高中物理教科版高中必修2第四章機(jī)械能和能源zj第四章機(jī)械能和能源4.4動(dòng)能

第四章機(jī)械能和能源動(dòng)能動(dòng)能定理導(dǎo)學(xué)案學(xué)習(xí)目標(biāo)1.理解動(dòng)能的概念，掌握其表達(dá)式。2.能用牛頓第二定律與運(yùn)動(dòng)學(xué)公式導(dǎo)出動(dòng)能定理，理解動(dòng)能定理的物理意義。3.通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究合外力對(duì)物體做的功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系。4.能應(yīng)用動(dòng)能定理解決簡(jiǎn)單的問(wèn)題。學(xué)習(xí)重點(diǎn)1.理解動(dòng)能的概念，掌握其表達(dá)式。2.能用牛頓第二定律與運(yùn)動(dòng)學(xué)公式導(dǎo)出動(dòng)能定理，理解動(dòng)能定理的物理意義。3.通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究合外力對(duì)物體做的功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系。4.能應(yīng)用動(dòng)能定理解決簡(jiǎn)單的問(wèn)題。學(xué)習(xí)難點(diǎn)1.理解動(dòng)能的概念，能用牛頓第二定律與運(yùn)動(dòng)學(xué)公式導(dǎo)出動(dòng)能定理，理解動(dòng)能定理的物理意義。2.通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究合外力對(duì)物體做的功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系，學(xué)習(xí)利用圖像法研究合外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系。3.能應(yīng)用動(dòng)能定理解決簡(jiǎn)單的問(wèn)題。課前預(yù)習(xí)案1.物體做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，初速度為v0，加速度為a，則末速度vt與位移x的關(guān)系式為。2.物體所受合外力與物體加速度的關(guān)系為F＝3.動(dòng)能：物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量叫動(dòng)能，其表達(dá)式為Ek＝，動(dòng)能是標(biāo)量，它的單位與的單位相同，在國(guó)際單位制中是4.動(dòng)能:物體由于而具有的能量叫動(dòng)能；大?。何矬w的動(dòng)能等于物體的與物體的乘積的一半；表達(dá)式：Ek＝；單位：與功的單位相同，國(guó)際單位為，符號(hào)是5.合外力做功和物體動(dòng)能變化的關(guān)系—?jiǎng)幽芏ɡ恚簝?nèi)容：；表達(dá)式W==。(W是合力做的功，m是物體質(zhì)量，v1、v2是物體初、末速度)6.在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，為了讓砂桶的重力作為小車(chē)所受的牽引力，須使砂桶的質(zhì)量m和小車(chē)的質(zhì)量M滿(mǎn)足__________；7.實(shí)驗(yàn)原理：如圖所示.由重物通過(guò)滑輪牽引小車(chē)，當(dāng)小車(chē)的質(zhì)量比重物大得多時(shí)，可以把重物所受的當(dāng)作小車(chē)受到的牽引力。改變重物的質(zhì)量或者改變小車(chē)運(yùn)動(dòng)的___________，也就改變了牽引力做的功，從而探究牽引力做的功與小車(chē)動(dòng)能變化的關(guān)系。課內(nèi)探究案情景導(dǎo)入洶涌的波濤能沖決堤壩，龍卷風(fēng)能拔起大樹(shù)等說(shuō)明運(yùn)動(dòng)的物體具有能量。 學(xué)始于疑1.動(dòng)能的概念是什么？2.動(dòng)能的表達(dá)式是什么？3.什么是動(dòng)能定理？質(zhì)疑探究探究點(diǎn)一：動(dòng)能及其變化量[問(wèn)題設(shè)計(jì)]請(qǐng)大家猜想一下，物體的動(dòng)能與什么因素有關(guān)。學(xué)生活動(dòng)，討論舉例說(shuō)明。通過(guò)討論，我們知道物體的動(dòng)能和質(zhì)量、速度有關(guān)，那動(dòng)能的大小和質(zhì)量、速度有什么定量關(guān)系？下面我們就來(lái)推導(dǎo)動(dòng)能的表達(dá)式。提問(wèn)：如何推導(dǎo)動(dòng)能表達(dá)式？從什么角度推導(dǎo)動(dòng)能表達(dá)式？下面請(qǐng)同學(xué)們看一個(gè)物理情景。光滑水平面上有一質(zhì)量為m的小物塊，一水平恒力F作用在物體上使物體在水平方向運(yùn)動(dòng)了x，運(yùn)動(dòng)的初速度為v1，運(yùn)動(dòng)的末速度為v2，下面請(qǐng)大家從功和能量變化角度來(lái)推導(dǎo)物體動(dòng)能和物體質(zhì)量和速度有什么樣的定量關(guān)系？請(qǐng)學(xué)生自行推導(dǎo)動(dòng)能的表達(dá)式。請(qǐng)同學(xué)們思考并回答：1、動(dòng)能是矢量，還是標(biāo)量？2、動(dòng)能能不能為負(fù)？3、動(dòng)能表達(dá)式中v是瞬時(shí)速度，還是平均速度？介紹動(dòng)能的變化，請(qǐng)學(xué)生思考物體動(dòng)能的變化與什么力做功有關(guān)？[延伸思考]質(zhì)量為m的物體做勻減速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，某時(shí)刻速度為v1，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后速度變?yōu)?v1，如圖所示。請(qǐng)思考并討論以下問(wèn)題：(1)寫(xiě)出物體在A(yíng)、B點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能。(2)比較(1)中的兩個(gè)結(jié)果，思考這兩個(gè)結(jié)果說(shuō)明了什么問(wèn)題？探究點(diǎn)二：理論探究合外力做功和物體動(dòng)能變化的關(guān)系[問(wèn)題設(shè)計(jì)]1.如圖所示，物體在推力F及摩擦力f作用下，經(jīng)過(guò)一段位移，速度由v1增加到v2，則此過(guò)程中，外力做功與動(dòng)能間存在什么關(guān)系？2.某物體受到幾個(gè)外力的共同作用，外力做的總功與動(dòng)能之間的關(guān)系與上述結(jié)論相同嗎？[延伸思考]動(dòng)能定理是在物體受恒力作用，并且做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的情況下推導(dǎo)出來(lái)的，對(duì)于物體受變力作用、做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的情況，動(dòng)能定理是否成立？探究點(diǎn)三：實(shí)驗(yàn)探究合外力做功和物體動(dòng)能變化的關(guān)系質(zhì)疑探究：如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究合外力做功和物體動(dòng)能變化的關(guān)系？（一）實(shí)驗(yàn)步驟1.如圖所示，把紙帶的一端固定在小車(chē)后面，另一端穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，改變木板的傾角，讓小車(chē)重力的一個(gè)分力平衡小車(chē)及紙帶受到的摩擦力，使小車(chē)能做勻速運(yùn)動(dòng)。2.把細(xì)線(xiàn)系在小車(chē)上并繞過(guò)定滑輪，懸掛小盤(pán)，在小盤(pán)里放入適量砝碼，使小車(chē)的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砝碼和小盤(pán)的總質(zhì)量，小車(chē)在細(xì)線(xiàn)的拉力作用下做勻加速運(yùn)動(dòng)。由于砝碼和小盤(pán)質(zhì)量很小，可認(rèn)為小車(chē)所受拉力F的大小等于砝碼和小盤(pán)所受重力的大小。3.接通電源，放開(kāi)小車(chē)，讓小車(chē)拖著紙帶運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一系列點(diǎn)。4.重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)，選擇一條點(diǎn)跡清晰的紙帶進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，由紙帶可以找到位移和時(shí)間的信息，由砝碼和小盤(pán)的質(zhì)量可以知道小車(chē)所受的恒力。(小車(chē)質(zhì)量已知)5.由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論。（二）數(shù)據(jù)處理1.小車(chē)速度及外力做功的確定通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得打點(diǎn)的紙帶，利用“勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)中，某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于該段時(shí)間中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度”這一結(jié)論計(jì)算紙帶上選定的點(diǎn)的速度，測(cè)出小車(chē)在某段時(shí)間內(nèi)的位移，然后乘以重物的重力，即得外力在該段時(shí)間內(nèi)對(duì)小車(chē)做的功。2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理(1)計(jì)算各數(shù)據(jù)中v2、eq\f(1,2)mv2和相應(yīng)的合外力做功W的數(shù)值并填入下表。數(shù)據(jù)編號(hào)物理量123456速度平方v2/(m2·s-2)動(dòng)能eq\f(1,2)mv2/J[來(lái)合外力做功W/J(2)比較各次實(shí)驗(yàn)中合外力做的功和物體動(dòng)能變化的數(shù)值，從而得到合外力對(duì)物體做的功和物體動(dòng)能變化之間的關(guān)系。（三）誤差分析實(shí)驗(yàn)中我們把拉力對(duì)小車(chē)做的功與砝碼和小盤(pán)總重力所做的功認(rèn)為是一樣的，但實(shí)際上二者并不相同，這是因?yàn)轫来a和小盤(pán)的總重力與繩的拉力是不一樣的。_科_網(wǎng)Z_X_X_K]在m?M時(shí)，細(xì)繩的拉力近似等于砝碼和小盤(pán)的總重力，誤差較??；m越大，誤差越大。因此實(shí)驗(yàn)中應(yīng)使小車(chē)的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砝碼和小盤(pán)的總質(zhì)量。（四）注意事項(xiàng)1.平衡摩擦。當(dāng)我們用一個(gè)恒力對(duì)物體做功時(shí)，應(yīng)設(shè)法排除其他力的影響，如本實(shí)驗(yàn)中用砝碼和小盤(pán)的重力對(duì)小車(chē)提供恒定拉力，研究這個(gè)拉力做功與小車(chē)動(dòng)能改變的關(guān)系，小車(chē)和紙帶在運(yùn)動(dòng)中受的阻力就要消除。因?yàn)樽枇Σ豢杀苊?，?shí)際實(shí)驗(yàn)中是采用把木板的一端墊高，用小車(chē)重力的分力和阻力平衡的方法來(lái)等效消除阻力。2.盡量減小小車(chē)的加速度。因?yàn)轫来a和小盤(pán)拉著小車(chē)加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，砝碼和小盤(pán)處于失重狀態(tài)，小車(chē)受的拉力小于砝碼和小盤(pán)的總重力。為減小這一系統(tǒng)誤差，應(yīng)使小車(chē)的加速度盡量小，也就是實(shí)驗(yàn)中必須滿(mǎn)足砝碼和小盤(pán)的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量。探究點(diǎn)四：動(dòng)能定理的簡(jiǎn)單應(yīng)用1.應(yīng)用動(dòng)能定理解題的一般步驟(1)選取研究對(duì)象(通常是單個(gè)物體)，明確它的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。(2)對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，明確各力做功的情況，求出外力做功的代數(shù)和。(3)明確物體在初、末狀態(tài)的動(dòng)能Ek1、Ek2。(4)列出動(dòng)能定理的方程W＝Ek2－Ek1，結(jié)合其他必要的解題方程，求解并驗(yàn)算。2.應(yīng)用動(dòng)能定理解題的優(yōu)點(diǎn)動(dòng)能定理對(duì)應(yīng)的是一個(gè)過(guò)程，只涉及到物體初、末狀態(tài)的動(dòng)能和整個(gè)過(guò)程合力做的功，無(wú)需關(guān)心中間運(yùn)動(dòng)過(guò)程的細(xì)節(jié)，而且功和能都是標(biāo)量，無(wú)方向性，計(jì)算方便，因此當(dāng)題目中不涉及a和t，而涉及F、x、m、v、W、Ek等物理量時(shí)，優(yōu)先考慮使用動(dòng)能定理。典例1：一架?chē)姎馐斤w機(jī)，質(zhì)量m=5×103kg，起飛過(guò)程中從靜止開(kāi)始滑跑的路程為s=×102m時(shí)，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)重量的倍（k=）。求飛機(jī)受到的牽引力F。（用兩種方法解）訓(xùn)練案1.下列關(guān)于運(yùn)動(dòng)物體所受的合外力、合外力做功和動(dòng)能變化的關(guān)系，正確的是()A.如果物體所受的合外力為零，那么合外力對(duì)物體做的功一定為零B.如果合外力對(duì)物體做的功為零，則合外力一定為零C.物體在合外力作用下做勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，則動(dòng)能在一段過(guò)程中變化量一定不為零D.物體的動(dòng)能不發(fā)生變化，物體所受合外力一定是零2.一物體質(zhì)量為2kg，以4m/s的速度在光滑水平面上向左滑行，從某時(shí)刻起對(duì)物體施加一水平向右的力，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，滑塊的速度方向變?yōu)樗较蛴?，大小?m/s，在這段時(shí)間內(nèi)，水平力做功為() JJ J3.一質(zhì)量為1kg的物體被人用手由靜止向上提高1m，這時(shí)物體的速度是2m/s，下列說(shuō)法正確的是()A.手對(duì)物體做功10JB.合外力對(duì)物體做功12JC.合外力對(duì)物體做功2JD.物體克服重力做功2J4.運(yùn)動(dòng)員用力將一質(zhì)量為m的鉛球從離地為h高處以初速度v0斜向上推出，當(dāng)它落到地面時(shí)速度為v，則在此過(guò)程中鉛球克服空氣阻力所做的功等于()2-mv02/22-mv02/2-mgh+mv02/2-mv2/2+mv2/2-mv02/25.一個(gè)人站在高出地面h處，拋出一個(gè)質(zhì)量為m的物體，物體落地時(shí)的速率為v，人對(duì)物體所做的功等于(空氣阻力不計(jì))()A.mgh \f(1,