《探究外力做功与物体动能变化的关系.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《探究外力做功与物体动能变化的关系.pptx（42页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、课标定位课标定位学习目标：学习目标：1.会用实验的方法来探究外力做功会用实验的方法来探究外力做功与物体动能变化的关系，并能用牛顿第二定律与物体动能变化的关系，并能用牛顿第二定律和运动学公式推导动能定理和运动学公式推导动能定理2理解动能定理的内容，并能用动能定理分理解动能定理的内容，并能用动能定理分析、计算有关问题析、计算有关问题重点难点：重点难点：1.动能定理的应用动能定理的应用2探究外力做功与动能变化之间的关系探究外力做功与动能变化之间的关系第1页/共42页课前自主学案课前自主学案一、实验与探究1实验目的：探究外力做功与物体动能变化的关系2实验方法：让物体自由下落，下落过程经过A、B两点，测
2、出A、B两点的高度差hAB和A、B两点的速度vA、vB，则重力做的功为WG_.mghAB第2页/共42页动能变化为动能变化为Ek_验证验证WG与与Ek的关系的关系3实验器材：铁架台实验器材：铁架台(带铁夹带铁夹)、_、_、重重物物、纸纸带、电源等带、电源等4实验步骤实验步骤(1)按按图图431把把打打点点计计时时器器安安装装在在铁铁架架台台上上，用导线把打点计时器与电源连接好用导线把打点计时器与电源连接好电火花打点计时器刻度尺第3页/共42页图431第4页/共42页(2)把把纸纸带带的的一一端端在在重重物物上上用用夹夹子子固固定定好好，另另一一端端穿穿过过计计时时器器限限位位孔孔，用用手手捏捏
3、住住纸纸带带上上端端提提起起纸带使重物停靠在打点计时器附近纸带使重物停靠在打点计时器附近(3)先先_，后后_，让让重重物物自由下落自由下落(4)重复几次，得到重复几次，得到35条打好点的纸带条打好点的纸带(5)在在打打好好点点的的纸纸带带中中挑挑选选点点迹迹清清晰晰的的一一条条纸纸带带，在在起起始始点点标标上上0，以以后后依依次次标标上上1,2,3用用刻刻度尺测出对应下落高度度尺测出对应下落高度h1、h2、h3.接通电源释放纸带第5页/共42页(6)应应用用公公式式vn_计计算算各各点点对对应应的即时速度的即时速度v1、v2、v3.(7)计计算算各各点点对对应应的的重重力力做做的的功功_和和动
4、动能能的的增增加加量量_，进进行行比比较较(请请自自行行设设计计表格进行分析表格进行分析)mgh第6页/共42页5结论：合力对物体所做的功等于物体动能结论：合力对物体所做的功等于物体动能的变化的变化6实验误差及注意事项实验误差及注意事项(1)误差产生原因分析及减小方法误差产生原因分析及减小方法重物和纸带在下落过程中受到打点计时器和空重物和纸带在下落过程中受到打点计时器和空气的阻力，比较气的阻力，比较W与与Ek关系时，关系时，W只计算重只计算重力做功，未考虑阻力做功，给实验带来误差力做功，未考虑阻力做功，给实验带来误差竖直固定打点计时器，适当增加重物的质量来竖直固定打点计时器，适当增加重物的质量
5、来减小相对误差减小相对误差第7页/共42页(2)注意事项注意事项打点计时器要竖直架稳，使两限位孔在同一打点计时器要竖直架稳，使两限位孔在同一竖直线上竖直线上释放纸带时，应使重物靠近打点计时器释放纸带时，应使重物靠近打点计时器保持提起的纸带竖直，先接通电源再松开纸保持提起的纸带竖直，先接通电源再松开纸带带测量下落高度时，应从起点量起，选取的计测量下落高度时，应从起点量起，选取的计数点要离起始点远些，纸带不宜过长数点要离起始点远些，纸带不宜过长第8页/共42页思考感悟思考感悟利用物体自由下落来探究外力做功与物体动能变利用物体自由下落来探究外力做功与物体动能变化的关系时，物体的质量需不需要测量？为什
6、么化的关系时，物体的质量需不需要测量？为什么？第9页/共42页第10页/共42页2结结论论：合合力力对对物物体体所所做做的的功功等等于于物物体体动动能能的变化的变化三、动能定理三、动能定理动动能能定定理理的的内内容容：合合力力对对物物体体所所做做的的功功等等于于物物体动能的变化体动能的变化表达式：表达式：_.式中式中Ek2表示物体的末态的动能，表示物体的末态的动能，Ek1表示物体表示物体的初态的动能，的初态的动能，W表示合外力所做的功当外表示合外力所做的功当外力对物体做正功时，物体的动能力对物体做正功时，物体的动能_；当；当外力对物体做负功时，物体的动能外力对物体做负功时，物体的动能_WEk2
7、Ek1增加增加减少减少第11页/共42页核心要点突破核心要点突破一、对动能定理的理解1动能定理反映了一种因果关系，即合力做功是物体动能变化的原因当合力对物体做正功时W0，Ek2Ek10，Ek2Ek1，动能增加特别提醒：动能只有正值，没有负值，但动能的变化却有正负“变化”是指末状态的物理量减去初状态的物理量，而不一定是大的减小的动能的变化量为正值，表示物体的动能增加了，对应于合力对物体做正功；物体的变化量为负值，表示物体的动能减小了，对应于合力对物体做负功，或者说物体克服合力做功第12页/共42页2动能定理的研究对象是单一物体，或者是动能定理的研究对象是单一物体，或者是可以看成单一物体的物体系可
8、以看成单一物体的物体系3动能定理适用于物体的直线运动，也适用动能定理适用于物体的直线运动，也适用于物体的曲线运动；适用于恒力做功，也适用于物体的曲线运动；适用于恒力做功，也适用于变力做功，力可以是各种性质的力，既可以于变力做功，力可以是各种性质的力，既可以同时作用，也可以分段作用只要求出在作用同时作用，也可以分段作用只要求出在作用过程中各力做功的多少和正负即可用动能定过程中各力做功的多少和正负即可用动能定理解题一般比用牛顿第二定律和运动学公式求理解题一般比用牛顿第二定律和运动学公式求解简便解简便第13页/共42页4动能定理的计算式为标量式，动能定理的计算式为标量式，v为相对同一为相对同一参考系
9、的速度，一般以地面为参考系参考系的速度，一般以地面为参考系5外力对物体所做的功是指物体所受的一切外力对物体所做的功是指物体所受的一切外力对它做的总功外力对它做的总功特特别别提提醒醒：(1)动动能能定定理理只只强强调调初初末末状状态态动动能能的的变变化化，在在一一段段过过程程中中初初末末位位置置的的动动能能变变化化量量为为零零，并并不不意意味味着着在在此此过过程程中中的的各各个个时时刻刻动动能能不不变化变化(2)物物体体所所受受合合力力不不为为零零时时，其其动动能能不不一一定定变变化化，比比如如合合力力方方向向始始终终与与速速度度垂垂直直时时，动动能能就就不不会会变化变化第14页/共42页即时应
10、用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1(单单选选)一一质质量量为为1 kg的的物物体体被被人人用用手手由由静静止止开开始始向向上上提提升升1 m，这这时时物物体体的的速速度度是是2 m/s，则下列结论中错误的是则下列结论中错误的是()A手对物体做功手对物体做功12 JB合力对物体做功合力对物体做功12 JC合力对物体做功合力对物体做功2 J D物体克服重力做功物体克服重力做功10 J第15页/共42页第16页/共42页二、动能定理的适用条件及解题的优越性二、动能定理的适用条件及解题的优越性1适用条件：动能定理虽然是在物体受恒力适用条件：动能定理虽然是在物体受恒力作用、沿直线做匀加
11、速直线运动的情况下推导作用、沿直线做匀加速直线运动的情况下推导出来的，但是对于外力是变力或物体做曲线运出来的，但是对于外力是变力或物体做曲线运动，动能定理都成立动，动能定理都成立2优越性：优越性：(1)对于变力作用或曲线运动，动对于变力作用或曲线运动，动能定理提供了一种计算变力做功的简便方法能定理提供了一种计算变力做功的简便方法功的计算公式功的计算公式WFscos 只能求恒力做的功，只能求恒力做的功，不能求变力的功，而由于动能定理提供了一个不能求变力的功，而由于动能定理提供了一个物体的动能变化物体的动能变化Ek与合外力对物体所做功具与合外力对物体所做功具有等量代换关系，因此已知有等量代换关系，
12、因此已知(或求出或求出)物体的动物体的动能变化能变化EkEk2Ek1，就可以间接求得变力，就可以间接求得变力做功做功第17页/共42页(2)与用牛顿定律解题的比较与用牛顿定律解题的比较牛顿定律牛顿定律动能定理动能定理相相同点同点确定研究对象，对物体进行受力分析和运动过程分析确定研究对象，对物体进行受力分析和运动过程分析适用适用条件条件只能研究在恒力作用下物只能研究在恒力作用下物体做直线运动体做直线运动对于在恒力或变力作用下，对于在恒力或变力作用下，物体做直线或曲线运动均物体做直线或曲线运动均适用适用应用应用方法方法要考虑运动过程的每一个要考虑运动过程的每一个细节，结合运动学公式解细节，结合运动
13、学公式解题题只考虑各力的做功情况及只考虑各力的做功情况及初、末状态的动能初、末状态的动能运算运算方法方法矢量运算矢量运算代数运算代数运算第18页/共42页两种思路对比可以看出应用动能定理解题不涉两种思路对比可以看出应用动能定理解题不涉及加速度、时间，不涉及矢量运算，运算简单及加速度、时间，不涉及矢量运算，运算简单不易出错不易出错特特别别提提醒醒：有有些些问问题题，用用牛牛顿顿第第二二定定律律和和运运动动学学知知识识可可以以求求解解，用用动动能能定定理理也也可可以以求求解解，但但由由于于应应用用动动能能定定理理时时不不需需要要考考虑虑运运动动过过程程中中的的一些细节，所以用动能定理求解更简洁一些
14、一些细节，所以用动能定理求解更简洁一些第19页/共42页即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2(单单选选)如如图图433所所示示，光光滑滑水水平平桌桌面面上上开开一一个个光光滑滑小小孔孔，从从孔孔中中穿穿一一根根细细绳绳，绳绳一一端端系系一一个个小小球球，另另一一端端用用力力F1向向下下拉拉，以以维维持持小小球球在在光光滑滑水水平平面面上上做做半半径径为为R1的的匀匀速速圆圆周周运运动动今今改改变变拉拉力力，当当大大小小变变为为F2时时，小小球球仍仍在在水水平平桌桌面面上上做做匀匀速速圆圆周周运运动动，但但半半径径变变为为R2.则则小小球球运运动动半半径径由由R1变变为为R
15、2过过程程中中，拉拉力力对对小小球球做做的功是的功是()第20页/共42页图433第21页/共42页第22页/共42页课堂互动讲练课堂互动讲练探究外力做功与物体动能的变化探究外力做功与物体动能的变化类型一类型一 在在“探探究究外外力力做做功功与与物物体体动动能能的的变变化化”的的实实验验中中，已已知知打打点点计计时时器器所所用用的的电电源源的的频频率率为为50 Hz，查查得得当当地地的的重重力力加加速速度度g9.80 m/s2，测测得得所所用用的的重重物物的的质质量量为为1.00 kg.实实验验中中得得到到一一条条点点迹迹清清晰晰的的纸纸带带，如如图图434，把把第第一一个个点点记记作作O，另
16、另选选连连续续的的四四个个点点A、B、C、D作作为为测测量量的的点点，经测量知道经测量知道A、B、C、D各点到各点到O点的距离分别点的距离分别例例1 1第23页/共42页是是62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、85.73 cm.根据以上数据，可知重物由根据以上数据，可知重物由O点运动到点运动到C点，重点，重力做的功为力做的功为_J，动能的增加量等于，动能的增加量等于_J(取三位有效数字取三位有效数字)结论是在误差允结论是在误差允许的范围内许的范围内_图图434第24页/共42页第25页/共42页【答案】7.627.57重力做的功等于物体增加的动能【方法总结】根据匀变速直线运动
17、某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，因此，纸带上某点的瞬时速度就等于该点前后相邻两点间的平均速度第26页/共42页 如如图图435所所示示，将将质质量量m2 kg的的一一块块石石头头从从离离地地面面H2 m高高处处由由静静止止开开始始释释放放，落入泥潭并陷入泥中落入泥潭并陷入泥中h5 cm深处，深处，不计空气阻力求泥对石头不计空气阻力求泥对石头的平均阻力的平均阻力(g取取10 m/s2)动能定理的应用动能定理的应用类型二类型二例例2 2图435第27页/共42页第28页/共42页第29页/共42页第30页/共42页【答案答案】820 N【方方法法总总结结】应应用用动动能能定定理理解解决
18、决问问题题的的五五个个步步骤骤(1)明确研究对象和研究过程明确研究对象和研究过程(2)明确题设条件和已知量、未知量、待求量明确题设条件和已知量、未知量、待求量(3)分分析析研研究究对对象象在在对对应应的的研研究究过过程程中中的的受受力力情情况况及及各各力力对对物物体体做做功功情情况况，写写出出各各力力做做功功的的表表达达式并求其代数和式并求其代数和(4)明明确确研研究究对对象象在在对对应应研研究究过过程程中中的的初初、末末状状态态(5)由由动动能能定定理理的的W合合Ek2Ek1列列式式求求解解未未知知量量第31页/共42页 如如图图436所所示示，质质量量为为m的的物物体体置置于于光光滑滑的的
19、水水平平面面上上，用用一一根根绳绳子子一一端端固固定定在在物物体体上，另一端通过定滑轮，以恒定速上，另一端通过定滑轮，以恒定速率率v0拉绳子，物体由静止开始拉绳子，物体由静止开始运动，当绳子与水平方向夹运动，当绳子与水平方向夹角角45时，绳中张力对物时，绳中张力对物体做的功是多少？体做的功是多少？应用动能定理求变力做功应用动能定理求变力做功类型三类型三例例3 3图436第32页/共42页第33页/共42页【答案答案】mv【方方法法总总结结】对对变变力力做做功功直直接接应应用用功功的的公公式式无无法法求求解解，而而应应用用动动能能定定理理非非常常方方便便，动动能能定定理可以求解变力做功的问题理可
20、以求解变力做功的问题第34页/共42页 如如图图437所所示示，轨轨道道的的两两端端翘翘起起，中中间间平平直直，平平直直部部分分长长s0.2 m，动动摩摩擦擦因因数数0.10，两两端端翘翘起起的的部部分分是是光光滑滑的的，设设一一物物体体从从距距平平直直部部分分高高h1.0 m处处由由静静止止沿沿轨轨道道滑滑下下，则则物物体体在在平平直直轨轨道道上上运运动动所所通通过过的的总总路路程程是是多多少？少？全程法应用动能定理全程法应用动能定理类型四类型四例例4 4图图437第35页/共42页【思思路路点点拨拨】对对于于一一些些复复杂杂的的物物理理过过程程，尤尤其其是是涉涉及及非非匀匀变变速速直直线线
21、运运动动的的过过程程，应应用用牛牛顿顿运运动动定定律律很很难难解解决决，而而动动能能定定理理由由于于不不涉涉及及中中间间过过程程，所所以以在在全全过过程程中中应应用用动动能能定定理理更更简简捷捷【自自主主解解答答】物物体体从从左左侧侧弯弯曲曲轨轨道道滑滑下下，通通过过平平直直轨轨道道后后滑滑上上右右侧侧弯弯曲曲轨轨道道，再再从从右右侧侧轨轨道道下下来来，滑滑上上左左侧侧轨轨道道，这这样样往往复复数数次次后后，因因平平直直轨轨道道的的摩摩擦擦作作用用，物物体体将将停停止止在在平平直直轨轨道道上，选取上，选取第36页/共42页物体刚开始下滑至停止这一运动过程来研究，物体刚开始下滑至停止这一运动过程
22、来研究，物体的初动能物体的初动能Ek10，末动能，末动能Ek20，设物体，设物体的质量为的质量为m，在平直轨道上运动的总路程为，在平直轨道上运动的总路程为s.则摩擦力做的功则摩擦力做的功Wfmgs，重力做的功，重力做的功WGmgh，轨道的支持力不做功，轨道的支持力不做功【答案答案】10 m第37页/共42页图438第38页/共42页解析：选D.物体从A到B所受弹力要发生变化，摩擦力大小也要随之发生变化，所以求克服摩擦力做的功，不能直接用功的公式求得而在BC段克服摩擦力所做的功，可直接求得对从A到C全过程应用动能定理即可求出在AB段克服摩擦力所做的功第39页/共42页设设物物体体在在AB段段克克服服摩摩擦擦力力所所做做的的功功为为WAB，物物体体从从A到到C的的全全过过程程，根根据据动动能能定定理理有有mgRWABmgR0所以有所以有WABmgRmgR(1)mgR.第40页/共42页本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束点此进入课件目录点此进入课件目录按按ESC键退出全屏播放键退出全屏播放谢谢使用第41页/共42页感谢您的观看！第42页/共42页