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第四章 机械能和能源 第三节 探究外力做功与物体动能变化的关系,粤教版必修2,知识回顾：,1、如何理解功能关系？,2、怎样理解“功是能量转化的量度”？,3、什么叫动能？物体的动能大小与哪些因素有关？,4、动能的表达式是怎样的？ 表达式中的速度是指平均速度还是瞬时速度？,5、怎样计算重力所做的功？,“陆战之王”新“杀手”：“动能导弹”亮相美军,美军的“动能导弹” 速度达到了1524m/s，弹头不采用炸药和引信，只装备一枚硬度极高的“钨长杆穿透器”。从发射到击中目标的飞行时间在5秒钟之内。能够穿透目前所有的装甲系统。,从科学的意义上讲，动能导弹原理并不复杂，如同陨石能击穿地球表面的石头，只不过因为动能很大而已！,那么，怎样获得很大的动能呢？ 动能的变化和做功有什么样的定量关系呢？,1、出站的列车，速度越来越快，它的动能为什么增加？,2、进站的列车，速度越来越慢，它的动能为什么减少？,从做功的角度谈一谈以下问题：,3、匀速行驶的列车，它的动能为什么不变？,想一想,动能的变化应该是由什么力的功决定的？,猜一猜,物体动能的变化与合外力对它做的功可能存在什么样的定量关系？,实验目的,探究合外力做功与物体动能变化的关系？,实验筹划,1、实验需要测量哪些物理量？,2、有哪几个物理量会很难测量？,3、怎样设计一个最简单的实验来进行研究？,实验方法,利用打点计时器研究自由落体运动中重力做功与物体动能变化的关系？,实验原理和数据,1、重力做功：,2、动能的变化：,3、质量m不用测量,h用刻度尺测量,v用 计算,实验步骤,实验器材,打点计时器、纸带、重锤、铁架台、刻度尺,1、把打点计时器按装在铁架台上。,2、把纸带的一端在重锤上用夹子固定好，另一 端穿过计时器的限位孔，用手竖提起纸带使重锤停靠在计时器附近。,3、接通电源，松开纸带，让重锤自由下落。,4、重复三次，挑选点迹清晰的纸带使用。,数据及计算,实验结论：,(O C),0.304m,0.780,0.305m,3.11,(0 B),0.171m,0.585,0.172m,1.75,(O A),动能增量Ek(J),末速度v(ms-1),重力做功W(J),下落距离h(cm),过程,4.87,设重锤质量为m,O,A,C,B,1.75,3.11,4.87,0.77,在误差允许的范围内，可以认为外力对物体所做,的功等于物体动能的变化。,误差分析,1、本实验中系统误差的主要来源是什么？,2、为什么重力做的功总是略大于重锤动能的增量？,计算时所选的计数点应尽量远离纸带上的第一点，以减小测量和计算的误差。,另外要注意：,理论推导一,如图所示，质量为m的物体，在一恒定拉力F作用下，沿光滑的水平面以速度v1开始运动，经位移s后速度增加到 v2，你能否根据牛顿第二定律和运动学公式导出合外力所做的功与物体动能变化的关系？,v1,v2,F,s,F,m,合外力对物体做的功：,根据牛顿第二定律：,由运动学公式：,变形得：,联立各式得：,即：,合外力对物体所做的功等于物体动能的变化。,理论推导二,上题中，如物体还受一恒定的摩擦力f作用，合外力对物体所做的功与物体动能的变化又有什么关系？,W=Fsfs 即W =,理论推导二,动能定理,1、内容,合外力对物体所做的功等于物体动能的变化。,2、公式,3、说明,、当合外力对物体做正功时，W0，Ek2Ek1，动能增加；当合外力对物体做负功时，W0，Ek2Ek1，动能减小。,、W表示合力的功， Ek1、Ek2分别表示物体在初、末状态的动能。 Ek1、Ek2的位置不能交换！,或者,例1、一架飞机，质量m=5.0103Kg，起飞过程中从静止开始滑行的路程为S=5.3102m时，达到起飞速度v=60m/s。在此过程中飞机受到的平均阻力是重量的0.02倍，求飞机受到的牵引力?,由(F-f)s=mV2/2得 1.7104N,动能定理解题的基本步骤：,1、选取研究对象和过程。 2、分析各力做功的情况并求出总功。（受力分析） 3、确定初、末状态的动能。（运动分析） 4、用动能定理列方程求解。,提示：,动能定理不仅适用于恒力做功，也适用于变力做功；不仅适用于直线运动，也适用于曲线运动。,例2：如图所示，质量为m的物体在水平恒力F 的作用下，由静止开始前进s1后撤去F，物体与 水平面的摩擦力为f，物体从开始到最终停止运 动的位移是多少？,1,2,3,方法一：分段法 解：根据动能定理，物体从状态1至状态2过程， 有 （Ff）s1=mv2/2 0 物体从状态2至状态3过程， 有 f(s s1）= 0 mv2/2 联立、得 Fs1 fs=0 即s=Fs1/f,方法二：整体法 解：全程运用动能定理列方程： Fs1 fs=0 得：s=Fs1/f,小结：优先使用整体法,例3、 物体从高出地面H处自由落下，不计空气阻力，落至地面掉入沙坑h停止，求物体在沙坑中受到的平均阻力是其重力的多少倍？,解法一：分段法,自开始下落至与沙坑接触前： mgH=mv2/20 接触沙坑至静止： （mgF）h=0mV2/2 联立得：F/mg=（Hh）/h,解法二：整体法,从开始下落至最终静止：mg（Hh）Fh=0 解得：F/mg=（Hh）/h,1、一个物体沿着高低不平的曲面做匀速率运动，在下面几种说法中，正确的是：( ) A、动力做的功为零 B、阻力做的功为零 C、动力做功与阻力做功的代数和为零 D、合力做的功为零,C D,课堂练习,2、关于做功和物体动能变化的关系,不正确的是( ) A、只有动力对物体做功，物体的动能增加 B、只有物体克服阻力做功，它的动能减少 C、外力对物体做功的代数和等于物体的末动能 与初动能之差 D、动力和阻力都对物体做功，物体的动能一定 变化,D,4、某人用手将1kg的物体由静止向上提起1m，这时物体的速度为2m/s，则手对物体做的功是 _,3、一物体在外力的作用下速度由零达到v，做功为W1；另一物体速度由v变到2v，做功为W2，则W1W2=_,1：3,12 J,5、下列关于运动物体所受的合外力、合外力做功和功能变化的关系正确的是：( ) A、如果物体所受的合外力为零，那么，合外力对物体做的功一定为零 B、如果合外力对物体所做的功为零，则合外力一定为零 C、物体在合外力作用下作变速运动，动能一定变化 D、物体的动能不变，所受的合外力必定为零,A,6、下列说法正确的是（ ） A、合力对物体做的功越多，物体的动能就越大 B、外力对物体做功的代数和等于物体末动能与 初动能之差。 C、物体作匀速圆周运动时，合力一定不做功。 D、物体运动过程中受的合力不为零，则它的动 能一定变化。 E、物体运动过程中受的合力不为零，则它的速度一定 变化。,BCE,7、质点在恒力作用下，从静止开始作直线运动，则质点的动能（ ） A、与它通过的位移成正比 B、与它通过的位移的平方成正比 C、与它运动的时间成正比 D、与它运动的时间的平方成正比,A D,
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