4.3 ZJM 探究外力做功與動(dòng)能的變化

探究外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系,第四章機(jī)械能和能源,第三節(jié),【溫故而知新】1、如何計(jì)算功？2、什么是動(dòng)能？如何計(jì)算動(dòng)能？3、功與能有什么樣的關(guān)系？,W=FSCOS,做功的過(guò)程就是能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程做了多少功，就有多少能量轉(zhuǎn)化功是能量轉(zhuǎn)化的量度,1、汽車在牽引力的作用下加速前進(jìn)，速度如何變化？動(dòng)能如何變化？,2、在地面上滾動(dòng)的足球最終會(huì)停下來(lái)，速度如何變化？動(dòng)能如何變化？,思考：,速度越來(lái)越大，動(dòng)能也越來(lái)越大,速度越來(lái)越小，動(dòng)能也越來(lái)越小,那么外力做功與動(dòng)能的變化有什么定量關(guān)系呢？如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案來(lái)探究它們之間的定量關(guān)系？這就是今天我們所要探討的內(nèi)容。,一.理論分析與論證,情景:如圖所示，質(zhì)量為m的物體，在一恒定拉力F的作用下，以速度由v1開(kāi)始沿水平面運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)位移S后速度增加到v2,已知物體與水平面間的摩擦力恒為f。,1.問(wèn)題：根據(jù)情景，利用牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式推導(dǎo)出合外力所做的功和物體動(dòng)能變化的關(guān)系。,分析：,2.推導(dǎo),3.結(jié)論,合外力對(duì)物體所做的功等于物體動(dòng)能的變化。,Ff=ma,二.動(dòng)能定理,1.內(nèi)容:合外力對(duì)物體所做的功等于物體動(dòng)能的變化。,2.表達(dá)式:W=Ek2Ek1,Ek2表示末動(dòng)能,Ek1表示初動(dòng)能,w:合外力所做的總功,動(dòng)能定理,W總EEE,合外力所做的功等于物體動(dòng)能的變化。,當(dāng)合外力對(duì)物體做正功時(shí)，末動(dòng)能大于初動(dòng)能，動(dòng)能增加；,E1：初動(dòng)能,E：末動(dòng)能,思考：,討論：,當(dāng)合外力做功為0，物體動(dòng)能不變，速度可不可能變化？,當(dāng)合外力對(duì)物體做負(fù)功時(shí)，末動(dòng)能小于初動(dòng)能，動(dòng)能減少；,當(dāng)合外力對(duì)物體不做功，物體的動(dòng)能不變。,AC,【例】如圖所示，質(zhì)量為m的物體在水平恒力F的作用下，由靜止開(kāi)始前進(jìn)s1后撤去力F，物體與水平面間的摩擦力恒為f，求物體從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到最終停止運(yùn)動(dòng)的位移是多少？,質(zhì)量為m的物體，在一水平恒力F的作用下，由靜止開(kāi)始前進(jìn)S1后撤去力F，物體與水平面間的摩擦力恒為f，物體從開(kāi)始到最終停下來(lái)的位移是多少？,分析與求解：,以物體為研究對(duì)象，,從狀態(tài)1到狀態(tài)2的過(guò)程，根據(jù)動(dòng)能定理：有,解法一：分段應(yīng)用動(dòng)能定理,從狀態(tài)2到狀態(tài)3的過(guò)程，有,聯(lián)立兩式解得：,分析與求解：,以物體為研究對(duì)象，,全過(guò)程分析，從狀態(tài)1到狀態(tài)3的過(guò)程根據(jù)動(dòng)能定理：有,解法二：整體應(yīng)用動(dòng)能定理,解得：,【解法三】牛頓第二定律+運(yùn)動(dòng)學(xué)公式,【說(shuō)明】,動(dòng)能定理適合于物體的直線運(yùn)動(dòng)，也適用于物體的曲線運(yùn)動(dòng)；適用于恒力做功，也適合于變力做功，力可以是各種性質(zhì)的力，既可以同時(shí)作用，也可以分段作用。只要求出在作用過(guò)程中各力做功的多少和正負(fù)即可。這些正是動(dòng)能定理解題的優(yōu)越性所在。一般比用牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求解簡(jiǎn)便。動(dòng)能定理是與過(guò)程對(duì)應(yīng)的，它是過(guò)程式。若物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中包含幾個(gè)不同過(guò)程，應(yīng)用動(dòng)能定理時(shí)，可以分段考慮，也可以把全過(guò)程作為一個(gè)整體來(lái)處理。,解題步驟：,1.確定研究對(duì)象，明確運(yùn)動(dòng)過(guò)程.,2.分析受力情況和運(yùn)動(dòng)狀態(tài).,3.由動(dòng)能定理列方程，,4.統(tǒng)一單位求解，討論解的合理性.,受哪些力？哪些力做了功？是正功還是負(fù)功？求各力的功,明確初、末狀態(tài)，并寫(xiě)出Ek1和Ek2的表達(dá)式,習(xí)題1:一架噴氣式飛機(jī)，質(zhì)量m為5000Kg，起飛過(guò)程中從靜止開(kāi)始滑跑，當(dāng)位移達(dá)到s為500m時(shí)，速度達(dá)到起飛速度v=60m/s。在此過(guò)程中飛機(jī)受到的平均阻力是飛機(jī)重力的0.02倍。求飛機(jī)受到的牽引力?,解答:（利用動(dòng)能定理求解),思考:有沒(méi)有其他的方法解答此例題?,解法二:(利用牛二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求解),例題:一架噴氣式飛機(jī)，質(zhì)量m為5000Kg，起飛過(guò)程中從靜止開(kāi)始滑跑，當(dāng)位移達(dá)到s為530m時(shí)，速度達(dá)到起飛速度v=60m/s。在此過(guò)程中飛機(jī)受到的平均阻力是飛機(jī)重量的0.02倍。求飛機(jī)受到的牽引力?,【習(xí)題2】質(zhì)量為m=5kg的小球，從高H=5m的位置自靜止自由落體落下，掉入沙中并陷入h=0.25m，求小球在沙中所受到沙子的平均阻力？（g=10m/s2),【方法一】分過(guò)程進(jìn)行【方法二】設(shè)球在沙中受到的阻力為f，對(duì)整個(gè)過(guò)程應(yīng)用動(dòng)能定理有：,動(dòng)能定理既適合于恒力做功，也適合于變力做功，既適用于直線運(yùn)動(dòng)，也適用于曲線運(yùn)動(dòng)。,習(xí)題3：,如圖所示，質(zhì)量為m的物體A，從弧形面的底端以初速度v。往上滑行，達(dá)到某一高度后，又循原路返回，且繼續(xù)沿水平面滑行至P點(diǎn)而停止，則整個(gè)過(guò)程摩擦力對(duì)物體做的功為多少？,v。,P,A,A,狀態(tài)1,狀態(tài)2,全過(guò)程分析，從狀態(tài)1到狀態(tài)2的過(guò)程根據(jù)動(dòng)能定理：有,思考：,該題可以用動(dòng)力學(xué)的方法來(lái)求解嗎？,課堂小結(jié)：,從功和能的轉(zhuǎn)化關(guān)系推導(dǎo)出動(dòng)能定理。,W總EEE,合外力所做的功等于物體動(dòng)能的變化。,運(yùn)用動(dòng)能定理的解題思路，把握運(yùn)動(dòng)的初末狀態(tài),實(shí)驗(yàn)方案,1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?,探究外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系,2.實(shí)驗(yàn)方法:,測(cè)定做自由落體運(yùn)動(dòng)的物體在下落h時(shí)的速度v，通過(guò)比較重力做功WG和此時(shí)的動(dòng)能EK,得出外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系。,三、實(shí)驗(yàn)探究：,實(shí)驗(yàn):利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究外力做功與動(dòng)能變化的關(guān)系,220V交流電源,鐵架臺(tái),紙帶,夾子,重錘,大夾子,電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,3.實(shí)驗(yàn)器材:,鐵架臺(tái)（帶鐵夾）、重錘、電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、刻度尺、電源,實(shí)驗(yàn):利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究外力做功與動(dòng)能變化的關(guān)系,4.實(shí)驗(yàn)步驟：,(1):把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直安裝在鐵架臺(tái)上。(2):把紙帶的一端在重錘上用固定好,另一端穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔,用手豎直提起紙帶使重錘?？吭谟?jì)時(shí)器附近，用夾子夾好紙帶豎直掛在鐵架臺(tái)上。(3):接通電源,松開(kāi)紙帶,讓重錘自由下落。,220V交流電源,鐵架臺(tái),紙帶,夾子,重錘,大夾子,電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,(4):挑選與處理紙帶,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理,5、設(shè)計(jì)表格,6.實(shí)驗(yàn)結(jié)論(猜想):,（1）：mgh=Ek（2）：mghEk（3）：mghEk,物體下落過(guò)程中,重力做的功,等于(略大于)(略小于)物體動(dòng)能的增加?,7.實(shí)驗(yàn)誤差分析,造成本實(shí)驗(yàn)誤差的主