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1、2022年高中物理 第四章 機械能和能源 第3節(jié) 探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系學(xué)案 粵教版必修2 一、 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1、 知道外力做功可改變物體的動能 2、 理解動能定理的物理意義，初步掌握動能定理的應(yīng)用 3、 掌握用實驗方法探究動能定理 二、 學(xué)習(xí)重點難點 從實驗角度探究外力做功與動能變化的關(guān)系，動能定理的應(yīng)用 三、課前預(yù)習(xí)（自主探究） 1. 動能定理： 對物體所做的功等于物體 的變化． 2．表達式：W＝_______________或W＝_____________________. 3．當(dāng)外力對物體做正功時，末動能 初動能

2、；當(dāng)外力對物體做負(fù)功時，末動能 初動能． 4. 1．在離地面高為h處以初速度v0斜向上拋出一個質(zhì)量為m的物塊，當(dāng)它落地時速度為v，用g表示重力加速度，則在此過程中，阻力對物體做的功( ) A．mgh－mv2－mv B．mgh＋mv－mv2 C.mv2－mv－mgh D．mgh＋mv2－mv 5．一個25 kg的小孩從高度為3 m的滑梯頂端由靜止開始滑下，滑到底端時的速度為2 m/s，g取10 m/s2，關(guān)于力對小孩做的功，以下結(jié)果正確的是( ) A．合外力做功50 J B．阻力做功500 J C．重力做功5

3、00 J D．支持力做功50 J 四、課堂活動 （1）小組合作交流 知識點1 實驗探究 在給定的路面上，汽車的初速度越大，剎車距離也 ，摩擦力做功就 ?？梢?，研究做功與動能變化的關(guān)系，實際上就是研究力、位移、速度和質(zhì)量的關(guān)系。 若利用自由落體運動，則可利用刻度尺直接測出 __________，利用打點計時器和紙帶測出各點的 ________。 答案：越大，越多，位移，瞬時速度 重點歸納 對實驗探究的理解 1.重力做功的特點：重力做功只與初末位置的高度差有關(guān)，即。 2.動能：物體的質(zhì)量與速度平方乘積的一半，。 3.利用物

4、體由靜止自由下落時，重力做功，動能的變化，探究兩者的關(guān)系。 知識點2 合外力做功和物體動能的變化 射箭運動員拉弓射箭，箭在彈力作用下，獲得很大的速度射出去。在行駛中的汽車，因前方有路障而緊急剎車，汽車在阻力作用下逐漸停下來。前者有彈力對箭做功，則箭的 發(fā)生了改變， 也發(fā)生了改變；后者摩擦阻力對汽車做功，使汽車的 減小， 也減小。這兩種情況的共同特點是有力對物體做功，則物體的 發(fā)生變化。 答案：速度，動能，速度，動能，速度和動能 重點歸納 對合外力做功和物體動能的變化的理解 (1)W為物體所受外力

5、的總功(包括物體所受重力)． (2)動能定理揭示了合外力對物體做功與物體動能的變化之間的因果聯(lián)系和定量關(guān)系．定理表明，合外力對物體做了多少功，物體的動能就增加(減少)多少．合外力做正功，物體的動能增加；合外力做負(fù)功，物體的動能減少． (3)適用條件：動能定理雖然是在物體受恒力作用沿直線做勻加速直線運動的情況下推導(dǎo)出來的，但是對于外力是變力或物體做曲線運動，動能定理都成立． 2．優(yōu)越性 (1)對于變力作用或曲線運動，動能定理提供了一種計算變力做功的簡便方法．功的計算公式W＝Fscos α只能求恒力做的功，不能求變力做的功，而由于動能定理提供了一個物體的動能變化ΔEk與合外力對物體所做功具

6、有等量代換關(guān)系，因此已知(或求出)物體動能變化ΔEk＝Ek2－Ek1，就可以間接求得變力做的功． (2)與用牛頓定律解題的比較 牛頓定律 動能定理 不同點 適用條件 一般只能研究在恒力作用下物體做直線運動的情況 對于物體在恒力或變力作用下，物體做直線或曲線運動均適用 應(yīng)用方法 要考慮運動過程的每一個細節(jié)，結(jié)合運動學(xué)公式解題 只考慮各力的做功情況及初、末狀態(tài)的動能 運算方法 矢量運算 代數(shù)運算 相同點 確定研究對象，對物體進行受力分析和運動過程分析 3.運用動能定理解題的一般步驟 (1)明確研究對象和運動過程． (2)分析過程中力做功情況．

7、 (3)明確初、末狀態(tài)的動能． (4)列方程，并求解． 實驗透視 探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系 圖4－3－6 【實驗?zāi)康摹? 探究外力做功與物體動動能改變的定量關(guān)系 【實驗原理】 電源頻率 【實驗器材】 電火花打點計時器、紙帶、重錘、鐵架臺、鉤碼、夾子、刻度尺、學(xué)生電源、導(dǎo)線若干． 【實驗步驟】 A．按圖4－3－6所示，把打點計時器安裝在鐵架臺上，并接好電路； B．紙帶的一端用夾子固定在重錘上，另一端穿過打點計時器的限位孔，豎直提起紙帶使重錘靠近打點計時器，用夾子把紙帶上端夾?。? C．先接通打點計時器的電源，待穩(wěn)定后，釋放紙帶，讓重錘自由下落，打點計時器在

8、紙帶上打點； D．重復(fù)幾次(3～5次)，挑選出點跡清晰的紙帶用來分析； E．在選取紙帶中，選取點跡間距較大的點，并標(biāo)上0、1、2、3、4、…，量出各點到0點的距離h1、h2、h3、…； F．利用公式vn＝求出各點的速度大??； G．并求出相鄰兩點間重錘動能的增量ΔEk和重錘重力做的功W； H．比較重力所做的功W和動能增量ΔEk的關(guān)系，得出結(jié)論． 2．測量與記錄 3．?dāng)?shù)據(jù)處理及實驗結(jié)論 測出起始點O到B點的距離，就是物體自由下落的高度sOB。再求出O點和B點的速度（vB)：，以同樣的方法得到其他點的瞬時速度。再驗證這個過程是否滿足動能定理。 【實驗結(jié)論】 在誤差范圍內(nèi)，重力所做

9、的功等于物體動能的增量． 【注意事項】 1.實驗中打點記時器的安裝，兩紙帶限位孔必須在同一豎直線上，以減少摩擦力． 2.實驗時，必須先接通電源，讓打點記時器工作正常后才松開紙帶讓重錘下落． 3.打點記時器必須接50Hz交流低壓電源. 4.必須保留紙帶上打出點跡的第一點,且第1、2點間距約為2mm的紙帶誤差小。 5.實驗中，只要驗證gh是否等于v2/2即可，不用測重錘的質(zhì)量。 6.【誤差分析】由于重錘克服阻力作功，所以動能增加量略小于重力勢能減少量 （2）課堂小測 單項選擇題 1.關(guān)于功和物體動能變化的關(guān)系，下列說法不正確的是( ) A．有力對物體做功，物體的動能就會

10、變化 B．合力不做功，物體動能不改變 C．合力對物體做正功，物體的動能一定增加 D．所有外力做功的代數(shù)和為負(fù)值，則物體動能減少 2．一物體速度由零增大到v，再從v增大到2v，外力做功分別為W1和W2，則W1和W2的關(guān)系正確的是( ) A．W1＝W2 B．W2＝2W1 C．W2＝3W1 D．W2＝4W1 3．物體A和B質(zhì)量相等，A置于光滑的水平面上，B置于粗糙的水平面上，開始時都處于靜止?fàn)顟B(tài)，在相同的水平力F作用下移動相同的位移，則( ) A．力F對A做功較多，A的動能較大 B．力F對B做功較多，B的動能較大 C．力F

11、對A和B做功相同，A和B的動能相同 D．力F對A和B做功相同，但A的動能較大 4．一質(zhì)量為1 kg的物體被人用手由靜止向上提升1 m，這時物體的速度為2 m/s，g取10 m/s2，則下列說法不正確的是( ) A．手對物體做功12 J B．合外力對物體做功12 J C．合外力對物體做功2 J D．物體克服重力做功10 J 雙項選擇題 5．水平光滑地面上放著質(zhì)量為0.5 kg的足球，一小孩用10 N力踢球，使球沿水平面向前運動了2 m，速度大小為6 m/s，與豎直墻壁碰撞，撞后小球沿相反方向以大小相等的速度反彈回來，下列

12、說法正確的是( ) A．小孩對球做的功為20 J B．小孩對球做功為9 J C．墻對小球做的功為0 D．墻對小球做功為18 J 6．關(guān)于運動物體所受的合力、合力做的功和運動物體動能的變化，下列說法正確的是( ) A．運動物體所受合力不為零，合力必做功，則物體的動能一定變化 B．運動物體所受合力為零，則物體的動能一定不變 C．運動物體的動能保持不變，則物體所受合力必為零 D．運動物體所受合力不為零，則該物體一定做變速運動 7．質(zhì)量不同而具有相同動能的兩個物體，在動摩擦因數(shù)相同的水平面上滑行到停止，則(

13、 ) A．質(zhì)量大的物體滑動距離大 B．質(zhì)量大的物體滑行距離小 C．質(zhì)量大的物體做功多 D．它們運動的加速度一樣大 8．質(zhì)量為m的物體從距地面h高處由靜止開始以加速度a＝豎直下落到地面，在這個過程中( ) A．物體的動能增加mgh B．物體的重力勢能減少mgh C．物體的動能增加mgh D．物體的重力勢能減小mgh 計算題 9．如下圖所示，用拉力F使一個質(zhì)量為m的木箱由靜止開始在水平地面上移動了l，拉力F跟木箱前進方向的夾角為α，木箱與地面間的動摩擦因數(shù)為μ，求木箱獲得的速度． 五、課外作業(yè) 六、課后反思 解：對物體進行受力分析，受到豎直向下的重力mg、垂直地面的支持力FN、拉力F和水平向左的摩擦力Ff，如答圖4-3-8所示． 由動能定理： Flcos α－Ffl＝mv2－0 而Ff＝μ(mg－Fsin α) 聯(lián)立解得v＝.