1、.第三節(jié)探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識 脈 絡(luò)1.知道外力對物體做功可以改變物體的動能2理解動能定理，知道動能定理的適用條件，會用動能定理進(jìn)展計(jì)算重點(diǎn)3會用實(shí)驗(yàn)方法來探究物理定理或規(guī)律難點(diǎn)4理解動能定理的推導(dǎo)過程5會用動能定理解決力學(xué)問題，知道用動能定理解題的一般步驟重點(diǎn)、難點(diǎn)一探究外力做功與動能的變化實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康难芯客饬ψ龉εc物體動能的變化關(guān)系二、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，那么重力做的功為WGmghAB.動能變化Ekmvmv.驗(yàn)證WG與Ek關(guān)系三、實(shí)驗(yàn)器材電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、重物、鐵

2、架臺、鉤碼、夾子、刻度尺.一、實(shí)驗(yàn)步驟1按圖4­3­1把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝在鐵架臺上，用導(dǎo)線把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與學(xué)生電源連接好圖4­3­12把紙帶的一端在重物上用夾子固定好，另一端穿過計(jì)時(shí)器限位孔，用手豎直提起紙帶使重物停靠在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近3接通電源后松開紙帶，讓重物自由下落4重復(fù)幾次，得到35條打好點(diǎn)的紙帶二、數(shù)據(jù)處理1在打好點(diǎn)的紙帶中挑選點(diǎn)跡明晰的一條紙帶，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、h32應(yīng)用公式vn計(jì)算各點(diǎn)對應(yīng)的瞬時(shí)速度v1、v2、v33計(jì)算某兩點(diǎn)間重力做的功WG和對應(yīng)的動能的增加量Ek，進(jìn)展比較請自行設(shè)計(jì)表格

3、進(jìn)展分析4計(jì)算某兩點(diǎn)間重力做的功WG和對應(yīng)的動能的增加量Ek，將結(jié)果填入表格中，進(jìn)展比較，得出結(jié)論下落高度hm瞬時(shí)速度vm/s重力做的功WG動能增加量EkWG與Ek的關(guān)系5結(jié)論在物體自由下落過程中，重力對物體做的功等于物體動能的增加量三、誤差分析產(chǎn)生原因減小方法偶爾誤差用刻度尺測量長度舍去前面密集的點(diǎn)，測后面的點(diǎn)到第一個(gè)點(diǎn)的間隔 系統(tǒng)誤差重力下落過程中受阻力作用屢次測量取平均值，盡可能減小紙帶受到摩擦阻力和空氣阻力的影響四、本卷須知1應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的重物，以減小空氣阻力的影響2打點(diǎn)計(jì)時(shí)器必須穩(wěn)固安裝在鐵架臺上，并且兩個(gè)限位孔的中線要嚴(yán)格豎直，以減小紙帶所受的摩擦力3釋放前將紙帶拉至豎直且

4、保證不與限位孔接觸以減小紙帶與限位孔間的摩擦4實(shí)驗(yàn)時(shí)必須是先接通電源，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作后再放開紙帶讓重物下落5選用紙帶時(shí)應(yīng)選點(diǎn)跡明晰，且第一個(gè)點(diǎn)和第二個(gè)點(diǎn)間的間隔 接近2 mm的紙帶6由于重物和紙帶下落過程中要抑制阻力做功，所以動能的增加量Ek必定略小于重力做的功WG，只要在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，兩者近似相等即可在探究外力做功與物體動能變化的實(shí)驗(yàn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50 Hz，查得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭9.80 m/s2，測得所用重物的質(zhì)量為1.00 kg.實(shí)驗(yàn)中得到一條點(diǎn)跡明晰的紙帶，如圖4­3­2所示，開場下落的點(diǎn)記作O，另選連續(xù)的四個(gè)點(diǎn)A、B、C、D作為測量的點(diǎn)

5、，經(jīng)測量知道A、B、C、D各點(diǎn)到O點(diǎn)的間隔 分別是62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、85.73 cm.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取兩位有效數(shù)字結(jié)論是：在誤差允許的范圍內(nèi)，_：圖4­3­2【解析】根據(jù)紙帶上的信息讀出下落的高度，重力做的功由公式WGmgh求出，動能的增加量由Ekmv、vC聯(lián)立求出根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理直接進(jìn)展計(jì)算，T s0.02 s所以由O點(diǎn)到C點(diǎn)，重力做的功為：WGmgh1.00×9.80×77.76×102 J7.6 J打下C點(diǎn)時(shí)紙帶即物體的瞬時(shí)速度：vC m/s3

6、.887 5 m/s即動能的增加量為：Ekmv2×1.00×3.887 52 J7.6 J.【答案】7.67.6重力所做的功等于物體動能的增加某探究學(xué)習(xí)小組的同學(xué)欲探究“做功與物體動能變化的關(guān)系，他們在實(shí)驗(yàn)室組裝了一套如圖4­3­3所示的裝置1該學(xué)習(xí)小組的同學(xué)想用沙和沙桶的重力作為滑塊受到的合力，探究滑塊所受合力做功與滑塊動能變化的關(guān)系為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)想法，該小組成員提出了以下實(shí)驗(yàn)措施，你認(rèn)為有效的有_填選項(xiàng)字母圖4­3­3A保持沙和沙桶的質(zhì)量遠(yuǎn)大于滑塊質(zhì)量B保持沙和沙桶的質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊質(zhì)量C保持長木板程度D把木板的左端墊起適當(dāng)?shù)母叨纫云?/p>

7、衡摩擦力E調(diào)整滑輪的高度使細(xì)線與長木板平行2圖4­3­4是滑塊質(zhì)量為m在恒力F作用下做勻加速直線運(yùn)動打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶測量數(shù)據(jù)已用字母表示在圖中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T0利用這些數(shù)據(jù)能驗(yàn)證動能定理，滑塊從A到B的過程中，恒力做的功為WAB_；滑塊動能的變化量為EkBEkA_；請你說出對這種做法的評價(jià)優(yōu)點(diǎn)是：_；缺點(diǎn)是：_.圖4­3­4【解析】1有效的措施是B、D、E.2WABF·xAB.由vA，xB.EkBEkAm2m2m優(yōu)點(diǎn)：A、B兩點(diǎn)的間隔 較遠(yuǎn)，測量時(shí)的相對誤差較小缺點(diǎn)：只進(jìn)展了一次測量驗(yàn)證，說服力不強(qiáng)【答案】見解析二動能定理根本知識

8、1理論推導(dǎo)如圖4­3­5圖4­3­5設(shè)某物體的質(zhì)量為m，在與運(yùn)動方向一樣的恒力F的作用下，在粗糙的程度面上發(fā)生一段位移s，速度由v1增加到v2.由牛頓第二定律得Ffma.由運(yùn)動學(xué)公式得vv2as.兩式聯(lián)立得Ff·smvmv，即WEk2Ek1.2內(nèi)容合力對物體做的功等于物體動能的變化3表達(dá)式WEk2Ek1.其中：Ek1mv表示物體的初動能；Ek2mv表示物體的末動能；W表示物體所受合力做的功，或者物體所受所有外力對物體做功的代數(shù)和4適用范圍動能定理既適用于求恒力做功，也適用于求變力做功動能定理既適用于直線運(yùn)動，也適用于曲線運(yùn)動1動能定理中合外力做

9、的功，是指作用在物體上所有力做的功2動能定理中，合外力做正功，物體動能減少×3動能定理反映了一種功能關(guān)系如圖4­3­6所示，高速列車出站時(shí)加速，進(jìn)站時(shí)減速這兩個(gè)過程的合外力各做什么功？動能如何變化？圖4­3­6【提示】加速出站時(shí)合外力做正功，動能增大；減速進(jìn)站時(shí)，合外力做負(fù)功，動能減小如圖4­3­7所示，物體可視為質(zhì)點(diǎn)從長為L、傾角為的光滑斜面頂端由靜止滑下圖4­3­7討論1：物體受幾個(gè)力作用？各做什么功？怎么求合力的功？【提示】物體受重力、支持力兩個(gè)力作用重力做正功，支持力不做功合力做的功W合mgLsi

10、n .討論2：如何求物體到達(dá)斜面底端時(shí)的速度？能用多種方法求解物體到達(dá)斜面底端時(shí)的速度嗎？哪種方法簡單？【提示】可以用牛頓定律結(jié)合運(yùn)動學(xué)公式求解，也可以用動能定理求解用動能定理更簡捷1動能定理描繪了做功和動能變化的兩種關(guān)系1等值關(guān)系：某物體的動能變化量總等于合力對它做的功2因果關(guān)系：合力對物體做功是引起物體動能變化的原因，合外力做功的過程本質(zhì)上是其他形式的能與動能互相轉(zhuǎn)化的過程，轉(zhuǎn)化了多少由合外力做了多少功來度量2動能定理解題的優(yōu)越性1應(yīng)用動能定理解題時(shí)，物體由初狀態(tài)到末狀態(tài)的過程中，它的運(yùn)動性質(zhì)、運(yùn)動軌跡、做功的力是變力還是恒力等諸多因素都可以不予考慮，使分析簡化2應(yīng)用牛頓運(yùn)動定律和運(yùn)動學(xué)規(guī)

11、律時(shí)，涉及的有關(guān)物理量比較多，對運(yùn)動過程中的細(xì)節(jié)也要仔細(xì)研究；而應(yīng)用動能定理只考慮合外力做功和初、末兩個(gè)狀態(tài)的動能，并且可以把不同的運(yùn)動過程合并為一個(gè)全過程來處理3一般情況下，由牛頓運(yùn)動定律和運(yùn)動學(xué)規(guī)律可以求解的問題，用動能定理也可以求解，并且更為簡捷3應(yīng)用動能定理解題的步驟1確定研究對象和研究過程研究對象一般為單個(gè)物體2對研究對象進(jìn)展受力分析注意哪些力做功或不做功3確定合外力對物體做的功注意功的正負(fù)4確定物體的初、末動能注意動能增量是末動能減初動能5根據(jù)動能定理列式、求解1關(guān)于動能定理，以下說法中正確的選項(xiàng)是A在某過程中，外力做的總功等于各個(gè)力單獨(dú)做功的絕對值之和B只要有力對物體做功，物體的

12、動能就一定改變C動能定理只適用于直線運(yùn)動，不適用于曲線運(yùn)動D動能定理既適用于恒力做功的情況，又適用于變力做功的情況【解析】外力做的總功等于各個(gè)力單獨(dú)做功的代數(shù)和，A錯；根據(jù)動能定理，決定動能是否改變的是總功，而不是某一個(gè)力做的功，B錯；動能定理既適用于直線運(yùn)動，也適用于曲線運(yùn)動，既適用于恒力做功的情況，又適用于變力做功的情況，C錯，D對【答案】D2一個(gè)物體的速度從0增大到v，外力對物體做功為W1；速度再從v增大到2v，外力做功為W2，那么W1和W2的關(guān)系正確的選項(xiàng)是AW1W2BW12W2CW23W1DW24W1【解析】根據(jù)動能定理可知，W1mv2，W2m2v2mv2mv2，因此，W23W1，選項(xiàng)C正確【答案】C3如圖4­3­8所示，AB為固定在豎直平面內(nèi)的光滑圓弧軌道，軌道的B點(diǎn)與程度地面相切，其半徑為R.質(zhì)量為m的小球由A點(diǎn)靜止釋放，求： 【導(dǎo)學(xué)號：35390066】圖4­3­81小球滑到最低點(diǎn)B時(shí)，小球速度v的大小；2小球通過光滑的程度面BC滑上固定曲面，恰達(dá)最高點(diǎn)D，D到地面的高度為hhR，那么小球在曲面上抑制摩擦力所做的功Wf.【解析】1小球從A滑到B的過程中，由動能定理得：mgRmv0解得：vB.2從A到D的過程，由動能定理可得：mgRhWf00，解得抑制摩擦力做的功WfmgRh【答案】12mgRh應(yīng)用動能定