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1、第三节探究外力做功与物体动能第三节探究外力做功与物体动能变化的关系变化的关系9/26/2024 核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练知能优化训练知能优化训练课前自主学案课前自主学案第第三三节节探探究究外外力力做做功功与与物物体体动动能能变变化化的的关关系系课标定位课标定位9/26/2024课标定位课标定位学习目标：学习目标：1.会用实验的方法来探究外力做功与会用实验的方法来探究外力做功与物体动能变化的关系，并能用牛顿第二定律和运物体动能变化的关系，并能用牛顿第二定律和运动学公式推导动能定理动学公式推导动能定理2理解动能定理的内容，并能用动能定理分析、理解动能定理的内容，并能用动能定
2、理分析、计算有关问题计算有关问题重点难点：重点难点：1.动能定理的应用动能定理的应用2探究外力做功与动能变化之间的关系探究外力做功与动能变化之间的关系9/26/2024课前自主学案课前自主学案一、一、实验与探究与探究1实验目目的的：探探究究外外力力做做功功与与物物体体动能能变化化的的关关系系2实验方方法法：让物物体体自自由由下下落落，下下落落过程程经过A、B两两点点，测出出A、B两两点点的的高高度度差差hAB和和A、B两两点点的的速度速度vA、vB，则重力做的功重力做的功为WG_.mghAB9/26/2024动能变化为动能变化为Ek_验证验证WG与与Ek的关系的关系3实验器材：铁架台实验器材：
3、铁架台(带铁夹带铁夹)、_、_、重重物物、纸纸带带、电电源源等等4实验步骤实验步骤(1)按按图图431把把打打点点计计时时器器安安装装在在铁铁架架台台上上，用用导导线线把打点计时器与电源连接好把打点计时器与电源连接好电火花打点火花打点计时器器刻度尺刻度尺9/26/2024图4319/26/2024(2)把把纸纸带带的的一一端端在在重重物物上上用用夹夹子子固固定定好好，另另一一端端穿穿过过计计时时器器限限位位孔孔，用用手手捏捏住住纸纸带带上上端端提提起起纸纸带带使使重重物物停停靠靠在打点计时器附近在打点计时器附近(3)先先_，后后_，让让重重物物自自由由下下落落(4)重复几次，得到重复几次，得到
4、35条打好点的纸带条打好点的纸带(5)在在打打好好点点的的纸纸带带中中挑挑选选点点迹迹清清晰晰的的一一条条纸纸带带，在在起起始始点点标标上上0，以以后后依依次次标标上上1,2,3用用刻刻度度尺尺测测出出对对应应下下落高度落高度h1、h2、h3.接通接通电源源释放放纸带9/26/2024(6)应应用用公公式式vn_计计算算各各点点对对应应的的即即时时速速度度v1、v2、v3.(7)计计算算各各点点对对应应的的重重力力做做的的功功_和和动动能能的的增增加加量量_，进行比较，进行比较(请自行设计表格进行分析请自行设计表格进行分析)mgh9/26/20245结论：合力对物体所做的功等于物体动能的结论：
5、合力对物体所做的功等于物体动能的变化变化6实验误差及注意事项实验误差及注意事项(1)误差产生原因分析及减小方法误差产生原因分析及减小方法重物和纸带在下落过程中受到打点计时器和空气重物和纸带在下落过程中受到打点计时器和空气的阻力，比较的阻力，比较W与与Ek关系时，关系时，W只计算重力做只计算重力做功，未考虑阻力做功，给实验带来误差功，未考虑阻力做功，给实验带来误差竖直固定打点计时器，适当增加重物的质量来减竖直固定打点计时器，适当增加重物的质量来减小相对误差小相对误差9/26/2024(2)注意事项注意事项打点计时器要竖直架稳，使两限位孔在同一竖打点计时器要竖直架稳，使两限位孔在同一竖直线上直线上
6、释放纸带时，应使重物靠近打点计时器释放纸带时，应使重物靠近打点计时器保持提起的纸带竖直，先接通电源再松开纸带保持提起的纸带竖直，先接通电源再松开纸带测量下落高度时，应从起点量起，选取的计数测量下落高度时，应从起点量起，选取的计数点要离起始点远些，纸带不宜过长点要离起始点远些，纸带不宜过长9/26/2024思考感悟思考感悟利用物体自由下落来探究外力做功与物体动能变化利用物体自由下落来探究外力做功与物体动能变化的关系时，物体的质量需不需要测量？为什么？的关系时，物体的质量需不需要测量？为什么？9/26/20249/26/20242结论：合力对物体所做的功等于物体动能的变化结论：合力对物体所做的功等
7、于物体动能的变化三、动能定理三、动能定理动动能能定定理理的的内内容容：合合力力对对物物体体所所做做的的功功等等于于物物体体动动能能的的变化变化表达式：表达式：_.式中式中Ek2表示物体的末态的动能，表示物体的末态的动能，Ek1表示物体的初态的表示物体的初态的动能，动能，W表示合外力所做的功当外力对物体做正功时，表示合外力所做的功当外力对物体做正功时，物体的动能物体的动能_；当外力对物体做负功时，物体的；当外力对物体做负功时，物体的动能动能_WEk2Ek1增加增加减少减少9/26/2024核心要点突破核心要点突破一、一、对动能定理的理解能定理的理解1动能能定定理理反反映映了了一一种种因因果果关关
8、系系，即即合合力力做做功功是是物物体体动能能变化化的的原原因因当当合合力力对物物体体做做正正功功时W0，Ek2Ek10，Ek2Ek1，动能增加能增加特特别提提醒醒：动能能只只有有正正值，没没有有负值，但但动能能的的变化化却却有有正正负“变化化”是是指指末末状状态的的物物理理量量减减去去初初状状态的的物物理理量量，而而不不一一定定是是大大的的减减小小的的动能能的的变化化量量为正正值，表表示示物物体体的的动能能增增加加了了，对应于于合合力力对物物体体做做正正功功；物物体体的的变化化量量为负值，表表示示物物体体的的动能能减减小小了了，对应于于合合力力对物体做物体做负功，或者功，或者说物体克服合力做功
9、物体克服合力做功9/26/20242动能定理的研究对象是单一物体，或者是可动能定理的研究对象是单一物体，或者是可以看成单一物体的物体系以看成单一物体的物体系3动能定理适用于物体的直线运动，也适用于动能定理适用于物体的直线运动，也适用于物体的曲线运动；适用于恒力做功，也适用于变物体的曲线运动；适用于恒力做功，也适用于变力做功，力可以是各种性质的力，既可以同时作力做功，力可以是各种性质的力，既可以同时作用，也可以分段作用只要求出在作用过程中各用，也可以分段作用只要求出在作用过程中各力做功的多少和正负即可用动能定理解题一般力做功的多少和正负即可用动能定理解题一般比用牛顿第二定律和运动学公式求解简便比
10、用牛顿第二定律和运动学公式求解简便9/26/20244动能定理的计算式为标量式，动能定理的计算式为标量式，v为相对同一参考系的为相对同一参考系的速度，一般以地面为参考系速度，一般以地面为参考系5外力对物体所做的功是指物体所受的一切外力对它外力对物体所做的功是指物体所受的一切外力对它做的总功做的总功特特别别提提醒醒：(1)动动能能定定理理只只强强调调初初末末状状态态动动能能的的变变化化，在在一一段段过过程程中中初初末末位位置置的的动动能能变变化化量量为为零零，并并不不意意味味着着在此过程中的各个时刻动能不变化在此过程中的各个时刻动能不变化(2)物物体体所所受受合合力力不不为为零零时时，其其动动能
11、能不不一一定定变变化化，比比如如合力方向始终与速度垂直时，动能就不会变化合力方向始终与速度垂直时，动能就不会变化9/26/2024即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1(单单选选)一一质质量量为为1 kg的的物物体体被被人人用用手手由由静静止止开开始始向向上上提提升升1 m，这这时时物物体体的的速速度度是是2 m/s，则则下下列列结结论论中中错错误误的是的是()A手对物体做功手对物体做功12 JB合力对物体做功合力对物体做功12 JC合力对物体做功合力对物体做功2 J D物体克服重力做功物体克服重力做功10 J9/26/20249/26/2024二、动能定理的适用条件及解题
12、的优越性二、动能定理的适用条件及解题的优越性1适用条件：动能定理虽然是在物体受恒力作适用条件：动能定理虽然是在物体受恒力作用、沿直线做匀加速直线运动的情况下推导出来用、沿直线做匀加速直线运动的情况下推导出来的，但是对于外力是变力或物体做曲线运动，动的，但是对于外力是变力或物体做曲线运动，动能定理都成立能定理都成立2优越性：优越性：(1)对于变力作用或曲线运动，动能对于变力作用或曲线运动，动能定理提供了一种计算变力做功的简便方法功的定理提供了一种计算变力做功的简便方法功的计算公式计算公式WFscos 只能求恒力做的功，不能求只能求恒力做的功，不能求变力的功，而由于动能定理提供了一个物体的动变力的
13、功，而由于动能定理提供了一个物体的动能变化能变化Ek与合外力对物体所做功具有等量代换与合外力对物体所做功具有等量代换关系，因此已知关系，因此已知(或求出或求出)物体的动能变化物体的动能变化EkEk2Ek1，就可以间接求得变力做功，就可以间接求得变力做功9/26/2024(2)与用牛顿定律解题的比较与用牛顿定律解题的比较牛牛顿定律定律动能定理能定理相相同同点点确定研究确定研究对象，象，对物体物体进行受力分析和运行受力分析和运动过程分析程分析适适用用条条件件只能研究在恒力作用下只能研究在恒力作用下物体做直物体做直线运运动对于在恒力或于在恒力或变力作用力作用下，物体做直下，物体做直线或曲或曲线运运动
14、均适用均适用应用用方方法法要考要考虑运运动过程的每一程的每一个个细节，结合运合运动学公学公式解式解题只考只考虑各力的做功情况各力的做功情况及初、末状及初、末状态的的动能能运运算算方方法法矢量运算矢量运算代数运算代数运算9/26/2024两种思路对比可以看出应用动能定理解题不涉及加速度、两种思路对比可以看出应用动能定理解题不涉及加速度、时间，不涉及矢量运算，运算简单不易出错时间，不涉及矢量运算，运算简单不易出错特特别别提提醒醒：有有些些问问题题，用用牛牛顿顿第第二二定定律律和和运运动动学学知知识识可可以以求求解解，用用动动能能定定理理也也可可以以求求解解，但但由由于于应应用用动动能能定定理理时时
15、不不需需要要考考虑虑运运动动过过程程中中的的一一些些细细节节，所所以以用用动动能能定定理理求解更简洁一些求解更简洁一些9/26/2024即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2(单单选选)如如图图433所所示示，光光滑滑水水平平桌桌面面上上开开一一个个光光滑滑小小孔孔，从从孔孔中中穿穿一一根根细细绳绳，绳绳一一端端系系一一个个小小球球，另另一一端端用用力力F1向向下下拉拉，以以维维持持小小球球在在光光滑滑水水平平面面上上做做半半径径为为R1的的匀匀速速圆圆周周运运动动今今改改变变拉拉力力，当当大大小小变变为为F2时时，小小球球仍仍在在水水平平桌桌面面上上做做匀匀速速圆圆周周运
16、运动动，但但半半径径变变为为R2.则则小小球球运运动动半半径径由由R1变变为为R2过过程程中中，拉拉力力对对小小球球做做的的功功是是()9/26/2024图4339/26/20249/26/2024课堂互动讲练课堂互动讲练探究外力做功与物体动能的变化探究外力做功与物体动能的变化类型一类型一 在在“探探究究外外力力做做功功与与物物体体动能能的的变化化”的的实验中中，已已知知打打点点计时器器所所用用的的电源源的的频率率为50 Hz，查得得当当地地的的重重力力加加速速度度g9.80 m/s2，测得得所所用用的的重重物物的的质量量为1.00 kg.实验中中得得到到一一条条点点迹迹清清晰晰的的纸带，如如
17、图434，把把第第一一个个点点记作作O，另另选连续的的四四个个点点A、B、C、D作作为测量的点，量的点，经测量知道量知道A、B、C、D各点到各点到O点的距离分点的距离分别例例例例1 19/26/2024是是62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、85.73 cm.根据以上数根据以上数据，可知重物由据，可知重物由O点运动到点运动到C点，重力做的功为点，重力做的功为_J，动能的增加量等于，动能的增加量等于_J(取三位有效数取三位有效数字字)结论是在误差允许的范围内结论是在误差允许的范围内_图4349/26/20249/26/2024【答答案案】7.627.57重重力力做做的的功功等等
18、于于物物体体增增加的加的动能能【方方法法总结】根根据据匀匀变速速直直线运运动某某段段时间内内的的平平均均速速度度等等于于中中间时刻刻的的瞬瞬时速速度度，因因此此，纸带上上某某点点的的瞬瞬时速速度度就就等等于于该点点前前后后相相邻两两点点间的平均速度的平均速度9/26/2024 如如图图435所所示示，将将质质量量m2 kg的的一一块块石石头头从从离离地地面面H2 m高高处处由由静静止止开开始始释释放放，落落入入泥泥潭潭并并陷陷入入泥泥中中h5 cm深处，深处，不计空气阻力求泥对石头不计空气阻力求泥对石头的平均阻力的平均阻力(g取取10 m/s2)动能定理的应用动能定理的应用类型二类型二例例例例
19、2 2图4359/26/20249/26/20249/26/20249/26/2024【答案答案】820 N【方法总结方法总结】应用动能定理解决问题的五个步骤应用动能定理解决问题的五个步骤(1)明确研究对象和研究过程明确研究对象和研究过程(2)明确题设条件和已知量、未知量、待求量明确题设条件和已知量、未知量、待求量(3)分分析析研研究究对对象象在在对对应应的的研研究究过过程程中中的的受受力力情情况况及及各各力力对物体做功情况，写出各力做功的表达式并求其代数和对物体做功情况，写出各力做功的表达式并求其代数和(4)明确研究对象在对应研究过程中的初、末状态明确研究对象在对应研究过程中的初、末状态(5
20、)由动能定理的由动能定理的W合合Ek2Ek1列式求解未知量列式求解未知量9/26/2024 如如图图436所所示示，质质量量为为m的的物物体体置置于于光光滑滑的的水水平平面面上上，用用一一根根绳绳子子一一端端固固定定在在物物体体上上，另另一一端端通通过过定定滑轮，以恒定速滑轮，以恒定速率率v0拉绳子，物体由静止开始拉绳子，物体由静止开始运动，当绳子与水平方向夹运动，当绳子与水平方向夹角角45时，绳中张力对物时，绳中张力对物体做的功是多少？体做的功是多少？应用动能定理求变力做功应用动能定理求变力做功类型三类型三例例例例3 3图4369/26/20249/26/2024【答案答案】mv【方方法法总
21、总结结】对对变变力力做做功功直直接接应应用用功功的的公公式式无无法法求求解解，而而应应用用动动能能定定理理非非常常方方便便，动动能能定定理理可可以以求求解解变变力力做做功功的问题的问题9/26/2024 如如图图437所所示示，轨轨道道的的两两端端翘翘起起，中中间间平平直直，平平直直部部分分长长s0.2 m，动动摩摩擦擦因因数数0.10，两两端端翘翘起起的的部部分分是是光光滑滑的的，设设一一物物体体从从距距平平直直部部分分高高h1.0 m处处由由静静止止沿沿轨轨道道滑滑下下，则则物物体体在在平平直直轨轨道道上上运运动动所所通通过过的的总总路程是多少？路程是多少？全程法应用动能定理全程法应用动能
22、定理类型四类型四例例例例4 4图4379/26/2024【思思路路点点拨拨】对对于于一一些些复复杂杂的的物物理理过过程程，尤尤其其是是涉涉及及非非匀匀变变速速直直线线运运动动的的过过程程，应应用用牛牛顿顿运运动动定定律律很很难难解解决决，而而动动能能定定理理由由于于不不涉涉及及中中间间过过程程，所所以以在在全全过过程程中中应应用用动能定理更简捷动能定理更简捷【自自主主解解答答】物物体体从从左左侧侧弯弯曲曲轨轨道道滑滑下下，通通过过平平直直轨轨道道后后滑滑上上右右侧侧弯弯曲曲轨轨道道，再再从从右右侧侧轨轨道道下下来来，滑滑上上左左侧侧轨轨道道，这这样样往往复复数数次次后后，因因平平直直轨轨道道的
23、的摩摩擦擦作作用用，物物体体将停止在平直轨道上，选取将停止在平直轨道上，选取9/26/2024物体刚开始下滑至停止这一运动过程来研究，物体的初物体刚开始下滑至停止这一运动过程来研究，物体的初动能动能Ek10，末动能，末动能Ek20，设物体的质量为，设物体的质量为m，在平直，在平直轨道上运动的总路程为轨道上运动的总路程为s.则摩擦力做的功则摩擦力做的功Wfmgs，重力做的功重力做的功WGmgh，轨道的支持力不做功，轨道的支持力不做功【答案答案】10 m9/26/2024图4389/26/2024解解析析：选D.物物体体从从A到到B所所受受弹力力要要发生生变化化，摩摩擦擦力力大大小小也也要要随随之
24、之发生生变化化，所所以以求求克克服服摩摩擦擦力力做做的的功功，不不能能直直接接用用功功的的公公式式求求得得而而在在BC段段克克服服摩摩擦擦力力所所做做的的功功，可可直直接接求求得得对从从A到到C全全过程程应用用动能能定定理理即即可求出在可求出在AB段克服摩擦力所做的功段克服摩擦力所做的功9/26/2024设设物物体体在在AB段段克克服服摩摩擦擦力力所所做做的的功功为为WAB，物物体体从从A到到C的全过程，根据动能定理有的全过程，根据动能定理有mgRWABmgR0所以有所以有WABmgRmgR(1)mgR.9/26/2024本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束按按ESC键退出全屏播放退出全屏播放谢谢使用使用9/26/2024
