2022年高中物理第章动能的变化与机械功探究动能变化跟做功的关系教学案沪科版必修 .docx

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1、精品_精品资料_3.1探究动能变化跟做功的关系 学习目标 1. 懂得动能的概念, 会依据动能的表达式运算物体的动能.2. 能从牛顿其次定律与运动学公式导出动能定理,懂得动能定理的物理意义.3. 能应用动能定懂得决简洁的问题.4. 把握探究恒力做功与物体动能变化的试验方法.一、动能、动能定理拼十年寒 窗挑灯 苦读不 畏难. 携 双亲期盼 背水勇 战定夺 魁.如 果你希 望胜利 ,以恒 心为良 友,以 体会为 参谋, 以当心 为兄弟 ,以希 望为哨 兵.1 定义：物理学中把122mv 叫做物体的动能 .2 表达式： Ek mv.122表达式中的速度是瞬时速度.动能是标量 填“标量”或“矢量” ,是

2、状态3 单位：动能的国际单位是焦耳,简称焦,用符号 填“过程”或“状态” 量J 表示 .(1) 内容：外力对物体所做的功等于物体动能的增量(2) 表达式： W Ek.3 说明： EkEk2 Ek1 . Ek2 为物体的末动能,二、恒力做功与物体动能变化的关系1. 设计试验 如图 1 ：Ek1 为物体的初动能.图 1所使用的器材有：气垫导轨、滑块、光电门、计时器、气源、刻度尺、细绳、钩码等2. 制定方案：1 直接验证：逐一比较力对物体所做的功与物体动能增量的大小之间的关系.2 用图像验证：依据W 2mv,由试验数据作出12W与 v 及 W与 m的关系图像 .2 即学即用 1. 判定以下说法的正误

3、 .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_(1) 物体的动能大小与物体的质量成正比,与物体的速度成正比. (2) 物体动能具有方向,与速度方向相同 . (3) 合外力对物体做的功等于物体的末动能 . (4) 合力对物体做正功,物体的动能可能减小. (5) 肯定质量的物体,动能变化时,速度肯定变化,但速度变化时,动能不肯定变化. 的变化为.答案 10 m/s0一、对动能和动能定理的懂得 导学探究 m的物体在光滑的水平面上,在水平拉力移为 s,就 v1、v2 、F、 s 的关系是怎样的？F 作用下运动,速度由v1 增加到 v2 的过程通过的位答案依据牛顿其次定律： F ma由运动学公式

4、av2 v12s22由此得 Fs mv2 mv1 .1212222. 从推导结果知,水平力F 的功等于什么量的变化？这个量与物体的什么因素有关？答案水平力 F 的功等于物体动能的变化,动能与物体的质量和速度有关. 学问深化 Ek 21mv2 的懂得(1) 动能是标量,没有负值,与物体的速度方向无关(2) 动能是状态量,具有瞬时性,与物体的运动状态. 或某一时刻的速度 相对应 .3 动能具有相对性,系.选取不同的参考系,物体的速度不同, 动能也不同, 一般以的面为参考4 物体动能的变化量是末动能与初动能之差,即 Ek 2mv2 mv1 ,假设 Ek0,就表示121222. 一个质量为 0.1 k

5、g 的球在光滑水平面上以5 m/s 的速度匀速运动,与竖直墙壁碰撞以后以原速率被弹回,假设以初速度方向为正方向,就小球碰墙前后速度的变化为,动能物体的动能增加,假设 Ek0,就表示物体的动能削减.W Ek 的懂得(1) 动能定理的实质动能定理揭示了合外力对物体做功与物体动能的变化之间的定量关系和因果联系,合外力可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_做功是因,动能变化是果. 动能的转变可由合外力做的功来度量.合外力对物体做了多少功,物体的动能就变化多少. 合外力做正功, 物体的动能增加. 合外力做负功,物体的动能削减.(2) 动能定理的适用范畴： 动能定理是在物体受恒力作用且做直线运动

6、的情形下得出的,对于外力是变力、物体做曲线运动、物体经受多过程的情形同样适用.例 1以下关于动能的说法正确的选项是A. 两个物体中,速度大的动能也大B. 某物体的速度加倍,它的动能也加倍D. 某物体的动能保持不变,就速度肯定不变答案C12解析动能的表达式为Ek 2mv,即物体的动能大小由质量和速度大小共同打算,速度大的物体的动能不肯定大,故A 错误.速度加倍,它的动能变为原先的4 倍,故 B 错误.速度只要大小保持不变,动能就不变,故C正确, D 错误 .例 2在光滑水平面上,质量为2 kg 的物体以 2 m/s的速度向东运动,假设对它施加一向西的力使它停下来,就该外力对物体做的功是A.16

7、J B.8 J答案C121212可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_解析依据动能定理 Wmv2 22mv1 0222J 4 J ,选项 C 正确 .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_二、试验探究：恒力做功与物体动能变化的关系 导学探究 观看分别用如图 2 甲、乙两套试验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系, 摸索下面问题：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_图 2以上两套试验操作有何不同之处？ 答案甲图用的是打点计时器 乙图用的是光电门 学问深化 探究恒力做功与物体动能变化的关系,需要测量不同的力在不同的过程中做的功和对应的物体动能的变化量,这就需要测出物

8、体的受力、力作用的距离和这段距离上物体的初、末速度以及物体的质量等物理量,其中比较难测量的是物体在各个位置的速度,可借助光电门较精确的测出,也可借助纸带和打点计时器来测量 .用气垫导轨进行探究装置如图 2 乙所示,所使用的器材有气垫导轨、滑块、计时器、气源、刻度尺、细绳、钩码等.(1) 用天平测出滑块的质量m.(2) 按图乙所示安装试验装置.(3) 平稳摩擦力, 将气垫导轨 或长木板 没有滑轮的一端适当抬高,轻推滑块, 使滑块能做匀速运动 .(4) 让滑块通过细绳连接钩码 或小沙桶 ,使钩码 或小沙桶 的质量远小于滑块的质量,滑块在细线的拉力作用下做匀加速运动,由于钩码 或小沙桶 质量很小,可

9、以认为滑块所受拉力F 的大小等于钩码 或小沙桶 所受重力的大小 .(5) 释放滑块,滑块在细绳的拉力作用下运动, 用光电门 或打点计时器 记录滑块的运动情形, 求出滑块的速度v1 和 v2 假设分析滑块从静止开头的运动,v1 0 ,并测出滑块相应的位移s.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_mv2(6) 验证 Fs 12212 2mv1 ,在误差答应范畴内成立刻可.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_例 3某试验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“恒力做功与物体动能变化的关系”. 如图 3 所示,他们将拉力传感器固定在小车上,用不行伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连

10、,用拉力传感器记录小车受到拉力的大小. 在水平桌面上相距50.0 cm 的 A、B两点各安装一个速度传感器,记录小车通过A、B 时的速度大小 . 小车中可以放置砝码 .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_图 3(1) 试验主要步骤如下：测量和拉力传感器的总质量M1.把细线的一端固定在拉力传感器上,另一端通过定滑轮与钩码相连.正确连接所需电路.将小车停在 C点,接通电源,小车在细线拉动下运动,记录细线拉力及小车通过 A、B 时的速度 .在小车中增加砝码,重复的操作.121(2) 表 1 是他们测得的一组数据,其中M是 M与小车中砝码质量之和,| v 2 v 2| 是两个速度传感器所记

11、录速度的平方差,可以据此运算出动能变化量 Ek,F 是拉力传感器受到的拉力,W是 F 在 A、BEk3,W3.结果保留三位有效数字表 1数据记录表可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_次数M/kg| v2 v1222|/m/s Ek /JF/NW/J可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_123 Ek3W345(3) 依据表 1 在图 4 中作出 Ek W图线 .图 4答案1 小车然后释放小车20.6000.6103 如下图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_1. 对动能定理的懂得 有一质量为 m的木块,从半径为r 的圆弧曲面上的 a 点滑向 b 点,如图 5 所

12、示 . 假如由于摩擦使木块的运动速率保持不变,就以下表达正确的选项是图 5B. 因木块所受的力都不对其做功,所以合外力做的功为零答案C解析木块做曲线运动,速度方向变化,加速度不为零,故合外力不为零,A错.速率不变,动能不变,由动能定理知,合外力做的功为零,而支持力始终不做功,重力做正功,所以重力做的功与摩擦力做的功的代数和为零,但重力和摩擦力的合力不为零,C 对, B、D错 .2. 动能定理的简洁应用 一质量 m1 kg 的物体以 20 m/s 的初速度被竖直向下抛出,当物体离抛出点高度 h 5 m 处时的动能是多大？答案250 J g 取 10 m/s 2解析mgh Ek2mv012得： E

13、k mgh1mv02 250 J.23. 探究恒力做功与物体动能变化的关系 质量为 1 kg 的重物自由下落, 通过打点计时器在纸带上记录运动的过程,打点计时器所接电源为6 V 、50 Hz 的沟通电源 . 如图 6 所示,纸带上O点为重物自由下落时纸带打点的起点,选取的计数点A、B、C、D、E、F、G 依次间隔一个点 图中未画出 ,纸带上的数据表示各计数点与O点间的距离 .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_图 61 求出 B、C、D、 E、F 各点对应的速度并填入下表.计数点BCDEF速度/m s 12 求出物体下落时从O点到 B、C、D、E、F 各点过程中重力所做的功,并填入

14、下表计数点BCDEF功/J,横坐标表示,由图可得重力所做的功与成9.8 m/s2图 7答案见解析解析1 由题意知ACv B 10 3 t40.02m/s 1.18 m/s,.关系 . g 取同理 vC1.57 m/s , vD1.96 m/s ,vE2.35m/s ,vF 2.74 m/s.(2) 重力做的功3WB mg OB19.8 70.6 10J0.69 J ,2同理 WC1.23 J , WD1.92 J , WE2.76 J , WF3.76 J.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2(3) WG-v关系 .WG,横坐标表示物体速度的平方v .由图可得重力所做的功与物体速

15、度的平方成正比可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_课时作业一、挑选题 1 6 题为单项挑选题,7 10 题为多项挑选题 1. 以下关于运动物体的合外力做功和动能、速度变化的关系,正确的选项是A. 物体做变速运动,合外力肯定不为零,动能肯定变化B. 假设合外力对物体做功为零,就合外力肯定为零C. 物体的合外力做功,它的速度大小肯定发生变化D. 物体的动能不变,所受的合外力必定为零答案C解析力是转变物体速度的缘由,物体做变速运动时,合外力肯定不为零,但合外力不为零时,做功可能为零,动能可能不变,A、B 错误 . 物体的合外力做功,它的动能肯定变化,速度大小也肯定变化, C正确 . 物体

16、的动能不变,所受合外力做功肯定为零,但合外力不肯定为零, D错误 .2. 如图 1 所示,某人用力踢出质量为0.4 kg的足球,使球由静止以10 m/s 的速度飞出,假定人踢球瞬时对球的平均作用力是200 N,球在水平方向运动了40 m停止,那么人对球所做的功为 图 1A.20 J B.50 J C.4 000 J D.8 000 J答案A12解析由动能定理得,人对球做的功W 2mv 0 20 J , A 正确.3. 一质量为 2 kg 的滑块,以 4 m/s 的速度在光滑水平面上向左滑行,从某一时刻起,在滑块上作用一向右的水平力,经过一段时间,滑块的速度方向变为向右,大小为4 m/s ,在这

17、段可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_时间里水平力所做的功为答案D12121212可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_解析由动能定理得 WFmv2 22mv1 224J 2 4 2J 0,故 D 正确.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_4. 质量为 2 kg 的物体 A以 5 m/s 的速度向北运动,另一个质量为0.5 kg的物体 B 以 10 m/s的速度向西运动,它们的动能分别为Ek A和 EkB,就 A. EkA EkBB. EkAEkBC. EkA EkBD.因运动方向不同,无法比较动能答案A12kAkBk AkB解析依据 Ek mv 知, E 2

18、5 J , E 25 J ,因动能是标量,所以E E , A 项正确 .2v t 图像如图 2 所示,以下表述正确的选项是图 2A. 在 0 1 s 内,合外力做正功B. 在 0 2 s 内,合外力总是做负功C. 在 1 2 s 内,合外力不做功D. 在 0 3 s 内,合外力总是做正功答案A解析由 v t 图像知 0 1 s 内,v 增加, 动能增加, 由动能定理可知合外力做正功,A 对.1 2 s 内, v 减小,动能减小,合外力做负功,可见B、C、D 错.6. 如图 3 所示,在水平桌面上的A 点有一个质量为 m的物体以初速度 v0 被抛出,不计空气阻力,当它到达 B点时,其动能为 图

19、3A. 12122mv0 mgHB. 2mv0 mgh1212C. 2mv0 mghD.2mv0 mg H h答案B可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_12可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_解析由 A 到 B,合外力对物体做的功Wmgh,物体的动能变化 Ek Ekmv0 ,依据动能2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_12可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_定理得物体在 B点的动能 Ek 2mv0 mgh, B 正确 .7. 关于对动能的懂得,以下说法正确的选项是A. 动能是普遍存在的机械能的一种基本形式,但凡运动的物体都具有动能B. 动能总是

20、正值,但对于不同的参考系,同一物体的动能大小是不同的C. 肯定质量的物体,动能变化时,速度肯定变化,但速度变化时,动能不肯定变化D. 动能不变的物体,受力肯定为零答案ABC解析动能是物体由于运动而具有的能量,所以运动的物体都有动能, A 正确.由于 Ek1mv2,可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2而 v 与参考系的选取有关,所以B 正确.由于速度为矢量,当方向变化时,假设其速度大小不变,就动能不变,故C 正确.做匀速圆周运动的物体动能不变,但物体受力并不为零,D错误 .8. 一质量为 0.1 kg 的小球,以 5 m/s 的速度在光滑水平面上匀速运动,与竖直墙壁碰撞后以原速率反

21、弹,假设以弹回的速度方向为正方向,就小球碰墙过程中的速度变化和动能变化分别是 v 10 m/sv 0Ek 5 JEk 0答案AD解析速度是矢量,故 vv2 v1 5 m/s 5 m/s 10 m/s. 而动能是标量,初末两状态的速度大小相等,故动能相等,因此 Ek0. 选 A、D.v t 图像如图 4 所示,已知在第 1 秒内合外力对物体做的功为W,就以下结论正确的选项是图 4WB. 从第 3 秒末到第 5 秒末合外力做功为 2W WW答案CD可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_121212解析设物体的最大速度为v,就 W 2mv, W132mv3 2mv1 0可编辑资料 - -

22、- 欢迎下载精品_精品资料_W12121212121211212可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_35 2mv5 2mv3 W,W57 2mv7 mv5 W, W342mv4 mv3 mv 2222 2mvW可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_10. 某试验小组胜利的完成了探究功与速度变化及动能变化的关系的试验,以下反映的关系中可能正确的选项是答案BCD121212解析由动能定理可知,W 2mv2 2mv1 Ek2m v ,A 错误, B 正确.假设 v10,就 W12 2mv2 , C、 D 正确.二、非挑选题M、沙和小桶的总质量为m. 当滑块连接上纸带,让细线跨过

23、光滑滑轮并悬挂空的小桶时,滑块处于静止状态 . 要完成该试验,请答复以下问题：图 5(1) 要完成本试验,仍缺少的试验器材是.(2) 试验时为保证滑块受到的合力与沙、小桶的总重力大小基本相等,沙和小桶的总质量应满意的试验条件是,试验时为保证细线拉力等于滑块所受的合力,第一要做的步骤是.(3) 在满意 2 问的条件下,让小桶带动滑块加速运动,如图6 所示为打点计时器所打的纸带的一部分,图中 A、B、C、 D、E 是按时间先后次序确定的计数点,相邻计数点间的时间间隔为 T,相邻计数点间的距离已标注在图上,当的重力加速度为g,在 B、D 两点间对滑块进行讨论,合力对滑块做的功为, vB,vD用题中所

24、给的代表数据的字母表示.图 6答案1 毫米刻度尺可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2 沙和小桶的总质量远小于滑块的质量平稳摩擦力可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_3mg s2 s3s1 s22Ts3 s42T可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_12. 如图 7 甲所示是某同学验证动能定理的试验装置.图 7其步骤如下：a. 易拉罐内盛上适量细沙, 用轻绳通过滑轮连接在小车上,小车连接纸带 . 合理调整木板倾角, 让小车沿木板匀速下滑.b. 取下轻绳和易拉罐,测出易拉罐和细沙的质量m及小车质量 M.c. 取下细绳和易拉罐后, 换一条纸带, 让小车由静止释放,

25、 打出的纸带如图乙 中间部分未画出 , Of,重力加速度为 g.(1) 步骤 c 中小车所受的合外力为.(2) 为验证从 O C过程中小车合外力做功与小车动能变化的关系,测出B、 D间的距离为 s0,O、C间距离为 s1,就 C点的速度为.需要验证的关系式为.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_答案1 mg2s0f2mgs1Ms0 f228可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_解析2 vCB D2T s0s0f21,此过程中合外力做功为mgs1,小车动能的变化为122 MvC 可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_0Ms 2f22 f0Ms 2f2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_8,就需要验证的关系式为mgs18.可编辑资料 - - - 欢迎下载