2014-2015高中物理粤教版必修2配套课件：第四章-第3节---探究外力做功与物体动能变化的关系

物理•必修2（粤教）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重点：实验探究动能定理以及动能定理的理解．难点：动能定理的应用．预习篇考点篇栏目链接预习篇1．探究动能定理的实验(落体法)，如图甲所示：预习篇考点篇栏目链接预习篇(1)目的：__________________________________________________.(2)原理方法：物体做自由落体运动，下落过程中经过A、B两点，设法测出A、B两点的高度差hAB和A、B两点的速度vA、vB.计算此过程中重力做功WG＝________．动能变化量为ΔEk＝__________________．结果发现：物体在自由落体过程中，重力做的功________物体动能的增量．(3)器材：__________________、纸带、________、铁架台、________、________．探究外力做功与物体动能改变的关系mghABm（vB2－vA2）2等于电火花式打点计时器重锺刻度尺电源预习篇考点篇栏目链接(4)步骤：①按图连接好实验装置，把打点计时器与电源连接好．②把纸带一端固定在重锤上，另一端穿过计时器的限位孔，用手________________提起纸带，使重锤停靠在______________________________________．③先________________，等计时器正常工作后，再__________．④重复几次．从打出的纸带中，挑选_____________的一条．在起始点标上O点，后面的依次标上A，B，C，…，用________测出到起点的间隔h1，h2，h3….预习篇竖直打点计时器的下方接通电源释放纸带点迹清晰刻度尺预习篇考点篇栏目链接预习篇⑤应用公式vn＝hn＋1－hn－12T计算出各点对应的即时速度v1，v2，v3….(5)数据分析：在纸带上选两点A、B进行分析，分别求出：WG＝mgh＝___________；ΔEk＝12mv2＝__________________；比较两者关系．(6)误差分析：①偶然误差，测量长度时会带来误差，多次测量求平均值，可减少此误差．mg(hB－hA)m（vB2－vA2）2预习篇考点篇栏目链接预习篇②系统误差，重锤下落时需克服阻力(主要与限位孔的阻力)，故WG必定略________ΔEk.(7)注意事项：①务必先________，再________．②重锤尽可能选择质量________而体积________的物体，即________大的物体．③计时器的限位孔需________________，纸带需________________，尽可能减少摩擦．大于接通电源释放纸带较大较小质量竖直安放竖直穿过限位孔预习篇考点篇栏目链接预习篇2．理论推导：(1)推导：如图所示，质量为m的物体，在恒力F和摩擦力f作用下，经位移s后，速度由v1增加到v2.则外力做的总功：W＝________________________________________________________________________.(F－f)s预习篇考点篇栏目链接预习篇由牛顿第二定律：F－f＝____________________________________________.由运动学公式：s＝__________________________________________________.联系上式得：W合＝Ek2－Ek1＝ΔEk.(2)结论：合外力对物体做的功________物体动能的变化．3．动能定理：(1)内容：________对物体所做的总功，等于物体________________．mav22－v122a等于合外力动能的增量预习篇考点篇栏目链接预习篇(2)表达式：W＝________．W为总功，Ek1、Ek2为初、末动能，ΔEk为动能变化量．(3)功与动能变化的关系：①W为正功时，Ek2＞Ek1，ΔEk＞0，动能______________________________________．②W为负功时，Ek2＜Ek1，ΔEk＜0，动能_____________________________________．③W＝0时，Ek2＝Ek1，ΔEk＝0，动能____________________________________．Ek2－Ek1增加减小不变预习篇考点篇栏目链接预习篇考点篇栏目链接考点篇考点1动能定理的理解1．内容：合外力对物体所做的总功W，等于物体动能的增加量．2．W为所有外力所做功的代数和．外力既可以同时作用，也可以是先后作用．3．“动能增量”是指末动能减初动能．ΔEk＞0表示动能增加，ΔEk＜0表示动能减小．4．外力做功与动能变化的因果关系：外力对物体做功是引起其动能变化的原因．外力对物体做功等于物体动能增加，物体克服外力做功等于物体动能的减小．预习篇考点篇栏目链接考点篇例1质量为2kg的小物体从高为3m、长为6m的固定斜面顶端由静止开始下滑，如图所示，滑到底端时速度为6m/s，取g＝10m/s2.则物体在斜面上下滑到底端的过程中()A．重力对物体做功120JB．合力对物体做功60JC．物体克服摩擦力做功24JD．支持力对物体做功60J预习篇考点篇栏目链接解析C答案重力做功WG＝mgh＝2×10×3J＝60J，故A错；由动能定理，即：W合＝12mv2－0＝36J，故B错；根据动能定理有：WG＋Wf＝12mv2－0得：Wf＝12mv2－mgh＝－24J，故C正确；因为支持力与位移方向垂直，做功为零，故D错误．考点篇预习篇考点篇栏目链接考点篇1．质量为1kg的物体被人用手由静止向上提升1m，这时物体的速度为2m/s，g取10m/s2，则下列说法中不正确的是()A．手对物体做功12JB．合外力对物体做功12JC．合外力对物体做功2JD．物体克服重力做功10J变式训练B预习篇考点篇栏目链接解析合外力做的功W＝m（v2－v02）2＝2J，B错，C对；重力做的功WG＝mgh＝－10J，D对；手对物体做的功等于W－mgh＝12J，A对．考点篇预习篇考点篇栏目链接考点2动能定理的应用考点篇1．解题方法．(1)明确研究对象及运动过程，找出初、末状态对应的速度．(2)正确受力分析，明确运动过程中，每个阶段所受的一切外力，包括重力．(3)弄清各阶段，每个外力做功的大小和正负情况，求出各力做功的代数和．(4)列方程求解．注意挖掘题目的隐含条件，补充方程进行求解．预习篇考点篇栏目链接考点篇2．优越性：可以简便处理曲线、变力、多过程等做功问题(1)动能定理虽然是在物体受恒力且做直线运动的情况下得出的，但也适用于曲线运动的情况．(2)变力做功问题：当力F的大小或方向变化时，不能直接用W＝Fscosα求解，可用动能定理求解．预习篇考点篇栏目链接考点篇例2一个质量为m的小球，用长为L的轻绳悬挂于O点，小球在水平拉力F作用下，从平衡位置P点很缓慢地移动到Q点，此时轻绳与竖直方向夹角为θ，如图所示，则拉力F所做的功为()A．mgLcosθB．mgL(1－cosθ)C．FLsinθD．FLcosθ小结：当小球缓慢地移动时，拉力始终变化，涉及变力做功可以转换为动能定理求解．预习篇考点篇栏目链接考点篇解析B答案小球缓慢地从P移动到Q，动能不变．只有重力、水平拉力F对小球做功，绳子拉力不做功，由动能定理：－mgL(1－cosθ)＋WF＝ΔEk＝0即WF＝mgL(1－cosθ)，故B正确．预习篇考点篇栏目链接考点篇2．(双选)如图所示，质量为m的小车在水平恒力F推动下，从山坡底部A由静止运动至高为h的坡顶B，获得速度为v，AB的水平距离为s，下列说法正确的是()A．小车克服重力所做的功是－mghB．合力对小车做的功是12mv2C．推力对小车做的功是Fs－mghD．小车阻力做的功是12mv2＋mgh－Fs变式训练BD预习篇考点篇栏目链接考点篇解析小车受重力G、推力F、支持力N、摩擦力f作用，全程重力做功WG＝－mgh，即小车克服重力所做的功是mgh，选项A错误．推力F做功WF＝Fs，选项C错误．支持力N不做功，由动能定理得合力做功为Fs－mgh＋Wf＝12mv2，选项B正确．且得出阻力对小车做的功Wf＝12mv2＋mgh－Fs，选项D正确．预习篇考点篇栏目链接考点篇(3)多过程问题：既可分段考虑，也可全程考虑．当不考虑中间状态时，全程用动能定理会简便很多．预习篇考点篇栏目链接考点篇例3如图所示，将质量为2kg的金属小球从离地面2m高处由静止释放，落入泥潭并陷入5cm深处，不计空气阻力，求泥潭对金属球的平均阻力大小．(g取10m/s2)预习篇考点篇栏目链接考点篇解析方法一运动学公式由v2＝2gH，v2＝2ah.联立以上两式解得a＝gHh，F－mg＝ma，解得F＝mg＋ma＝H＋hh·mg＝2＋0.050.05×2×10N＝820N.方法二分段应用动能定理设小球在B点的速度为v，小球从A→B由动能定理得：mgH＝12mv2－0.小球从B→C由动能定理得：mgh－Fh＝0－12mv2.联立以上两式得F＝H＋hh·mg＝820N.预习篇考点篇栏目链接考点篇见解析答案方法三全程应用动能定理对小球的整个过程由A→C用动能定理，有：mg(H＋h)－Fh＝0－0，解得F＝H＋hh·mg＝820N.预习篇考点篇栏目链接考点篇小结：①应用动能定理解决实际问题时，要准确分析物体受力情况和做功情况，准确确定所考虑过程的始末状态，正确列出方程．②对物体在变力做功或做曲线运动过程的做功问题，应用动能定理解题较方便．预习篇考点篇栏目链接变式训练考点篇3．如图所示，倾角为θ的斜面上，质量为m的滑块从距挡板s0处，以初速度v0沿斜面上滑，滑块与斜面间动摩擦因数为μ，μ＜tanθ，若滑块每次与挡板碰撞时没有机械能损失，求滑块在整个运动过程中通过的总路程．预习篇考点篇栏目链接考点篇解析由于滑动摩擦力f＝μmgcosθ＜mgsinθ，所以物体最终必定停在P点处，且在运动中摩擦力始终做负功，从初始到最终停下，由动能定理：mgs0sinθ－μmgcosθ·s总＝0－12mv02，解得：s总＝v02＋2gs0sinθ2μgcosθ.解析见解析预习篇考点篇栏目链接考点3与其他模型的综合考点篇动能定理在近年高考中，经常会与平抛运动、圆周运动等模型一起，结合临界条件，进行综合考察，需引起重视．预习篇考点篇栏目链接考点篇例4如图所示，光滑水平面AB与半圆形轨道在B点相连，轨道位于竖直面内，半径为R，一个质量为m的物块静止在水平面上，现向左推物块使其压紧轻质弹簧，然后放手，物块在弹力作用下获得一速度，当它经B点进入半圆轨道瞬间，对轨道压力为其重力的8倍，之后物块向上运动恰好能完成半圆周运动到达C点，重力加速度为g.求：(1)弹簧弹力对物块做的功；(2)物块从B到C摩擦阻力做的功；(3)物块离开C点后，再落回到水平面上时相对于C点的水平距离．预习篇考点篇栏目链接考点篇解析(1)物块到B点瞬间，由向心力公式：FN－mg＝mvB2R，解得：vB2＝7Rg，弹簧对物块弹力做的功等于物块获得的动能，所以有W＝Ek＝12mvB2＝3.5mgR.(2)物块恰好能到达C点，重力提供向心力，根据向心力公式有：mg＝mvC2R，物块从B到C，由动能定理：Wf－mg2R＝12mvC2－12mvB2，解得：Wf＝－mgR.(3)物块从C点飞出后做平抛运动，故：x＝vCt，2R＝12gt2，解得：x＝2R.解析见解析预习篇考点篇栏目链接