高一物理課件（廣東專用）：第四章 第三節(jié)《探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系》（粵教必修二）

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歡迎進(jìn)入物理課堂 第三節(jié)探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系 動能定理 合外力 動能 1 動能定理 對物體所做的功等于物體 的 變化 Ek2 Ek1 Ek 2 表達(dá)式 W 或W 3 當(dāng)外力對物體做正功時(shí) 末動能 初動能 當(dāng)外 力對物體做負(fù)功時(shí) 末動能 初動能 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 W0 W1 W2 Wn W0為合力做的功 Wn n 1 2 為分力做的功 要點(diǎn)1 動能定理的實(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 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4 3 1所示 把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝在鐵架臺上 并接好電路 圖4 3 1 F 利用公式vn B 紙帶的一端用夾子固定在重錘上 另一端穿過打點(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 3 5次 挑選出點(diǎn)跡清晰的紙帶用來分析 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)的速度大小 G 并求出相鄰兩點(diǎn)間重錘動能的增量 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能的增量 2 理論分析與論證 如圖4 3 2所示 設(shè)物體的質(zhì)量為m 在與運(yùn)動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4 3 2 理論分析表明 合外力對物體所做的功等于物體動能的變 化 這個(gè)結(jié)論叫做動能定理 例1 請用卷尺一把 彈簧測力計(jì)一個(gè) 鋼球一個(gè) 帶小孔 重錘 復(fù)寫紙和白紙 設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn) 測量你水平拋出鋼球時(shí)對鋼球所做的功 并寫出實(shí)驗(yàn)步驟 解析 用卷尺可測出鋼球拋出點(diǎn)與落地點(diǎn)的水平距離和豎直高度 根據(jù)平拋運(yùn)動的規(guī)律可求得拋出點(diǎn)的初速度 由動能定理 可求得對鋼球所做的功 5 在鋼球拋出點(diǎn)懸掛重錘 用卷尺沿鉛垂線方向測出鋼球拋出點(diǎn)離地面的高度h 并用卷尺測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)動的水平距離 6 用彈簧測力計(jì)懸掛鋼球使之處于靜止?fàn)顟B(tài) 讀出測力計(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 動能定理 如圖4 3 3所示 他們將拉力傳感器固定在小車上 用不可伸長的細(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 圖4 3 3 1 實(shí)驗(yàn)主要步驟如下 測量小車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) 然后釋放小車 小車在細(xì)線拉動下運(yùn) 動 記錄 A A 細(xì)線拉力及小車通過A B時(shí)的速度B 鉤碼的質(zhì)量和小車的質(zhì)量C 鉤碼的質(zhì)量及小車通過A B時(shí)的速度D 小車的質(zhì)量和細(xì)線的長度 在小車中增加砝碼 或減少砝碼 重復(fù)步驟 的操作 0 600 0 610 果保留三位有效數(shù)字 表1數(shù)據(jù)記錄表 2 表1是他們測得的一組數(shù)據(jù) 其中M是M1與小車中砝碼質(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 E3 W3 3 根據(jù)表1提供的數(shù)據(jù) 請?jiān)趫D4 3 4中作出 E W圖線 圖10 圖4 3 4 解 如圖10所示 要點(diǎn)2 動能定理的理解與應(yīng)用 1 對動能定理的理解 1 W為物體所受外力的總功 包括物體所受重力 2 動能定理揭示了合外力對物體做功與物體動能的變化之間的因果聯(lián)系和定量關(guān)系 定理表明 合外力對物體做了多少功 物體的動能就增加 減少 多少 合外力做正功 物體的動能增加 合外力做負(fù)功 物體的動能減少 3 適用條件 動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)動的情況下推導(dǎo)出來的 但是對于外力是變力或物體做曲線運(yùn)動 動能定理都成立 2 優(yōu)越性 1 對于變力作用或曲線運(yùn)動 動能定理提供了一種計(jì)算變力做功的簡便方法 功的計(jì)算公式W Fscos 只能求恒力做的功 不能求變力做的功 而由于動能定理提供了一個(gè)物體的動能變化 Ek與合外力對物體所做功具有等量代換關(guān)系 因此已知 或求出 物體動能變化 Ek Ek2 Ek1 就可以間接求得變力做的功 2 與用牛頓定律解題的比較 3 運(yùn)用動能定理解題的一般步驟 1 明確研究對象和運(yùn)動過程 2 分析過程中力做功情況 3 明確初 末狀態(tài)的動能 4 列方程 并求解 例2 一鉛球運(yùn)動員 奮力一推 將8kg的鉛球推出10m遠(yuǎn) 鉛球落地后將地面擊出一坑 有經(jīng)驗(yàn)的專家根據(jù)坑的深度形狀認(rèn)為鉛球落地的速度大約是12m s 若鉛球出手時(shí)的高度是2m 求推球過程中運(yùn)動員對球做的功大約是多少 g取10m s2 對運(yùn)動員推鉛球的過程應(yīng)用動能定理 推力是對鉛球的合 力 則人對球做的功為 代入數(shù)據(jù)解得W人 416J 方法二 全過程法 對人開始推鉛球到鉛球落地整個(gè)過程應(yīng)用動能定理得 2 如圖4 3 5所示 在高為H的平臺上以初速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) 小球的動能增量為 圖4 3 5 3 一個(gè)質(zhì)量為m的小球 用長為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)很緩慢地移動到Q 點(diǎn) 如圖4 3 6所示 則拉力F所做的功為 C A mglcos B Flcos C mgl 1 cos D mglcos 解析 題中 很緩慢地移動 的隱含條件是速度大小不變 由動能定理有WF mgl 1 cos 0 WF mgl 1 cos 圖4 3 6 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全