车,此时可认为小车所受的合外力就等于砝码的重力。受的合外力就等于砝码的重力。(6)(6)记录测量数据:用天平测出小车的质量记录测量数据:用天平测出小车的质量M M,砝码的质量,砝码的质量m m;用刻度尺测出纸带上各点到第一个点的距离。用刻度尺测出纸带上各点到第一个点的距离。(7)(7)计算速度:由纸带根据一段时间内的平均速度等于中间时计算速度:由纸带根据一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度,来计算各对应时刻小车的速度。刻的瞬时速度,来计算各对应时刻小车的速度。(8)(8)分析砝码的重力分析砝码的重力mgmg对小车
22、所做的功对小车所做的功mgsmgs与小车对应时刻的与小车对应时刻的动能动能 的关系。的关系。21Mv23.3.误差分析误差分析(1)(1)若忘记平衡摩擦力或没有完全平衡摩擦力会对实验结果带若忘记平衡摩擦力或没有完全平衡摩擦力会对实验结果带来影响。来影响。(2)(2)实验中实验中, ,由于砝码质量远小于小车质量由于砝码质量远小于小车质量, ,可认为绳子对小车可认为绳子对小车的拉力的拉力F=mg,F=mg,而实际情况是而实际情况是: :砝码向下加速时砝码向下加速时,mg-F=ma,mg-F=ma,所以所以FmgFmg。F F与与mgmg的差别在砝码质量偏大时会对实验结果带来影响。的差别在砝码质量偏
23、大时会对实验结果带来影响。(3)(3)纸带上各点之间距离测量时会带来误差。纸带上各点之间距离测量时会带来误差。【特别提醒特别提醒】(1)(1)为了减小误差,平衡摩擦力时应使小车拉着为了减小误差,平衡摩擦力时应使小车拉着纸带沿斜面匀速下滑。纸带沿斜面匀速下滑。(2)(2)为了测量方便以及计算方便,应在纸带上选取相隔为了测量方便以及计算方便,应在纸带上选取相隔5 5个时间个时间间隔的点为计数点。间隔的点为计数点。【典例典例2 2】(2012(2012广州高一检测广州高一检测) )在在“探究恒力做功与动能改探究恒力做功与动能改变的关系变的关系”实验中,某实验小组采用如图甲的实验装置。实验中,某实验小
24、组采用如图甲的实验装置。(1)(1)实验时为了保证小车受到的合外力与沙和沙桶的总重力大实验时为了保证小车受到的合外力与沙和沙桶的总重力大小基本相等,在沙和沙桶的总质量小基本相等,在沙和沙桶的总质量m m与小车的质量与小车的质量M M的关系必须的关系必须满足满足m Mm M的同时,实验时首先要做的步骤是的同时,实验时首先要做的步骤是_。(2)(2)如图乙为实验中打出的一条纸带,选取纸带中的如图乙为实验中打出的一条纸带,选取纸带中的A A、B B两点两点来探究恒力做功与动能改变的关系,测出来探究恒力做功与动能改变的关系,测出A A、B B两点间距两点间距s s和速和速度大小度大小v vA A、v
25、vB B。已知沙和沙桶的总质量。已知沙和沙桶的总质量m m,小车的质量,小车的质量M M,重力,重力加速度加速度g g。则本实验要验证的数学表达式为。则本实验要验证的数学表达式为_。( (用用题中的字母表示实验中测量得到的物理量题中的字母表示实验中测量得到的物理量) )。【思路点拨思路点拨】解答本题应注意以下两点:解答本题应注意以下两点:关键点关键点(1)(1)根据实验条件及原理,从结论出发,尽量减小误差。根据实验条件及原理,从结论出发,尽量减小误差。(2)(2)找出与实验结论相对应的关系式或物理量。找出与实验结论相对应的关系式或物理量。【规范解答规范解答】(1)(1)小车受到自身重力、木板支
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