《探究外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系》課件（2）

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1、第三節(jié)第三節(jié) 探究外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系探究外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系動(dòng)能定理合外力動(dòng)能1動(dòng)能定理：_對(duì)物體所做的功等于物體_的變化Ek2Ek1Ek2表達(dá)式：W_或 W_.3當(dāng)外力對(duì)物體做正功時(shí)，末動(dòng)能_初動(dòng)能；當(dāng)外力對(duì)物體做負(fù)功時(shí)，末動(dòng)能_初動(dòng)能大于小于4合外力做的功(1)包括重力在內(nèi)的所有外力做的功(2)W0W1W2Wn，W0為合力做的功，Wn(n1,2，)為分力做的功要點(diǎn)1動(dòng)能定理的實(shí)驗(yàn)探究1實(shí)驗(yàn)研究：探究外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系(1)實(shí)驗(yàn)器材：電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、重錘、鐵架臺(tái)、鉤碼、夾子、刻度尺、學(xué)生電源、導(dǎo)線若干(2)實(shí)驗(yàn)步驟：A按圖 431 所示，把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝在

2、鐵架臺(tái)上，并接好電路； 圖 431F利用公式vnB紙帶的一端用夾子固定在重錘上，另一端穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，豎直提起紙帶使重錘靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，用夾子把紙帶上端夾住；C先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，待穩(wěn)定后，釋放紙帶，讓重錘自由下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打點(diǎn)；D重復(fù)幾次(35 次)，挑選出點(diǎn)跡清晰的紙帶用來(lái)分析；E在選取紙帶中，選取點(diǎn)跡間距較大的點(diǎn)，并標(biāo)上 0、1、2、3、4、，量出各點(diǎn)到 0 點(diǎn)的距離 h1、h2、h3、；求出各點(diǎn)的速度大??；G并求出相鄰兩點(diǎn)間重錘動(dòng)能的增量Ek 和重錘重力做的功 W；H比較重力所做的功 W 和動(dòng)能增量Ek 的關(guān)系，得出結(jié)論結(jié)論：在誤差范圍內(nèi)，重力所做的功等于物體動(dòng)能

3、的增量2理論分析與論證如圖 432 所示，設(shè)物體的質(zhì)量為 m，在與運(yùn)動(dòng)方向相同的恒定外力 F 的作用下發(fā)生一段位移 s，速度由 v1 增加到 v2，已知物體與水平面間的摩擦力恒為 f，由牛頓定律得 W合F合 s圖 432理論分析表明：合外力對(duì)物體所做的功等于物體動(dòng)能的變化，這個(gè)結(jié)論叫做動(dòng)能定理【例1】請(qǐng)用卷尺一把、彈簧測(cè)力計(jì)一個(gè)、鋼球一個(gè)(帶小孔)、重錘、復(fù)寫(xiě)紙和白紙，設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，測(cè)量你水平拋出鋼球時(shí)對(duì)鋼球所做的功，并寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)步驟解析：用卷尺可測(cè)出鋼球拋出點(diǎn)與落地點(diǎn)的水平距離和豎直高度；根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律可求得拋出點(diǎn)的初速度；由動(dòng)能定理，可求得對(duì)鋼球所做的功答案：(1)將鋼球用手固定在某一位

4、置，用力將鋼球水平推出，觀察鋼球落地點(diǎn)的大概位置；(2)在鋼球落地點(diǎn)的大概位置上鋪一張白紙，在白紙上方鋪上復(fù)寫(xiě)紙并固定；(3)重復(fù)步驟(1)多次(510 次)；(4)取開(kāi)復(fù)寫(xiě)紙，白紙位置固定，在小球落在白紙上留下的痕跡中作一外切圓，標(biāo)出外切圓的圓心；(5)在鋼球拋出點(diǎn)懸掛重錘，用卷尺沿鉛垂線方向測(cè)出鋼球拋出點(diǎn)離地面的高度 h，并用卷尺測(cè)出重錘在地面的投影點(diǎn)與外切圓圓心的距離 s，即鋼球做平拋運(yùn)動(dòng)的水平距離；(6)用彈簧測(cè)力計(jì)懸掛鋼球使之處于靜止?fàn)顟B(tài)，讀出測(cè)力計(jì)1(2011 年佛山一中期末)某實(shí)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 433 所示，他們將拉力傳感器固定在小車(chē)上，用

5、不可伸長(zhǎng)的細(xì)線將其通過(guò)一個(gè)定滑輪與鉤碼相連，用拉力傳感器記錄小車(chē)受到拉力的大小在水平桌面上相距 50.0 cm 的 A、B 兩點(diǎn)各安裝一個(gè)速度傳感器記錄小車(chē)通過(guò) A、B 時(shí)的速度大小小車(chē)中可以放置砝碼圖 433(1)實(shí)驗(yàn)主要步驟如下：測(cè)量小車(chē)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(guò)定滑輪與鉤碼相連，正確連接所需電路；將小車(chē)停在 C 點(diǎn)，然后釋放小車(chē)，小車(chē)在細(xì)線拉動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，記錄()AA細(xì)線拉力及小車(chē)通過(guò) A、B 時(shí)的速度B鉤碼的質(zhì)量和小車(chē)的質(zhì)量C鉤碼的質(zhì)量及小車(chē)通過(guò) A、B 時(shí)的速度D小車(chē)的質(zhì)量和細(xì)線的長(zhǎng)度在小車(chē)中增加砝碼，或減少砝碼，重復(fù)步驟的操作次數(shù)M/kgE/

6、JF/NW/J10.5000.7600.1900.4000.20020.5001.650.4130.8400.42030.5002.40E31.220W341.0002.401.202.4201.2151.0002.841.422.8601.430.6000.610果保留三位有效數(shù)字)表 1數(shù)據(jù)記錄表(2)表1是他們測(cè)得的一組數(shù)據(jù)，其中M是M1與小車(chē)中砝碼質(zhì)量m之和， 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(xiàn)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E3_，W3_(3)根據(jù)表 1 提供的數(shù)據(jù)，請(qǐng)?jiān)趫D 434 中作出EW 圖線圖 10圖 434解：如圖10 所

7、示要點(diǎn)2動(dòng)能定理的理解與應(yīng)用1對(duì)動(dòng)能定理的理解(1)W 為物體所受外力的總功(包括物體所受重力)(2)動(dòng)能定理揭示了合外力對(duì)物體做功與物體動(dòng)能的變化之間的因果聯(lián)系和定量關(guān)系定理表明，合外力對(duì)物體做了多少功，物體的動(dòng)能就增加(減少)多少合外力做正功，物體的動(dòng)能增加；合外力做負(fù)功，物體的動(dòng)能減少(3)適用條件：動(dòng)能定理雖然是在物體受恒力作用沿直線做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的情況下推導(dǎo)出來(lái)的，但是對(duì)于外力是變力或物體做曲線運(yùn)動(dòng)，動(dòng)能定理都成立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，不能求變力做的功，而由于動(dòng)能定理提供了一個(gè)物體

8、的動(dòng)能變化Ek 與合外力對(duì)物體所做功具有等量代換關(guān)系，因此已知(或求出)物體動(dòng)能變化EkEk2Ek1，就可以間接求得變力做的功牛頓定律動(dòng)能定理不同點(diǎn)適用條件一般只能研究在恒力作用下物體做直線運(yùn)動(dòng)的情況對(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(2)與用牛頓定律解題的比較3.運(yùn)用動(dòng)能定理解題的一般步驟(1)明確研究對(duì)象和運(yùn)動(dòng)過(guò)程(2)分析過(guò)程中力做功情況(3)明確初、末狀態(tài)的動(dòng)能(4)列方程，并求解【例2】一鉛球運(yùn)動(dòng)

9、員，奮力一推，將 8 kg 的鉛球推出 10 m遠(yuǎn)鉛球落地后將地面擊出一坑，有經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)家根據(jù)坑的深度形狀認(rèn)為鉛球落地的速度大約是 12 m/s.若鉛球出手時(shí)的高度是2 m，求推球過(guò)程中運(yùn)動(dòng)員對(duì)球做的功大約是多少？(g 取 10 m/s2)解：方法一：分段法設(shè)鉛球出手時(shí)的速度大小是v0，鉛球從出手到落地這一過(guò)程中只有重力對(duì)鉛球做功，根據(jù)動(dòng)能定理有對(duì)運(yùn)動(dòng)員推鉛球的過(guò)程應(yīng)用動(dòng)能定理，推力是對(duì)鉛球的合力，則人對(duì)球做的功為代入數(shù)據(jù)解得W人416 J.方法二：全過(guò)程法對(duì)人開(kāi)始推鉛球到鉛球落地整個(gè)過(guò)程應(yīng)用動(dòng)能定理得2如圖 435 所示，在高為 H 的平臺(tái)上以初速 v0 拋出一個(gè)質(zhì)量為 m 的小球，不計(jì)空氣阻力，當(dāng)它到達(dá)離拋出點(diǎn)的豎)D直距離為 h 的 B 點(diǎn)時(shí)，小球的動(dòng)能增量為(圖 4353一個(gè)質(zhì)量為 m 的小球，用長(zhǎng)為 l 的輕繩懸掛于 O 點(diǎn)，小球在水平拉力 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 436 所示，則拉力 F 所做的功為()CAmglcos BFlcos Cmgl(1cos )Dmglcos 解析：題中“很緩慢地移動(dòng)”的隱含條件是速度大小不變，由動(dòng)能定理有WFmgl(1cos )0，WFmgl(1cos )圖 436