魯科版必修2 動(dòng)能的改變 第1課時(shí) 課件(21張）.ppt

學(xué)案1動(dòng)能的改變 學(xué)點(diǎn)1動(dòng)能 4 對(duì)動(dòng)能概念的理解 動(dòng)能是狀態(tài)量 物體的動(dòng)能ek 1 2 mv2 與某一時(shí)刻的速度相對(duì)應(yīng) 即與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相對(duì)應(yīng) 因此式中的v是瞬時(shí)速度 而不能是平均速度 物體的動(dòng)能與其受力與否無關(guān) 相對(duì)性 由于物體的速度與參照物的選擇有關(guān) 因此物體的動(dòng)能也與參照物的選取有關(guān) 通常選地面為參照物 速度和動(dòng)能 一個(gè)物體的速度發(fā)生變化 其動(dòng)能不一定改變 但動(dòng)能變化時(shí) 速度一定變化 這是因?yàn)樗俣仁鞘噶?而動(dòng)能是標(biāo)量 1 定義 物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能叫做動(dòng)能 2 表達(dá)式 ek mv2 3 單位 動(dòng)能的單位與功的單位相同 國際單位都是焦耳 符號(hào)j 1j 1kg m s 2 1n m 例1 關(guān)于動(dòng)能的概念 下列說法中正確的是 a 物體由于運(yùn)動(dòng)具有的能 叫做動(dòng)能b 運(yùn)動(dòng)物體具有的能 叫做動(dòng)能c 運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量越大 其動(dòng)能一定越大d 速度較大的物體 具有的動(dòng)能一定較大 解析 動(dòng)能是指物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量 而運(yùn)動(dòng)物體具有的能量并不一定都是動(dòng)能 例如 空中飛行的飛機(jī) 這個(gè)運(yùn)動(dòng)中的飛機(jī)所具有的能不能都叫做動(dòng)能 在高空中它還具有重力勢(shì)能 故a正確 b錯(cuò)誤 影響動(dòng)能多少的因素有質(zhì)量和速度 物體的質(zhì)量越大 速度越大 動(dòng)能就越大 一切運(yùn)動(dòng)的物體都具有動(dòng)能 但不能說一切有質(zhì)量的物體都具有動(dòng)能 所以 c選項(xiàng)是錯(cuò)誤的 子彈比飛機(jī)飛得快 但動(dòng)能不比飛機(jī)大 是因?yàn)橘|(zhì)量太小 故d選項(xiàng)也是錯(cuò)誤的 動(dòng)能是由物體的質(zhì)量和速度共同決定的 運(yùn)動(dòng)物體所具有的能量并不一定僅僅是動(dòng)能 a 1 質(zhì)量為10g 以0 8km s的速度飛行的子彈與質(zhì)量為60kg 以10m s的速度奔跑的運(yùn)動(dòng)員 二者相比 哪一個(gè)的動(dòng)能大 答案 子彈的動(dòng)能大 學(xué)點(diǎn)2恒力做功與動(dòng)能改變的關(guān)系 實(shí)驗(yàn)與探究 1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?探究恒力做功與物體動(dòng)能改變的關(guān)系 2 實(shí)驗(yàn)器材 帶定滑輪的長(zhǎng)木板 小車 砝碼 電火花計(jì)時(shí)器 或電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及學(xué)生電源 紙帶 刻度尺 天平 3 要點(diǎn)提示 實(shí)驗(yàn)要測(cè)量的物理量 小車的質(zhì)量m 小車受到的拉力f 小車的速度v 小車前進(jìn)的距離 或位移 s 實(shí)驗(yàn)中 當(dāng)小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于懸掛的鉤碼質(zhì)量時(shí) f mg 那么 遠(yuǎn)大于 取什么數(shù)值較合適 一般取小車的質(zhì)量是鉤碼質(zhì)量的10 20倍即可 實(shí)驗(yàn)中 平衡摩擦力是關(guān)鍵 在平衡摩擦力時(shí) 不要懸掛鉤碼 但小車應(yīng)連著紙帶 將長(zhǎng)木板固定滑輪的一端墊高 給小車一個(gè)初速度 如果小車恰好能勻速下滑 表明小車受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡 4 實(shí)驗(yàn)原理 通過實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)驗(yàn)證與fs間的數(shù)值關(guān)系 5 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 恒力所做的功與動(dòng)能變化在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)是相等的 若打出的紙帶如圖2 1 1所示 研究的過程是a到b 則打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打a b兩點(diǎn)時(shí) 計(jì)算小車速度的公式是 為了減小誤差 a1 a2之間 b1 b2之間的點(diǎn)可多取些 但必須保證a對(duì)應(yīng)a1 a2的中間時(shí)刻 b對(duì)應(yīng)b1 b2的中間時(shí)刻 圖2 1 1 例2 某試驗(yàn)小組利用拉力傳感器和速度傳感器探究 動(dòng)能定理 如圖2 1 2所示 他們將拉力傳感器固定在小車上 用不可伸長(zhǎng)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a b兩點(diǎn)各安裝一個(gè)速度傳感器 記錄小車通過a b時(shí)的速度大小 小車中可以放置砝碼 1 實(shí)驗(yàn)主要步驟如下 測(cè)量 和拉力傳感器的總質(zhì)量m1 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 將小車停在c點(diǎn) 小車在細(xì)線牽引下運(yùn)動(dòng) 記錄細(xì)線拉力及小車通過a b時(shí)的速度 在小車中增加砝碼 或 重復(fù) 的操作 2 下表是他們測(cè)得的一組數(shù)據(jù) 其中m是m1與小車中砝碼質(zhì)量之和 v22 v12 是兩個(gè)速度傳感器記錄速度的平方差 可以據(jù)此計(jì)算出動(dòng)能變化量 e f是拉力傳感器受到的拉力 w是f在a b間所做的功 表格中的 e3 w3 結(jié)果保留三位有效數(shù)字 圖2 1 2 數(shù)據(jù)記錄表 小車 砝碼 然后釋放小車 減少砝碼 0 600 0 610 3 根據(jù)上表 請(qǐng)?jiān)趫D2 1 3中的方格紙上作出 e w圖線 解析 2 e3 1 2 m v22 v12 1 2 0 500 2 40j 0 600jw3 fs 1 220 0 500j 0 610j 3 如圖2 1 4所示 圖2 1 3 圖2 1 4 1 實(shí)驗(yàn)的部分步驟如下 在小車中放入砝碼 把紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 連在小車后端 用細(xì)線連接小車和鉤碼 將小車停在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近 小車拖動(dòng)紙帶 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一列點(diǎn) 改變鉤碼或小車中砝碼的數(shù)量 更換紙帶 重復(fù) 的操作 2 如圖2 1 6是鉤碼質(zhì)量為0 03kg 砝碼質(zhì)量為0 02kg時(shí)得到的一條紙帶 在紙帶上選擇起始點(diǎn)o及a b c d和e五個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn) 可獲得各計(jì)數(shù)點(diǎn)到o的距離s及對(duì)應(yīng)時(shí)刻小車的瞬時(shí)速度v 請(qǐng)將c點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果填在表中的相應(yīng)位置 某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖2 1 5所示的裝置探究 恒力做功與動(dòng)能改變的關(guān)系 鉤碼尚未到達(dá)地面 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作頻率為50hz 3 在小車的運(yùn)動(dòng)過程中 對(duì)于鉤碼 砝碼和小車組成的系統(tǒng) 做正功 做負(fù)功 4 實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出了如圖2 1 7所示的圖線 其中 v2 v2t v20 根據(jù)圖線可獲得的結(jié)果是 要驗(yàn)證 恒力做功與動(dòng)能改變的關(guān)系 還需要測(cè)量的物理量是摩擦力和 圖2 1 5 圖2 1 6 圖2 1 7 接通電源 釋放小車 斷開開關(guān) 5 06 0 49 鉤碼的重力 小車受的摩擦阻力 小車初末速度的平方差與位移成正比 小車的質(zhì)量 2 學(xué)點(diǎn)3動(dòng)能定理 1 定理內(nèi)容 合外力對(duì)物體所做的功等于物體動(dòng)能的改變 2 表達(dá)式 w ek2 ek1式中w表示合外力f在這一過程中所做的功 ek1表示物體的初動(dòng)能 ek2表示物體的末動(dòng)能 3 動(dòng)能定理的說明 研究對(duì)象是一個(gè)物體或一個(gè)物體系統(tǒng) 合外力引起物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化 外力所做總功引起物體的動(dòng)能變化 動(dòng)能定理反映的是外力的總功與物體動(dòng)能變化之間的關(guān)系 跟合外力與物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的關(guān)系有所不同 如果一個(gè)物體受到的合外力不為零 物體的運(yùn)動(dòng)速度將發(fā)生變化 如果一個(gè)物體外力對(duì)它做的總功不為零 物體的動(dòng)能將發(fā)生變化 表面看來兩者似乎相同 但仔細(xì)分析會(huì)發(fā)現(xiàn)如果一個(gè)物體受到的合外力為零 物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)將保持不變 如果外力對(duì)一個(gè)物體所做總功為零 物體動(dòng)能保持不變 但物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)仍可能變化 運(yùn)動(dòng)方向可能變化 所以合外力引起物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化 外力所做總功引起物體的動(dòng)能變化 兩者不能混淆 動(dòng)能定理是一個(gè)標(biāo)量式 應(yīng)用時(shí)不用考慮方向 動(dòng)能是正標(biāo)量 無負(fù)值 但動(dòng)能的變化量 ek可以為負(fù) 當(dāng)外力功的總和為正功時(shí) 末動(dòng)能大于初動(dòng)能 ek為正 當(dāng)外力功的總和為負(fù)功時(shí) 末動(dòng)能小于初動(dòng)能 ek為負(fù) w為外力功的代數(shù)和 外力既可以同時(shí)作用 也可以是先后作用 在動(dòng)能定理中 w為物體所受合外力的功 同時(shí)也為物體所受各個(gè)外力功的代數(shù)和 而且其外力既可以是有幾個(gè)外力同時(shí)作用在物體上 也可以是先后作用在物體上的幾個(gè)力 如 一個(gè)物體先受到力f1的作用 f1對(duì)物體做功w1 后改用力f2作用于物體 f2對(duì)物體做功w2 則整個(gè)過程中外力對(duì)物體所做總功w w1 w2 取地面為參照物應(yīng)用動(dòng)能定理時(shí) 還應(yīng)注意參照物的選取 由于動(dòng)能定理中的物理量 功和動(dòng)能的大小均與參照物的選取有關(guān) 所以使用動(dòng)能定理時(shí) 參照物不能變化 一般情況下 均取地面為參照物 即動(dòng)能中物體的速度 各力做功中物體的位移 都是對(duì)地面而言的 從這個(gè)例題可以看出 動(dòng)能定理不涉及物體運(yùn)動(dòng)過程中的加速度和時(shí)間 因此用它處理問題有時(shí)比較方便 在應(yīng)用動(dòng)能定理時(shí)還應(yīng)注意到 根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式v2 2as 外力所做的功可正可負(fù) 如果外力做正功 物體的動(dòng)能增加 外力做負(fù)功 物體的動(dòng)能減少 這個(gè)例題也可以用牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求解 根據(jù)牛頓第二定律f牽 f阻 ma 所以f牽 f阻 ma kmg m v2 2s 1 8 104n 例3 一架噴氣式飛機(jī) 質(zhì)量m 5 0 103kg 起飛過程中從靜止開始滑跑 當(dāng)位移達(dá)到s 5 3 102m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)重量的0 02倍 求飛機(jī)受到的牽引力 取g 10m s2 答案 1 8 104n 解析 飛機(jī)的初動(dòng)能ek1 0 末動(dòng)能ek2 1 2 mv2 合力f做的功w fs 根據(jù)動(dòng)能定理 有fs 1 2 mv2 0合力f為牽引力f牽與阻力f阻之差 而阻力與重量的關(guān)系為f阻 kmg 其中k 0 02 所以f f牽 kmg代入上式后解出f牽 mv2 2s kmg 把數(shù)據(jù)代入后得到f牽 1 8 104n 3 一列車的質(zhì)量是5 0 105kg 在平直的軌道上以額定功率3000kw加速行駛 當(dāng)速度由10m s加速到所能達(dá)到的最大速度30m s時(shí) 共用了2min 則在這段時(shí)間內(nèi)列車前進(jìn)的距離是多少 設(shè)阻力恒定 答案 1600m 例4 如圖2 1 8所示 bc是一條平直軌道 c點(diǎn)距b點(diǎn)的距離為s 3 0m ab是一條豎直平面內(nèi)的圓形軌道 軌道長(zhǎng)為1 4圓周 其中a比b高h(yuǎn) 80cm 有一個(gè)質(zhì)量為m 1kg的物體從靜止開始沿ab軌道滑下 測(cè)得它經(jīng)過b點(diǎn)的速度為vb 2 0m s 當(dāng)滑行到c點(diǎn)處時(shí)停止 求 1 物體在ab軌道上受到的平均阻力f 2 物體在bc軌道上的動(dòng)摩擦因數(shù) 4 關(guān)于用動(dòng)能定理求解變力做功的問題在某些問題中 由于力f的大小 方向的變化 不能用w fscos 求出變力做功的值 此時(shí)可由其做功的結(jié)果 動(dòng)能的變化來求變力的功 圖2 1 8 解析 由于物體在圓弧軌道ab上運(yùn)動(dòng)時(shí) 沿圓弧切線方向合力不為零 產(chǎn)生切向加速度 所以物體做變速曲線運(yùn)動(dòng) 滑動(dòng)摩擦力的大小也在變化 用平均阻力f處理 無法用牛頓第二定律求解 但是可以用動(dòng)能定理來求解 1 研究對(duì)象 質(zhì)量為m的物體研究過程 物體在ab軌道上運(yùn)動(dòng)物體受力 重力mg 彈力n1 平均阻力f 其中重力做正功 彈力總是垂直軌道不做功 平均阻力做負(fù)功 因阻力方向總是沿切線方向 阻力方向上做功的總和wf f r 2根據(jù)動(dòng)能定理有mgr f r 2 ekb eka eka 0 ekb 1 2 mvb2mgr f r 2 1 2 mvb2 0f m 2gr vb2 r 2 9 8 0 8 4 0 8 3 14 n 4 6n 2 研究對(duì)象 質(zhì)量為m的物體研究過程 物體在水平面bc上運(yùn)動(dòng)物體受力 重力mg 彈力n2 滑動(dòng)摩擦力f2 重力 彈力不做功 滑動(dòng)摩擦力做負(fù)功 根據(jù)動(dòng)能定理有 f2s ekc ekb f2 n2 n2 mg ekb 1 2 mvb2 ekc 0 所以 mgs 0 1 2 mvb2 vb2 2gs 4 2 9 8 3 0 07 變力做功問題比較復(fù)雜 一般不易求出 應(yīng)用動(dòng)能定理實(shí)現(xiàn)了功能的轉(zhuǎn)化 求出動(dòng)能的變化也就知道了所有力做的總功或者某個(gè)力做的功 答案 1 4 6n 2 0 07 4 一質(zhì)量為m的小球 用長(zhǎng)為l的輕繩懸掛于o點(diǎn) 小球在水平力f作用下 從平衡位置p點(diǎn)很緩慢地移動(dòng)到q點(diǎn) 如圖2 1 9所示 則水平力f所做的功為 a mglcos b flsin c mgl 1 cos d flcos 圖2 1 9 c 我的見解 1 物理意義動(dòng)能定理指出了物體動(dòng)能的變化是通過外力做功的過程 即力對(duì)空間的積累 來實(shí)現(xiàn)的 并且通過功來量度 即外力對(duì)物體做的總功 對(duì)應(yīng)著物體動(dòng)能的變化 注意 動(dòng)能定理的表達(dá)式中等號(hào)的意義是一種因果關(guān)系 表明了數(shù)值上是相等的 并不意味著 功就是動(dòng)能增量 也不是 功轉(zhuǎn)變成動(dòng)能 而是 功引起物體動(dòng)能的變化 2 動(dòng)能定理的計(jì)算式是標(biāo)量式 v s為相對(duì)同一參考系 一般為地面 的運(yùn)動(dòng)量 且式中只涉及動(dòng)能和功 無其他形式的能 3 動(dòng)能定理的研究對(duì)象是單一物體 或者可以看成單一物體的物體系 反映外力的功引起動(dòng)能變化的規(guī)律 考慮其他物體的能量變化 4 動(dòng)能定理適用于物體的直線運(yùn)動(dòng) 也適用于曲線運(yùn)動(dòng) 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 即可以各力同時(shí)作用 也可以分階段作用 只要求在作用過程中各力做功的多少和正負(fù)即可 這些正是應(yīng)用動(dòng)能定理的優(yōu)越性所在 5 任意外力的功都能引起動(dòng)能的變化 而只有重力或彈力做功才能引起重力勢(shì)能 彈性勢(shì)能的變化 要注意這種對(duì)應(yīng)關(guān)系的區(qū)別 注意 動(dòng)能定理只強(qiáng)調(diào)初末狀態(tài)動(dòng)能的變化 在一段過程中初末位置的動(dòng)能變化量為零 并不意味著在此過程中的各個(gè)時(shí)刻動(dòng)能不變化 物體所受合力不為零時(shí) 其動(dòng)能不一定變化 比如合力方向始終與速度垂直 動(dòng)能就不會(huì)變化 1 如何理解動(dòng)能定理 我的見解 1 選取研究對(duì)象 一般情況下是單個(gè)物體或可以看成單個(gè)物體的物體系 要明確物體的運(yùn)動(dòng)過程 2 進(jìn)行受力分析 如果包括多個(gè)過程 要逐個(gè)階段進(jìn)行分析 并要弄清是恒力還是變力 明確各個(gè)力的做功情況 是做正功還是做負(fù)功 將總功表達(dá)出來 應(yīng)注意同一個(gè)力在不同的階段做功的正 負(fù)可能不同 3 選定初 末狀態(tài) 確定所研究過程的起 止?fàn)顟B(tài) 表示出初 末動(dòng)能 4 利用動(dòng)能定理列方程 用w ek2 ek1 列方程時(shí) 應(yīng)注意w與 ek2 ek1 是對(duì)應(yīng)于同一個(gè)過程 由于動(dòng)能定理不是矢量式 因此不存在分量式 5 求解并進(jìn)行檢驗(yàn) 2 如何應(yīng)用動(dòng)能定理解題 例題 物體從高出地面h處由靜止自由落下 不考慮空氣阻力 落至沙坑表面后又進(jìn)入沙坑h深度停止 如圖所示 求物體在沙坑中受到的平均阻力是其重力的多少倍 解析 方法一 選物體為研究對(duì)象 先研究自由落體過程 只有重力做功 設(shè)物體質(zhì)量為m 落到沙坑表面時(shí)速度為v 根據(jù)動(dòng)能定理 有mgh 1 2 mv2 0 再研究物體在沙坑中的運(yùn)動(dòng)過程 此過程重力做正功 阻力f做負(fù)功 根據(jù)動(dòng)能定理有mgh fh 0 1 2 mv2 由 兩式解得fmg h h h可見物體在沙坑中受到的平均阻力是其重力的 h h h倍 方法二 研究物體運(yùn)動(dòng)的全過程 重力做的功為mg h h 阻力做的功為 fh 初 末狀態(tài)物體的動(dòng)能都是零