高一物理(粵教版)必修二同步課件_第4章_第3節(jié)_探究外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系

1、第三節(jié)探究外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系第三節(jié)探究外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系一、實(shí)驗(yàn)與探究1實(shí)驗(yàn)?zāi)康模篲.2實(shí)驗(yàn)方法：讓物體自由下落，下落過(guò)程經(jīng)過(guò)A、B兩點(diǎn)，測(cè)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_.動(dòng)能變化為Ek_.驗(yàn)證WG與Ek的關(guān)系mghAB探究外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系221122BAmvmv 3實(shí)驗(yàn)器材：_、紙帶、_、鐵架臺(tái)、夾子、_.4實(shí)驗(yàn)步驟：(1)按圖把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝在鐵架臺(tái)上，用導(dǎo)線把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與學(xué)生電源連接好(2)把紙帶的一端在重錘上用夾子固定好，另一端穿過(guò)計(jì)時(shí)器限位孔，用手 _提起紙帶使重錘?？吭赺電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器重錘 毫米刻度尺沿

2、豎直方向打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近(3)_，讓重錘自由下落(4)重復(fù)幾次，得到35條打好點(diǎn)的紙帶(5)在打好點(diǎn)的紙帶中挑選_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(cè)出對(duì)應(yīng)下落高度h1、h2、h3接通電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后，松開(kāi)紙帶點(diǎn)跡清晰(7)計(jì)算各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的重力做的功mgh和動(dòng)能的增加量mvn2，進(jìn)行比較 (8)將測(cè)得的數(shù)據(jù)填入下表，觀察、對(duì)比、分析，尋求規(guī)律.各點(diǎn)123456下落高度h(m)速度vn(m/s)mghnmvn2結(jié)論5.誤差分析(1)偶然誤差測(cè)量長(zhǎng)度時(shí)會(huì)帶來(lái)誤差，減小誤差的辦法是：測(cè)距離時(shí)都應(yīng)從_量起；多測(cè)幾次取平均值(2)系統(tǒng)誤差實(shí)驗(yàn)中重物和紙帶下落過(guò)程中要克服阻力(主要是

3、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的阻力)做功，故動(dòng)能的增加量Ek必定_重力做的功WG.第一個(gè)點(diǎn)O銷小于6注意事項(xiàng)(1)應(yīng)盡最大可能減小各種阻力的影響，可采取如下措施：應(yīng)選用質(zhì)量大和_的重物，以減小空氣阻力的影響打點(diǎn)計(jì)時(shí)器必須穩(wěn)固安裝在鐵架臺(tái)上，并且兩個(gè)限位孔的中線要_，以減小紙帶所受的摩擦力釋放前將紙帶_且保證不與限位孔接觸以減小紙帶與限位孔間的摩擦密度較大在同一豎直線上豎直通過(guò)限位孔(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)必須是_，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作后再放開(kāi)紙帶讓重物下落接通電源二、理論分析與論證1推導(dǎo)如圖所示，質(zhì)量為m的物體，在恒力F和摩擦力f作用下，經(jīng)位移s后，速度由v1增加到 v2.外力做的總功：W_.由牛頓第二定律：Ff_.ma(F

4、f)s由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式：s_.聯(lián)立式得：W_.即WEk2Ek1Ek.2結(jié)論：_.22212vva合外力對(duì)物體所做的功等于物體動(dòng)能的變化三、動(dòng)能定理1內(nèi)容：_對(duì)物體所做的功等于物體_2表達(dá)式：W_.式中E=表示物體的_；Ek1表示_；W表示_3功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系：(1)W為正功時(shí)，Ek2Ek1，物體的動(dòng)能_(2)W為負(fù)功時(shí)，Ek20，Ek0，表明物體的動(dòng)能增大；合力對(duì)物體做負(fù)功，即W0，Ek0，表明物體的動(dòng)能減小5動(dòng)能定理不僅描述了功和動(dòng)能增量之間的等值關(guān)系，還體現(xiàn)了它們之間的因果關(guān)系，也就是說(shuō)力對(duì)物體做功是引起物體動(dòng)能變化的原因，合外力做功的過(guò)程實(shí)質(zhì)上是其他形式的能與動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程，轉(zhuǎn)化了

5、多少由合外力做了多少功來(lái)度量二、動(dòng)能定理的應(yīng)用及優(yōu)越性1應(yīng)用動(dòng)能定理解題的步驟(1)確定研究對(duì)象和研究過(guò)程(2)對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析(研究對(duì)象以外的物體施于研究對(duì)象的力都要分析，含重力)(3)寫(xiě)出該過(guò)程中合外力做的功，或分別寫(xiě)出各個(gè)力做的功(注意功的正負(fù))如果研究過(guò)程中物體受力情況有變化，要分別寫(xiě)出該力在各個(gè)階段做的功(4)確定物體的初、末動(dòng)能(注意動(dòng)能增量是末動(dòng)能減初動(dòng)能)(5)按照動(dòng)能定理列式求解2優(yōu)越性(1)對(duì)于變力作用或曲線運(yùn)動(dòng)，動(dòng)能定理提供了一種計(jì)算變力做功的簡(jiǎn)便方法功的計(jì)算公式WFscos 只能求恒力做的功，不能求變力的功，而由于動(dòng)能定理提供了一個(gè)物體的動(dòng)能變化Ek與合外力對(duì)物體

6、所做功具有等量代換關(guān)系，因此已知(或求出)物體的動(dòng)能變化EkEk2Ek1，就可以間接求得變力做功 (2)與用牛頓定律解題的比較.牛頓定律動(dòng)能定理相同點(diǎn)確定研究對(duì)象，對(duì)物體進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)過(guò)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(dòng)對(duì)于物體在恒力或變力作用下，物體做直線或曲線運(yùn)動(dòng)均適用應(yīng)用方法要考慮運(yùn)動(dòng)過(guò)程的每一個(gè)細(xì)節(jié)，結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式解題只考慮各力的做功情況及初、末狀態(tài)的動(dòng)能運(yùn)算方法矢量運(yùn)算代數(shù)運(yùn)算兩種思路對(duì)比可以看出應(yīng)用動(dòng)能定理解題不涉及加速度、時(shí)間，不涉及矢量運(yùn)算，運(yùn)算簡(jiǎn)單不易出錯(cuò)探究實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 在探究外力做功與物體動(dòng)能變化的實(shí)驗(yàn)中，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用的電源的頻率為50 Hz，查得

7、當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭9.80 m/s2，測(cè)得所用的重物的質(zhì)量為1.00 kg.實(shí)驗(yàn)中得到一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，如圖，把第一個(gè)點(diǎn)記作O，另選連續(xù)的四個(gè)點(diǎn)A、B、C、D作為測(cè)量的點(diǎn)，經(jīng)測(cè)量知道A、B、C、D各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離分別是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(dòng)到C點(diǎn)，重力做的功為_(kāi)J，動(dòng)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)_解析：本題考查實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理問(wèn)題，根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理直接進(jìn)行計(jì)算T s0.02 （s）所以由O點(diǎn)到C點(diǎn)，重力做的功為：WGmgh1.009.8077.76102 J7.62 （J）打下C點(diǎn)

8、時(shí)紙帶(即物體)的瞬時(shí)速度：2t變式訓(xùn)練1探究力對(duì)原來(lái)靜止的物體做的功與物體獲得的速度的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，實(shí)驗(yàn)主要過(guò)程如下：(1)設(shè)法讓橡皮筋對(duì)小車做的功分別為W、2W、3W、(2)分析打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶，求出小車的速度v1、v2、v3、(3)作出Wv草圖；(4)分析Wv圖象如果Wv圖象是一條直線，表明Wv；如果不是直線，可考慮是否存在Wv2、Wv3、W等關(guān)系以下關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的說(shuō)法中有一項(xiàng)不正確，它是()A本實(shí)驗(yàn)設(shè)法讓橡皮筋對(duì)小車做的功分別為W、2W、3W、所采用的方法是選用同樣的橡皮筋，并在每次實(shí)驗(yàn)中使橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度保持一致當(dāng)用1條橡皮筋進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做的功為W，用2條、3

9、條、橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次、實(shí)驗(yàn)時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做的功分別是2W、3W、 B小車運(yùn)動(dòng)中會(huì)受到阻力，補(bǔ)償?shù)姆椒?，可以使木板適當(dāng)傾斜C某同學(xué)在一次實(shí)驗(yàn)中，得到一條記錄紙帶紙帶上打出的點(diǎn)，兩端密、中間疏出現(xiàn)這種情況的原因，可能是沒(méi)有使木板傾斜或傾角太小D根據(jù)記錄紙帶上打出的點(diǎn)，求小車獲得的速度的方法，是以紙帶上第一點(diǎn)到最后一點(diǎn)的距離來(lái)進(jìn)行計(jì)算解析：由實(shí)驗(yàn)原理可知改變橡皮筋做功多少的辦法是靠改變橡皮筋條數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，A對(duì)為使橡皮筋的拉力等于小車所受的合外力，通過(guò)使木板傾斜的方法平衡摩擦阻力，B對(duì)若沒(méi)有平衡或平衡摩擦力不足的話，就會(huì)出現(xiàn)橡皮筋拉力為零后，小車減速運(yùn)動(dòng)，打出的點(diǎn)逐漸變密，C對(duì)外力做

10、功后小車速度達(dá)到最大，表現(xiàn)為點(diǎn)間距最大且相對(duì)均勻，所以計(jì)算速度，應(yīng)以最后一段點(diǎn)間距進(jìn)行計(jì)算，D錯(cuò)答案：D對(duì)動(dòng)能定理的理解 一個(gè)25 kg的小孩從高度為3.0 m的滑梯頂端由靜止開(kāi)始滑下，滑到底端時(shí)的速度為2.0 m/s.取g10 m/s2，關(guān)于力對(duì)小孩做的功，以下結(jié)果正確的是()A合外力做功50 JB阻力做功500 JC重力做功500 JD支持力做功50 J解析：重力做功WGmgh25103 J750 J，C錯(cuò)；小孩所受支持力方向上的位移為零，故支持力做的功為零，D錯(cuò)；合外力做的功W合Ek0，即W合 mv2 2522 J50 J，A正確；WGW阻Ek0，做W阻mgh mv2750 J50 J7

11、00 J，B項(xiàng)錯(cuò)誤答案：A思維總結(jié)：(1)合力的功對(duì)應(yīng)動(dòng)能增量(2)重力做功取決于初、末位置的高度差(3)其他力的功可利用功的表達(dá)式或動(dòng)能定理求解變式訓(xùn)練2一個(gè)質(zhì)量為1 kg的物體被人用手由靜止向上提升1 m，這時(shí)物體的速度是2 m/s，則下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是()A手對(duì)物體做功12 JB合外力對(duì)物體做功12 JC合外力對(duì)物體做功2 JD物體克服重力做功10 JB 動(dòng)能定理的應(yīng)用如右圖所示，一質(zhì)量為2 kg的鉛球從離地面2 m高處自由下落，陷入沙面水平的沙坑中的深度為2 cm，求沙子對(duì)鉛球的平均阻力(g取10 m/s2)思路點(diǎn)撥：找出全過(guò)程初末狀態(tài)的動(dòng)能及重力、阻力做功、利用功能定理列式求解解析：

12、解法一：分階段求解設(shè)鉛球落到沙坑表面的速度為v，如圖所示，根據(jù)動(dòng)能定理，對(duì)自由下落過(guò)程有：答案：2 020 N思維總結(jié)：本題也可以應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律求解，但是過(guò)程比較繁瑣而應(yīng)用動(dòng)能定理解題，則不必考慮物體的具體運(yùn)動(dòng)過(guò)程，只需要明確物體初、末狀態(tài)的動(dòng)能和運(yùn)動(dòng)過(guò)程中合外力的做功情況即可特別是變力做功的情況，應(yīng)用動(dòng)能定理解題的優(yōu)越性就更加凸現(xiàn)出來(lái)了變式訓(xùn)練3有一質(zhì)量為m的木塊，從半徑為r的圓弧曲面上的a點(diǎn)滑向b點(diǎn)，如圖所示如果由于摩擦使木塊的運(yùn)動(dòng)速率保持不變，則以下敘述正確的是()A木塊所受的合外力為零B因木塊所受的力都不對(duì)其做功，所以合外力的功為零C重力和摩擦力的功為零D重力和摩擦力的合力為零思路點(diǎn)

13、撥：解答此類問(wèn)題時(shí)應(yīng)掌握以下三點(diǎn)：(1)動(dòng)能定理反映的是合外力的功和動(dòng)能變化的關(guān)系(2)速率不變，速度有可能變化(3)由功的公式可知不做功的原因有三個(gè)：一是力F為零，二是位移l為零，三是F、l夾角為90.解析：物體做曲線運(yùn)動(dòng)，速度方向變化，加速度不為零，合外力不為零，A錯(cuò)速率不變，動(dòng)能不變，由動(dòng)能定理知，合外力做功為零，支持力始終不做功，重力做正功，所以重力做的功與阻力做的功代數(shù)和為零，但重力和阻力的合力不為零，C對(duì)，B、D錯(cuò)答案：C基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)1在做“探究動(dòng)能定理”的實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)重力做的功總是大于重錘增加的動(dòng)能，造成這種現(xiàn)象的原因是()A選用的重錘質(zhì)量過(guò)大B選用的重錘質(zhì)量過(guò)小C空氣對(duì)重錘的阻力和

14、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)紙帶的阻力D實(shí)驗(yàn)時(shí)操作不精細(xì)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量不準(zhǔn)確解析：重錘和紙帶下落過(guò)程中要克服阻力做功，因此重力做的功要大于增加的動(dòng)能，C正確；重錘質(zhì)量的大小對(duì)阻力有影響，但不是造成上述現(xiàn)象的原因，A、B錯(cuò)答案：C2利用重錘下落探究外力做功與物體動(dòng)能變化的實(shí)驗(yàn)中，下面敘述正確的是()A應(yīng)該用天平稱出物體的質(zhì)量B應(yīng)該選用點(diǎn)跡清晰，特別是第一點(diǎn)沒(méi)有拉成長(zhǎng)條的紙帶C操作時(shí)應(yīng)先放紙帶再通電D打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接在電壓為46 V的直流電源上解析：本題考查實(shí)驗(yàn)器材的選取及正確的實(shí)驗(yàn)操作因?yàn)橹亓ψ龅墓εc動(dòng)能變化中都含有質(zhì)量m，驗(yàn)證相等時(shí)質(zhì)量可消去，因此不需稱出物體的質(zhì)量，A錯(cuò)；打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接在低壓交流電源上，D錯(cuò)；

15、計(jì)算重力做功時(shí)用到的下落高度需從下落點(diǎn)算起，所以操作時(shí)先通電再放紙帶，C錯(cuò)；選用紙帶時(shí)，首先要求點(diǎn)跡清晰，其次是前兩點(diǎn)間距約為2 mm，故B項(xiàng)正確答案：B 3在探究功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中作出Wv2圖象如圖所示，哪一個(gè)是符合實(shí)際的()解析：實(shí)驗(yàn)證明，力做的功W與物體速度v的二次方成正比，即Wv2，故作出的Wv2圖象為一條過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線，B正確答案：B4在“探究外力做功與物體動(dòng)能變化”的實(shí)驗(yàn)中下列實(shí)驗(yàn)步驟操作合理的排列順序是_(填寫(xiě)步驟前面的字母)A將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直安裝在鐵架臺(tái)上B接通電源，再松開(kāi)紙帶，讓重物自由下落C取下紙帶，更換新帶重新做實(shí)驗(yàn)D將重物固定在紙帶的一端，讓紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)

16、器，用手提紙帶E選擇一條合適的紙帶，用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h1、h2、h3、hn，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度v1、v2、v3、vnF分別計(jì)算出 mvn2和mghn，比較大小，尋求規(guī)律解析：在實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先組裝實(shí)驗(yàn)器材，所以放在首位的應(yīng)該是A和D，然后開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，要保證打出下落的起點(diǎn)和保證紙帶豎直下落以減小誤差，則下一步應(yīng)選用B步驟，待下落著地后第一次實(shí)驗(yàn)結(jié)束應(yīng)取下紙帶關(guān)掉電源然后重復(fù)實(shí)驗(yàn)以獲取多組數(shù)據(jù)，所以選C，最后是數(shù)據(jù)的處理，在驗(yàn)證前要選取合適的紙帶，然后在紙帶上測(cè)出高度及對(duì)應(yīng)點(diǎn)的速度，所以最后的步驟應(yīng)為E、F，故正確的實(shí)驗(yàn)順序?yàn)椋篈、D、B、C、E、F.答案：A、D、B、C、E、F5關(guān)于動(dòng)能定理

17、，下列說(shuō)法中正確的是()A某過(guò)程中外力的總功等于各力做功的絕對(duì)值之和B只要合外力對(duì)物體做功，物體的動(dòng)能就一定改變C在物體動(dòng)能不改變的過(guò)程中，動(dòng)能定理不適用D動(dòng)能定理只適用于受恒力作用而加速運(yùn)動(dòng)的過(guò)程解析：公式WEk中W為合外力做的功，也可以是各力做功的代數(shù)和，A錯(cuò)B對(duì)；動(dòng)能不變，只能說(shuō)明總功W0，動(dòng)能定理仍適用，C錯(cuò)；動(dòng)能定理既適用于恒力做功，也可適用于變力做功，D項(xiàng)錯(cuò)誤答案：B6.一質(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)，如右圖所示，則力F所做的功為()Amglcos BFlsin Cmgl(1cos )DFlcos 解析：從P到Q小球緩慢移動(dòng)可以認(rèn)為小球的動(dòng)能未變化，即Ek0，設(shè)拉力F做的功為WF，則從P到Q，外力對(duì)球做的總功WWFmgl(1cos )，由動(dòng)能定理WEk得WFmgl(1cos )0，故WFmgl(1cos )，C正確答案：C能力提升7一人用力踢質(zhì)量為1 kg的靜止足球，使球以10 m/s的水平速度飛出，設(shè)人踢球的平均作用力為200 N，球在水平方向滾動(dòng)的距離為20 m，則人對(duì)球做功為(g取10 m/s2)()A50 JB200 JC4 000 J D6 000 JA 8在h高處，以初速度v0向水平方向拋出一個(gè)小球，不計(jì)空氣阻力，小球著地時(shí)速度大小為()