高中物理 第3章 動能的變化與機械功 3_1 探究動能變化跟做功的關系教師用書 滬科版必修2

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31探究動能變化跟做功的關系學 習 目 標知 識 脈 絡1.理解動能的概念，掌握動能表達式并會應用2掌握動能定理表達式及適用條件，會運用動能定理解決相關的簡單題目(重點、難點) 3體驗物理實驗探究的過程與方法.動 能 與 動 能 定 理1動能(1)定義：物理學中把mv2叫做物體的動能(2)表達式：Ekmv2.(3)單位：國際單位制中為焦耳，符號J.(4)動能是標量，只有大小，沒有方向，動能沒有負值，與物體的速度方向無關2物理量特點(1)具有瞬時性，是狀態(tài)量(2)具有相對性，選取不同的參考系，同一物體的動能一般不同，通常是指物體相對于地面的動能(3)是標量，沒有方向，Ek0.1動能是物體由于運動而具有的能()2動能是矢量，其方向與速度方向相同()3物體的速度發(fā)生變化，其動能就一定發(fā)生變化()如圖311所示，耀眼的流星飛快的撞向地面，影響流星動能大小的因素有哪些？圖311【提示】流星的質量及速度大小殲15戰(zhàn)機是我國自主研發(fā)的第一款艦載戰(zhàn)斗機，如圖312所示：圖312探討1：殲15戰(zhàn)機起飛時，合力做什么功？速度怎么變化？動能怎么變化？【提示】殲15戰(zhàn)機起飛時，合力做正功，速度、動能都不斷增大探討2：殲15戰(zhàn)機著艦時，動能怎么變化？合力做什么功？增加阻攔索的原因是什么？【提示】殲15戰(zhàn)機著艦時，動能減小合力做負功增加阻攔索是為了加大對飛機的阻力1動能的特征(1)是狀態(tài)量：與物體的運動狀態(tài)(或某一時刻的速度)相對應(2)具有相對性：選取不同的參考系，物體的速度不同，動能也不同，一般以地面為參考系(3)是標量：只有大小，沒有方向；只有正值，沒有負值2動能的變化(1)Ekmvmv為物體動能的變化量，也稱作物體動能的增量，表示物體動能變化的大小(2)動能變化的原因：合力對物體做功是引起物體動能變化的原因，合力做功的過程實質上是其他形式的能與動能相互轉化的過程，轉化了多少由合力做了多少功來度量1在水平路面上，有一輛以36 km/h行駛的客車，在車廂后座有一位乘客甲，把一個質量為4 kg的行李以相對客車5 m/s的速度拋給前方座位的另一位乘客乙，則行李的動能是()A500 JB200 JC450 J D900 J【解析】行李相對地面的速度vv車v相對15 m/s，所以行李的動能Ekmv2450 J，選項C正確【答案】C2質量為2 kg的物體A以5 m/s的速度向北運動，另一個質量為0.5 kg的物體B以10 m/s的速度向西運動，則下列說法正確的是()AEkAEkBBEkAEkBCEkAEkBD因運動方向不同，無法比較動能【解析】根據Ekmv2知，EkA25 J，EkB25 J，而且動能是標量，所以EkAEkB，A項正確【答案】A3兩個物體質量比為14，速度大小之比為41，則這兩個物體的動能之比()A11B14C41 D21【解析】由動能表達式Ekmv2得2241，C對【答案】C動能與速度的三種關系(1)數值關系：Ekmv2，速度v越大，動能Ek越大(2)瞬時關系：動能和速度均為狀態(tài)量，二者具有瞬時對應關系(3)變化關系：動能是標量，速度是矢量當動能發(fā)生變化時，物體的速度(大小)一定發(fā)生了變化，當速度發(fā)生變化時，可能僅是速度方向的變化，物體的動能可能不變動 能 定 理1動能定理(1)推導過程圖313質量為m的汽車，在不變的牽引力F作用下，發(fā)生一段位移s，速度由v1增大到v2，如圖313.(2)內容外力對物體所做的功等于物體動能的增量(3)表達式WEk2Ek1.Wmvmv.2恒力做功與物體動能變化的關系(1)設計實驗(如圖314)圖314所使用的器材有：氣墊導軌、滑塊、光電門、計時器、通氣源、刻度尺、細繩、鉤碼等(2)研究計劃直接驗證：逐一比較力對物體所做的功與物體動能增量的大小之間的關系用圖像驗證根據Wmv2，由實驗數據作出W與v2及W與m的關系圖像1做實驗時要平衡摩擦力，且改變滑塊質量就要重新平衡摩擦力()2合外力做功不等于零，物體的動能一定變化()3物體的速度變化，合外力做的功一定不等于零()如圖315是“探究a與F、m之間的定量關系”實驗中的裝置觀察裝置圖，思考以下問題：圖315(1)實驗中，研究對象(小車)的瞬時速度如何求解？若已知小車的質量，怎樣求某一瞬間小車的動能？(2)怎樣通過該裝置探究“合外力做功與動能變化的關系”？【提示】(1)應用紙帶上的點跡可以確定小車的瞬時速度，再根據Ekmv2確定小車的動能(2)可以應用直接對比或圖像法探究分析力做功與動能變化的關系如圖316所示，物體(可視為質點)從長為L、傾角為的光滑斜面頂端由靜止滑下圖316探討1：物體受幾個力作用？各做什么功？怎么求合力的功？【提示】物體受重力、支持力兩個力作用重力做正功，支持力不做功合力做的功W合mgLsin .探討2：如何求物體到達斜面底端時的速度？能用多種方法求解物體到達斜面底端時的速度嗎？哪種方法簡單？【提示】可以用牛頓定律結合運動學公式求解，也可以用動能定理求解用動能定理更簡捷1動能定理的理解(1)等值關系：某物體的動能變化量總等于合力對它做的功(2)因果關系：合力對物體做功是引起物體動能變化的原因，合力做功的過程實際上是其他形式的能與動能相互轉化的過程，轉化了多少由合力做了多少功來度量2動能定理與牛頓運動定律的比較牛頓運動定律動能定理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適用條件只能研究在恒力作用下物體做直線運動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用方法要考慮運動過程的每一個細節(jié)，結合運動學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運算兩種思路對比可以看出應用動能定理解題不涉及加速度、時間，不涉及矢量運算，運算簡單不易出錯4(2016泉州高一檢測)一個物體的速度從0增大到v，外力對物體做功為W1；速度再從v增大到2v，外力做功為W2，則W1和W2的關系正確的是()AW1W2BW12W2CW23W1 DW24W1【解析】根據動能定理可知，W1mv2，W2m(2v)2mv2mv2，因此，W23W1，選項C正確【答案】C5如圖317所示，質量為m的物體從高為h、傾角為的光滑斜面頂端由靜止開始沿斜面下滑，最后停在水平面上，已知物體與水平面間的動摩擦因數為，求： 【導學號：02690031】(1)物體滑至斜面底端時的速度；(2)物體在水平面上滑行的距離(不計斜面與平面交接處的動能損失)圖317【解析】(1)物體下滑過程中只有重力做功，且重力做功與路徑無關，由動能定理：mghmv2，可求得物體滑至斜面底端時速度大小為v.(2)設物體在水平面上滑行的距離為x由動能定理：mgx0mv2解得：x.【答案】(1)(2)應用動能定理時注意的四個問題(1)動能定理中各量是針對同一慣性參考系而言的(一般選取地面為參考系)(2)若物體運動的過程包含幾個不同的階段，應用動能定理時，可以分段考慮，也可以將全過程作為一個整體來處理(3)在求總功時，若各力不同時對物體做功，W應為各階段各力做功的代數和在利用動能定理列方程時，還應注意各力做功的正、負或合力做功的正、負(4)對于受力情況復雜的問題要避免把某個力的功當做合力的功，對于多過程問題要防止“漏功”或“添功”