魯科版必修2 動能的改變 第1課時 課件(21張）.ppt

學案1動能的改變 學點1動能 4 對動能概念的理解 動能是狀態(tài)量 物體的動能ek 1 2 mv2 與某一時刻的速度相對應(yīng) 即與物體的運動狀態(tài)相對應(yīng) 因此式中的v是瞬時速度 而不能是平均速度 物體的動能與其受力與否無關(guān) 相對性 由于物體的速度與參照物的選擇有關(guān) 因此物體的動能也與參照物的選取有關(guān) 通常選地面為參照物 速度和動能 一個物體的速度發(fā)生變化 其動能不一定改變 但動能變化時 速度一定變化 這是因為速度是矢量 而動能是標量 1 定義 物體由于運動而具有的能叫做動能 2 表達式 ek mv2 3 單位 動能的單位與功的單位相同 國際單位都是焦耳 符號j 1j 1kg m s 2 1n m 例1 關(guān)于動能的概念 下列說法中正確的是 a 物體由于運動具有的能 叫做動能b 運動物體具有的能 叫做動能c 運動物體的質(zhì)量越大 其動能一定越大d 速度較大的物體 具有的動能一定較大 解析 動能是指物體由于運動而具有的能量 而運動物體具有的能量并不一定都是動能 例如 空中飛行的飛機 這個運動中的飛機所具有的能不能都叫做動能 在高空中它還具有重力勢能 故a正確 b錯誤 影響動能多少的因素有質(zhì)量和速度 物體的質(zhì)量越大 速度越大 動能就越大 一切運動的物體都具有動能 但不能說一切有質(zhì)量的物體都具有動能 所以 c選項是錯誤的 子彈比飛機飛得快 但動能不比飛機大 是因為質(zhì)量太小 故d選項也是錯誤的 動能是由物體的質(zhì)量和速度共同決定的 運動物體所具有的能量并不一定僅僅是動能 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的速度奔跑的運動員 二者相比 哪一個的動能大 答案 子彈的動能大 學點2恒力做功與動能改變的關(guān)系 實驗與探究 1 實驗目的 探究恒力做功與物體動能改變的關(guān)系 2 實驗器材 帶定滑輪的長木板 小車 砝碼 電火花計時器 或電磁打點計時器及學生電源 紙帶 刻度尺 天平 3 要點提示 實驗要測量的物理量 小車的質(zhì)量m 小車受到的拉力f 小車的速度v 小車前進的距離 或位移 s 實驗中 當小車的質(zhì)量遠大于懸掛的鉤碼質(zhì)量時 f mg 那么 遠大于 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 實驗中 平衡摩擦力是關(guān)鍵 在平衡摩擦力時 不要懸掛鉤碼 但小車應(yīng)連著紙帶 將長木板固定滑輪的一端墊高 給小車一個初速度 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 實驗原理 通過實驗得到的數(shù)據(jù)驗證與fs間的數(shù)值關(guān)系 5 實驗結(jié)論 恒力所做的功與動能變化在實驗誤差允許的范圍內(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 則打點計時器打a b兩點時 計算小車速度的公式是 為了減小誤差 a1 a2之間 b1 b2之間的點可多取些 但必須保證a對應(yīng)a1 a2的中間時刻 b對應(yīng)b1 b2的中間時刻 圖2 1 1 例2 某試驗小組利用拉力傳感器和速度傳感器探究 動能定理 如圖2 1 2所示 他們將拉力傳感器固定在小車上 用不可伸長的細線將其通過一個定滑輪與鉤碼相連 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兩點各安裝一個速度傳感器 記錄小車通過a b時的速度大小 小車中可以放置砝碼 1 實驗主要步驟如下 測量 和拉力傳感器的總質(zhì)量m1 把細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 小車在細線牽引下運動 記錄細線拉力及小車通過a b時的速度 在小車中增加砝碼 或 重復 的操作 2 下表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)量之和 v22 v12 是兩個速度傳感器記錄速度的平方差 可以據(jù)此計算出動能變化量 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 請在圖2 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 實驗的部分步驟如下 在小車中放入砝碼 把紙帶穿過打點計時器 連在小車后端 用細線連接小車和鉤碼 將小車停在打點計時器附近 小車拖動紙帶 打點計時器在紙帶上打下一列點 改變鉤碼或小車中砝碼的數(shù)量 更換紙帶 重復 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時得到的一條紙帶 在紙帶上選擇起始點o及a b c d和e五個計數(shù)點 可獲得各計數(shù)點到o的距離s及對應(yīng)時刻小車的瞬時速度v 請將c點的測量結(jié)果填在表中的相應(yīng)位置 某實驗小組采用如圖2 1 5所示的裝置探究 恒力做功與動能改變的關(guān)系 鉤碼尚未到達地面 打點計時器工作頻率為50hz 3 在小車的運動過程中 對于鉤碼 砝碼和小車組成的系統(tǒng) 做正功 做負功 4 實驗小組根據(jù)實驗數(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 要驗證 恒力做功與動能改變的關(guān)系 還需要測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 學點3動能定理 1 定理內(nèi)容 合外力對物體所做的功等于物體動能的改變 2 表達式 w ek2 ek1式中w表示合外力f在這一過程中所做的功 ek1表示物體的初動能 ek2表示物體的末動能 3 動能定理的說明 研究對象是一個物體或一個物體系統(tǒng) 合外力引起物體運動狀態(tài)的變化 外力所做總功引起物體的動能變化 動能定理反映的是外力的總功與物體動能變化之間的關(guān)系 跟合外力與物體運動狀態(tài)的關(guān)系有所不同 如果一個物體受到的合外力不為零 物體的運動速度將發(fā)生變化 如果一個物體外力對它做的總功不為零 物體的動能將發(fā)生變化 表面看來兩者似乎相同 但仔細分析會發(fā)現(xiàn)如果一個物體受到的合外力為零 物體運動狀態(tài)將保持不變 如果外力對一個物體所做總功為零 物體動能保持不變 但物體的運動狀態(tài)仍可能變化 運動方向可能變化 所以合外力引起物體運動狀態(tài)的變化 外力所做總功引起物體的動能變化 兩者不能混淆 動能定理是一個標量式 應(yīng)用時不用考慮方向 動能是正標量 無負值 但動能的變化量 ek可以為負 當外力功的總和為正功時 末動能大于初動能 ek為正 當外力功的總和為負功時 末動能小于初動能 ek為負 w為外力功的代數(shù)和 外力既可以同時作用 也可以是先后作用 在動能定理中 w為物體所受合外力的功 同時也為物體所受各個外力功的代數(shù)和 而且其外力既可以是有幾個外力同時作用在物體上 也可以是先后作用在物體上的幾個力 如 一個物體先受到力f1的作用 f1對物體做功w1 后改用力f2作用于物體 f2對物體做功w2 則整個過程中外力對物體所做總功w w1 w2 取地面為參照物應(yīng)用動能定理時 還應(yīng)注意參照物的選取 由于動能定理中的物理量 功和動能的大小均與參照物的選取有關(guān) 所以使用動能定理時 參照物不能變化 一般情況下 均取地面為參照物 即動能中物體的速度 各力做功中物體的位移 都是對地面而言的 從這個例題可以看出 動能定理不涉及物體運動過程中的加速度和時間 因此用它處理問題有時比較方便 在應(yīng)用動能定理時還應(yīng)注意到 根據(jù)運動學公式v2 2as 外力所做的功可正可負 如果外力做正功 物體的動能增加 外力做負功 物體的動能減少 這個例題也可以用牛頓第二定律和運動學公式求解 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 質(zhì)量m 5 0 103kg 起飛過程中從靜止開始滑跑 當位移達到s 5 3 102m時 速度達到起飛速度v 60m s 在此過程中飛機受到的平均阻力是飛機重量的0 02倍 求飛機受到的牽引力 取g 10m s2 答案 1 8 104n 解析 飛機的初動能ek1 0 末動能ek2 1 2 mv2 合力f做的功w fs 根據(jù)動能定理 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 當速度由10m s加速到所能達到的最大速度30m s時 共用了2min 則在這段時間內(nèi)列車前進的距離是多少 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點距b點的距離為s 3 0m ab是一條豎直平面內(nèi)的圓形軌道 軌道長為1 4圓周 其中a比b高h 80cm 有一個質(zhì)量為m 1kg的物體從靜止開始沿ab軌道滑下 測得它經(jīng)過b點的速度為vb 2 0m s 當滑行到c點處時停止 求 1 物體在ab軌道上受到的平均阻力f 2 物體在bc軌道上的動摩擦因數(shù) 4 關(guān)于用動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 此時可由其做功的結(jié)果 動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上運動時 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動 滑動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 但是可以用動能定理來求解 1 研究對象 質(zhì)量為m的物體研究過程 物體在ab軌道上運動物體受力 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 研究對象 質(zhì)量為m的物體研究過程 物體在水平面bc上運動物體受力 重力mg 彈力n2 滑動摩擦力f2 重力 彈力不做功 滑動摩擦力做負功 根據(jù)動能定理有 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雜 一般不易求出 應(yīng)用動能定理實現(xiàn)了功能的轉(zhuǎn)化 求出動能的變化也就知道了所有力做的總功或者某個力做的功 答案 1 4 6n 2 0 07 4 一質(zhì)量為m的小球 用長為l的輕繩懸掛于o點 小球在水平力f作用下 從平衡位置p點很緩慢地移動到q點 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 物理意義動能定理指出了物體動能的變化是通過外力做功的過程 即力對空間的積累 來實現(xiàn)的 并且通過功來量度 即外力對物體做的總功 對應(yīng)著物體動能的變化 注意 動能定理的表達式中等號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 功就是動能增量 也不是 功轉(zhuǎn)變成動能 而是 功引起物體動能的變化 2 動能定理的計算式是標量式 v s為相對同一參考系 一般為地面 的運動量 且式中只涉及動能和功 無其他形式的能 3 動能定理的研究對象是單一物體 或者可以看成單一物體的物體系 反映外力的功引起動能變化的規(guī)律 考慮其他物體的能量變化 4 動能定理適用于物體的直線運動 也適用于曲線運動 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即可 這些正是應(yīng)用動能定理的優(yōu)越性所在 5 任意外力的功都能引起動能的變化 而只有重力或彈力做功才能引起重力勢能 彈性勢能的變化 要注意這種對應(yīng)關(guān)系的區(qū)別 注意 動能定理只強調(diào)初末狀態(tài)動能的變化 在一段過程中初末位置的動能變化量為零 并不意味著在此過程中的各個時刻動能不變化 物體所受合力不為零時 其動能不一定變化 比如合力方向始終與速度垂直 動能就不會變化 1 如何理解動能定理 我的見解 1 選取研究對象 一般情況下是單個物體或可以看成單個物體的物體系 要明確物體的運動過程 2 進行受力分析 如果包括多個過程 要逐個階段進行分析 并要弄清是恒力還是變力 明確各個力的做功情況 是做正功還是做負功 將總功表達出來 應(yīng)注意同一個力在不同的階段做功的正 負可能不同 3 選定初 末狀態(tài) 確定所研究過程的起 止狀態(tài) 表示出初 末動能 4 利用動能定理列方程 用w ek2 ek1 列方程時 應(yīng)注意w與 ek2 ek1 是對應(yīng)于同一個過程 由于動能定理不是矢量式 因此不存在分量式 5 求解并進行檢驗 2 如何應(yīng)用動能定理解題 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 落到沙坑表面時速度為v 根據(jù)動能定理 有mgh 1 2 mv2 0 再研究物體在沙坑中的運動過程 此過程重力做正功 阻力f做負功 根據(jù)動能定理有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 研究物體運動的全過程 重力做的功為mg h h 阻力做的功為 fh 初 末狀態(tài)物體的動能都是零