高中物理動(dòng)能定理教案
發(fā)表時(shí)間:2021-01-25高考物理動(dòng)能和動(dòng)能定理復(fù)習(xí)教案。
第2課時(shí)動(dòng)能和動(dòng)能定理
導(dǎo)學(xué)目標(biāo)1.掌握動(dòng)能的概念,會(huì)求動(dòng)能的變化量.2.掌握動(dòng)能定理,并能熟練運(yùn)用.
一、動(dòng)能
[基礎(chǔ)導(dǎo)引]
關(guān)于某物體動(dòng)能的一些說法,正確的是()
A.物體的動(dòng)能變化,速度一定變化
B.物體的速度變化,動(dòng)能一定變化
C.物體的速度變化大小相同時(shí),其動(dòng)能變化大小也一定相同
D.選擇不同的參考系時(shí),動(dòng)能可能為負(fù)值
E.動(dòng)能可以分解到兩個(gè)相互垂直的方向上進(jìn)行運(yùn)算
[知識梳理]
1.定義:物體由于________而具有的能.
2.公式:______________,式中v為瞬時(shí)速度.
3.矢標(biāo)性:動(dòng)能是________,沒有負(fù)值,動(dòng)能與速度的方向______.
4.動(dòng)能是狀態(tài)量,動(dòng)能的變化是過程量,等于__________減初動(dòng)能,即ΔEk=__________________.
思考:動(dòng)能一定是正值,動(dòng)能的變化量為什么會(huì)出現(xiàn)負(fù)值?正、負(fù)表示什么意義?
二、動(dòng)能定理
[基礎(chǔ)導(dǎo)引]
1.質(zhì)量是2g的子彈,以300m/s的速度射入厚度是5cm的木板(如圖1
所示),射穿后的速度是100m/s.子彈射穿木板的過程中受到的平均阻
力是多大?你對題目中所說的“平均”一詞有什么認(rèn)識?
2.質(zhì)量為500g的足球被踢出后,某人觀察它在空中的飛行情況,估計(jì)上升的最大高度是10m,在最高點(diǎn)的速度為20m/s.根據(jù)這個(gè)估計(jì),計(jì)算運(yùn)動(dòng)員踢球時(shí)對足球做的功.
[知識梳理]
內(nèi)容力在一個(gè)過程中對物體所做的功等于物體在這個(gè)過程中____________
表達(dá)式W=ΔEk=________________
對定理
的理解W0,物體的動(dòng)能________
W0,物體的動(dòng)能________
W=0,物體的動(dòng)能不變
適用
條件(1)動(dòng)能定理既適用于直線運(yùn)動(dòng),也適用于________
(2)既適用于恒力做功,也適用于________
(3)力可以是各種性質(zhì)的力,既可以同時(shí)作用,也可以____________
考點(diǎn)一動(dòng)能定理的基本應(yīng)用
考點(diǎn)解讀
1.應(yīng)用動(dòng)能定理解題的步驟
(1)選取研究對象,明確并分析運(yùn)動(dòng)過程.
(2)分析受力及各力做功的情況,求出總功.
受哪些力→各力是否做功→做正功還是負(fù)功→做多少功→確定求總功思路→求出總功
(3)明確過程初、末狀態(tài)的動(dòng)能Ek1及Ek2.
(4)列方程W=Ek2-Ek1,必要時(shí)注意分析題目潛在的條件,列輔助方程進(jìn)行求解.
2.應(yīng)用動(dòng)能定理的注意事項(xiàng)
(1)動(dòng)能定理中的位移和速度必須是相對于同一個(gè)參考系的,一般以地面或相對地面靜止的物體為參考系.
(2)應(yīng)用動(dòng)能定理時(shí),必須明確各力做功的正、負(fù).當(dāng)一個(gè)力做負(fù)功時(shí),可設(shè)物體克服該力做功為W,將該力做功表示為-W,也可以直接用字母W表示該力做功,使其字母本身含有負(fù)號.
(3)應(yīng)用動(dòng)能定理解題,關(guān)鍵是對研究對象進(jìn)行準(zhǔn)確的受力分析及運(yùn)動(dòng)過程分析,并畫出物體運(yùn)動(dòng)過程的草圖,借助草圖理解物理過程和各量關(guān)系.
(4)動(dòng)能定理是求解物體位移或速率的簡捷公式.當(dāng)題目中涉及到位移和速度而不涉及時(shí)間時(shí)可優(yōu)先考慮動(dòng)能定理;處理曲線運(yùn)動(dòng)中的速率問題時(shí)也要優(yōu)先考慮動(dòng)能定理.
典例剖析
例1如圖2所示,用恒力F使一個(gè)質(zhì)量為m的物體由靜止開始沿
水平地面移動(dòng)的位移為l,力F跟物體前進(jìn)的方向的夾角為α,
物體與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,求:
(1)力F對物體做功W的大??;
(2)地面對物體的摩擦力Ff的大??;
(3)物體獲得的動(dòng)能Ek.
跟蹤訓(xùn)練1如圖3所示,用拉力F使一個(gè)質(zhì)量為m的木箱由靜止
開始在水平冰道上移動(dòng)了l,拉力F跟木箱前進(jìn)方向的夾角為α,
木箱與冰道間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,求木箱獲得的速度.
考點(diǎn)二利用動(dòng)能定理求功
考點(diǎn)解讀
由于功是標(biāo)量,所以動(dòng)能定理中合力所做的功既可通過合力來計(jì)算(W總=F合lcosα),也可用每個(gè)力做的功來計(jì)算(W總=W1+W2+W3+…).這樣,原來直接利用功的定義不能計(jì)算的變力的功可以利用動(dòng)能定理方便的求得,它使得一些可能無法進(jìn)行研究的復(fù)雜的力學(xué)過程變得易于掌握和理解.
典例剖析
例2如圖4所示,質(zhì)量為m的小球用長為L的輕質(zhì)細(xì)線懸于O點(diǎn),與
O點(diǎn)處于同一水平線上的P點(diǎn)處有一個(gè)光滑的細(xì)釘.已知OP=L2,在
A點(diǎn)給小球一個(gè)水平向左的初速度v0,發(fā)現(xiàn)小球恰能到達(dá)跟P點(diǎn)在同
一豎直線上的最高點(diǎn)B.則:
(1)小球到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的速率?
(2)若不計(jì)空氣阻力,則初速度v0為多少?
(3)若初速度v0=3gL,則在小球從A到B的過程中克服空氣阻力做了多少功?
跟蹤訓(xùn)練2如圖5所示,一位質(zhì)量m=65kg參加“挑戰(zhàn)極限運(yùn)動(dòng)”的業(yè)余選手要越過一寬度為x=3m的水溝,躍上高為h=1.8m的平臺(tái).采用的方法是:人手握一根長L=3.05m的輕質(zhì)彈性桿一端,從A點(diǎn)由靜止開始勻加速助跑,至B點(diǎn)時(shí),桿另一端抵在O點(diǎn)的阻擋物上,接著桿發(fā)生形變,同時(shí)人蹬地后被彈起,到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)桿處于豎直,人的重心恰位于桿的頂端,此刻人放開桿水平飛出,最終趴落到平臺(tái)上,運(yùn)動(dòng)過程中空氣阻力可忽略不計(jì).(g取10m/s2)
圖5
(1)設(shè)人到達(dá)B點(diǎn)時(shí)速度vB=8m/s,人勻加速運(yùn)動(dòng)的加速度a=2m/s2,求助跑距離xAB.
(2)設(shè)人跑動(dòng)過程中重心離地高度H=1.0m,在(1)問的條件下,在B點(diǎn)人蹬地彈起瞬間,人至少再做多少功?
14.用“分析法”解多過程問題
例3如圖6所示是某公司設(shè)計(jì)的“2009”玩具軌
道,是用透明的薄壁圓管彎成的豎直軌道,其中引
入管道AB及“200”管道是粗糙的,AB是與
“2009”管道平滑連接的豎直放置的半徑為R=
0.4m的14圓管軌道,已知AB圓管軌道半徑與“0”
字型圓形軌道半徑相同.“9”管道是由半徑為2R的光滑14圓弧和
半徑為R的光滑34圓弧以及兩段光滑的水平管道、一段光滑的豎直管道組成,“200”管
道和“9”管道兩者間有一小縫隙P.現(xiàn)讓質(zhì)量m=0.5kg的閃光小球(可視為質(zhì)點(diǎn))從距A點(diǎn)高H=2.4m處自由下落,并由A點(diǎn)進(jìn)入軌道AB,已知小球到達(dá)縫隙P時(shí)的速率為v=8m/s,g取10m/s2.求:
(1)小球通過粗糙管道過程中克服摩擦阻力做的功;
(2)小球通過“9”管道的最高點(diǎn)N時(shí)對軌道的作用力;
(3)小球從C點(diǎn)離開“9”管道之后做平拋運(yùn)動(dòng)的水平位移.
方法提煉
1.分析法:將未知推演還原為已知的思維方法.用分析法研究問題時(shí),需要把問題化整為零,然后逐步引向待求量.具體地說也就是從題意要求的待求量出發(fā),然后按一定的邏輯思維順序逐步分析、推演,直到待求量完全可以用已知量表達(dá)為止.因此,分析法是從未知到已知,從整體到局部的思維過程.
2.分析法的三個(gè)方面:
(1)在空間分布上可以把整體分解為各個(gè)部分:如力學(xué)中的隔離,電路的分解等;
(2)在時(shí)間上把事物發(fā)展的全過程分解為各個(gè)階段:如運(yùn)動(dòng)過程可分解為性質(zhì)不同的各個(gè)階段;
(3)對復(fù)雜的整體進(jìn)行各種因素、各個(gè)方面和屬性的分析.
跟蹤訓(xùn)練3如圖7所示,在一次消防演習(xí)中模擬解救高樓被
困人員,為了安全,被困人員使用安全帶上掛鉤掛在滑竿上
從高樓A點(diǎn)沿輕滑桿下滑逃生.滑桿由AO、OB兩段直桿通
過光滑轉(zhuǎn)軸在O處連接,且通過O點(diǎn)的瞬間沒有機(jī)械能的
損失;滑桿A端用掛鉤鉤在高樓的固定物上,可自由轉(zhuǎn)
動(dòng),B端固定在消防車云梯上端.已知AO長為L1=5m,
OB長為L2=10m.豎直墻與端點(diǎn)B的間距d=11m.掛鉤與兩段
滑桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ=0.5.(g=10m/s2)
(1)若測得OB與水平方向的夾角為37°,求被困人員下滑到B點(diǎn)時(shí)的速度大小;(sin37°=0.6,cos37°=0.8)
(2)為了安全,被困人員到達(dá)B點(diǎn)的速度大小不能超過v,若A點(diǎn)高度可調(diào),而豎直墻與云梯上端點(diǎn)B的間距d不變,求滑桿兩端點(diǎn)A、B間的最大豎直距離h?(用題給的物理量符號表示)
A組利用動(dòng)能定理求變力功
1.如圖8所示,光滑斜面的頂端固定一彈簧,一物體向右滑行,
并沖上固定在地面上的斜面.設(shè)物體在斜面最低點(diǎn)A的速度為
v,壓縮彈簧至C點(diǎn)時(shí)彈簧最短,C點(diǎn)距地面高度為h,則從A
到C的過程中彈簧彈力做功是()
A.mgh-12mv2B.12mv2-mgh
C.-mghD.-(mgh+12mv2)
B組用動(dòng)能定理分析多過程問題
2.如圖9所示,摩托車做特技表演時(shí),以v0=10.0m/s的初速度沖向高臺(tái),然后從高臺(tái)水平飛出.若摩托車沖向高臺(tái)的過程中以P=4.0kW的額定功率行駛,沖到高臺(tái)上所用時(shí)間t=3.0s,人和車的總質(zhì)量m=1.8×102kg,臺(tái)高h(yuǎn)=5.0m,摩托車的落地點(diǎn)到高臺(tái)的水平距離x=10.0m.不計(jì)空氣阻力,取g=10m/s2.求:
圖9
(1)摩托車從高臺(tái)飛出到落地所用時(shí)間;
(2)摩托車落地時(shí)速度的大?。?br>
(3)摩托車沖上高臺(tái)過程中克服阻力所做的功.
3.推杯子游戲是一種考驗(yàn)游戲者心理和控制力的游戲,游戲規(guī)則是在杯子不掉下臺(tái)面的前提下,杯子運(yùn)動(dòng)得越遠(yuǎn)越好.通常結(jié)果是:力度不夠,杯子運(yùn)動(dòng)得不夠遠(yuǎn);力度過大,杯子將滑離臺(tái)面.此游戲可以簡化為如下物理模型:質(zhì)量為0.1kg的空杯靜止在長直水平臺(tái)面的左邊緣,現(xiàn)要求每次游戲中,在水平恒定推力作用下,沿臺(tái)面中央直線滑行x0=0.2m后才可撤掉該力,此后杯子滑行一段距離停下.在一次游戲中,游戲者用5N的力推杯子,杯子沿直線共前進(jìn)了x1=5m.已知水平臺(tái)面長度x2=8m,重力加速度g取10m/s2,試求:
(1)游戲者用5N的力推杯子時(shí),杯子在撤掉外力后在長直水平臺(tái)面上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間;(結(jié)果可用根式表示)
(2)游戲者用多大的力推杯子,才能使杯子剛好停在長直水平臺(tái)面的右邊緣.
4.如圖10所示,光滑14圓弧形槽的底端B與長L=5m的水平傳送帶相接,滑塊與傳送帶間動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2,與足夠長的斜面DE間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5,斜面與水平面間的夾角θ=37°.CD段為光滑的水平平臺(tái),其長為1m,滑塊經(jīng)過B、D兩點(diǎn)時(shí)無機(jī)械能損失.質(zhì)量m=1kg的滑塊從高為R=0.8m的光滑圓弧形槽的頂端A處無初速度地滑下.求(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2,不計(jì)空氣阻力):
圖10
(1)當(dāng)傳送帶不轉(zhuǎn)時(shí),滑塊在傳送帶上滑過的距離;
(2)當(dāng)傳送帶以2m/s的速度順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),滑塊從滑上傳送帶到第二次到達(dá)D點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間t;
(3)當(dāng)傳送帶以2m/s的速度順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),滑塊在斜面上的最大位移.
課時(shí)規(guī)范訓(xùn)練
(限時(shí):45分鐘)
一、選擇題
1.下列關(guān)于運(yùn)動(dòng)物體所受的合外力、合外力做的功、運(yùn)動(dòng)物體動(dòng)能的變化的說法中正確的是()
A.運(yùn)動(dòng)物體所受的合外力不為零,合外力必做功,物體的動(dòng)能一定要變化
B.運(yùn)動(dòng)物體所受的合外力為零,則物體的動(dòng)能一定不變
C.運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)能保持不變,則該物體所受合外力一定為零
D.運(yùn)動(dòng)物體所受合外力不為零,則該物體一定做變速運(yùn)動(dòng)
2.在h高處,以初速度v0向水平方向拋出一個(gè)小球,不計(jì)空氣阻力,小球著地時(shí)速度大小為()
A.v0+2ghB.v0-2gh
C.v20+2ghD.v20-2gh
3.如圖1所示,卷揚(yáng)機(jī)的繩索通過定滑輪用力F拉位于粗糙面上
的木箱,使之沿斜面加速向上移動(dòng).在移動(dòng)過程中,下列說法
正確的是()
A.F對木箱做的功等于木箱增加的動(dòng)能與木箱克服摩擦力所做的功之和
B.F對木箱做的功等于木箱克服摩擦力和克服重力所做的功之和
C.木箱克服重力所做的功等于木箱增加的重力勢能
D.F對木箱做的功等于木箱增加的機(jī)械能與木箱克服摩擦力做的功之和
4.子彈的速度為v,打穿一塊固定的木塊后速度剛好變?yōu)榱悖裟緣K對子彈的阻力為恒力,那么當(dāng)子彈射入木塊的深度為其厚度的一半時(shí),子彈的速度是()
A.v2B.22vC.v3D.v4
5.剎車距離是衡量汽車安全性能的重要參數(shù)之一.如圖2所示的
圖線1、2分別為甲、乙兩輛汽車在緊急剎車過程中的剎車距離l
與剎車前的車速v的關(guān)系曲線,已知緊急剎車過程中車與地面
間是滑動(dòng)摩擦.據(jù)此可知,下列說法中正確的是()
A.甲車的剎車距離隨剎車前的車速v變化快,甲車的剎車性
能好
B.乙車與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)較大,乙車的剎車性能好
C.以相同的車速開始剎車,甲車先停下來,甲車的剎車性能好
D.甲車的剎車距離隨剎車前的車速v變化快,甲車與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)較大
6.一個(gè)小物塊沖上一個(gè)固定的粗糙斜面,經(jīng)過斜面上A、B兩點(diǎn),到
達(dá)斜面上最高點(diǎn)后返回時(shí),又通過了B、A兩點(diǎn),如圖3所示,關(guān)
于物塊上滑時(shí)由A到B的過程和下滑時(shí)由B到A的過程,動(dòng)能的
變化量的絕對值ΔE上和ΔE下,以及所用時(shí)間t上和t下相比較,有
()
A.ΔE上ΔE下,t上t下B.ΔE上ΔE下,t上t下
C.ΔE上ΔE下,t上t下D.ΔE上ΔE下,t上t下
7.如圖4所示,勁度系數(shù)為k的彈簧下端懸掛一個(gè)質(zhì)量為m的重物,處于
靜止?fàn)顟B(tài).手托重物使之緩慢上移,直到彈簧恢復(fù)原長,手對重物做的
功為W1.然后放手使重物從靜止開始下落,重物下落過程中的最大速度
為v,不計(jì)空氣阻力.重物從靜止開始下落到速度最大的過程中,彈簧
對重物做的功為W2,則()
A.W1m2g2kB.W1m2g2k
C.W2=12mv2D.W2=m2g2k-12mv2
8.汽車在水平路面上從靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng),到t1秒末關(guān)閉
發(fā)動(dòng)機(jī)做勻減速直線運(yùn)動(dòng),到t2秒末靜止.動(dòng)摩擦因數(shù)不變,其
v-t圖象如圖5所示,圖中βθ.若汽車牽引力做功為W,平均功
率為P,汽車加速和減速過程中克服摩擦力做功分別為W1和W2,
平均功率大小分別為P1和P2,下列結(jié)論正確的是()
A.W1+W2=WB.P=P1+P2
C.W1W2D.P1=P2
9.如圖6所示,一個(gè)粗糙的水平轉(zhuǎn)臺(tái)以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)臺(tái)上
有一個(gè)質(zhì)量為m的物體,物體與轉(zhuǎn)臺(tái)間用長L的繩連接著,此
時(shí)物體與轉(zhuǎn)臺(tái)處于相對靜止,設(shè)物體與轉(zhuǎn)臺(tái)間的動(dòng)摩擦因數(shù)為
μ,現(xiàn)突然制動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái),則()
A.由于慣性和摩擦力,物體將以O(shè)為圓心、L為半徑做變速圓周運(yùn)動(dòng),直到停止
B.若物體在轉(zhuǎn)臺(tái)上運(yùn)動(dòng)一周,物體克服摩擦力做的功為μmg2πL
C.若物體在轉(zhuǎn)臺(tái)上運(yùn)動(dòng)一周,摩擦力對物體不做功
D.物體在轉(zhuǎn)臺(tái)上運(yùn)動(dòng)Lω24μgπ圈后,停止運(yùn)動(dòng)
10.靜止在粗糙水平面上的物塊A受方向始終水平向右、大小
先后為F1、F2、F3的拉力作用做直線運(yùn)動(dòng),t=4s時(shí)停
下,其v-t圖象如圖7所示,已知物塊A與水平面間的動(dòng)摩擦
因數(shù)處處相同,下列判斷正確的是()
A.全過程中拉力做的功等于物塊克服摩擦力做的功
B.全過程拉力做的功等于零
C.一定有F1+F3=2F2
D.可能有F1+F32F2
二、非選擇題
11.如圖8所示,粗糙弧形軌道和兩個(gè)光滑半圓軌道組成翹尾巴的S形軌道.光滑半圓軌道半徑為R,兩個(gè)光滑半圓軌道連接處CD之間留有很小空隙,剛好能夠使小球通過,CD之間距離可忽略.粗糙弧形軌道最高點(diǎn)A與水平面上B點(diǎn)之間的高度為h.從A點(diǎn)由靜止釋放一個(gè)可視為質(zhì)點(diǎn)的小球,小球沿翹尾巴的S形軌道運(yùn)動(dòng)后從E點(diǎn)水平飛出,落到水平地面上,落點(diǎn)到與E點(diǎn)在同一豎直線上B點(diǎn)的距離為s.已知小球質(zhì)量為m,不計(jì)空氣阻力,求:
圖8
(1)小球從E點(diǎn)水平飛出時(shí)的速度大小;
(2)小球運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)對軌道的壓力;
(3)小球沿翹尾巴的S形軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)克服摩擦力做的功.
復(fù)習(xí)講義
基礎(chǔ)再現(xiàn)
一、
基礎(chǔ)導(dǎo)引A
知識梳理1.運(yùn)動(dòng)2.Ek=12mv23.標(biāo)量無關(guān)4.末動(dòng)能12mv22-12mv21
思考:動(dòng)能只有正值,沒有負(fù)值,但動(dòng)能的變化卻有正有負(fù).“變化”是指末狀態(tài)的物理量減去初狀態(tài)的物理量,而不一定是大的減去小的,有些書上稱之為“增量”.動(dòng)能的變化量為正值,表示物體的動(dòng)能增大了,對應(yīng)于合力對物體做正功;物體的變化量為負(fù)值,表示物體的動(dòng)能減小了,對應(yīng)于合力對物體做負(fù)功,或者說物體克服合力做功.
二、
基礎(chǔ)導(dǎo)引1.1.6×103N見解析
2.150J
知識梳理動(dòng)能的變化12mv22-12mv21增加減少曲線運(yùn)動(dòng)變力做功不同時(shí)作用
課堂探究
例1(1)Flcosα(2)μ(mg-Fsinα)
(3)Flcosα-μ(mg-Fsinα)l
跟蹤訓(xùn)練12[Fcosα-μ(mg-Fsinα)]l/m
例2(1)gL2(2)7gL2(3)114mgL
跟蹤訓(xùn)練2(1)16m(2)422.5J
例3(1)2J(2)35N(3)2.77m
跟蹤訓(xùn)練3(1)310m/s(2)見解析
解析(2)設(shè)滑竿兩端點(diǎn)AB的最大豎直距離為h1,對下滑全過程由動(dòng)能定理得
mgh1-μmgd=12mv2④
所以:h1=v22g+μd⑤
若兩桿伸直,AB間的豎直高度h2為
h2=(L1+L2)2-d2⑥
若h1h2,則滿足條件的高度為h=(L1+L2)2-d2⑦
若h1h2,則滿足條件的高度為
h=v22g+μd⑧
若h1=h2,則滿足條件的高度為
h=v22g+μd=(L1+L2)2-d2⑨
分組訓(xùn)練
1.A
2.(1)1.0s(2)102m/s(3)3.0×103J
3.(1)4.8s(2)8N
4.(1)4m(2)(2.7+55)s(3)0.5m
課時(shí)規(guī)范訓(xùn)練
1.BD
2.C
3.CD
4.B
5.B
6.D
7.B
8.ACD
9.ABD
10.AC
11.(1)s42gR(2)9mg+mgs28R2
(3)mg(h-4R)-mgs216Rwww.lvshijia.net
相關(guān)知識
動(dòng)能動(dòng)能定理
一、教學(xué)目標(biāo)
1.理解動(dòng)能的概念:
(1)知道什么是動(dòng)能。
制中動(dòng)能的單位是焦耳(J);動(dòng)能是標(biāo)量,是狀態(tài)量。
(3)正確理解和運(yùn)用動(dòng)能公式分析、解答有關(guān)問題。
2.掌握動(dòng)能定理:
(1)掌握外力對物體所做的總功的計(jì)算,理解“代數(shù)和”的含義。
(2)理解和運(yùn)用動(dòng)能定理。
二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析
1.本節(jié)重點(diǎn)是對動(dòng)能公式和動(dòng)能定理的理解與應(yīng)用。
2.動(dòng)能定理中總功的分析與計(jì)算在初學(xué)時(shí)比較困難,應(yīng)通過例題逐步提高學(xué)生解決該問題的能力。
3.通過動(dòng)能定理進(jìn)一步加深功與能的關(guān)系的理解,讓學(xué)生對功、能關(guān)系有更全面、深刻的認(rèn)識,這是本節(jié)的較高要求,也是難點(diǎn)。
三、教具
投影儀與幻燈片若干。
四、主要教學(xué)過程
(一)引入新課
初中我們曾對動(dòng)能這一概念有簡單、定性的了解,在學(xué)習(xí)了功的概念及功和能的關(guān)系之后,我們再進(jìn)一步對動(dòng)能進(jìn)行研究,定量、深入地理解這一概念及其與功的關(guān)系。
(二)教學(xué)過程設(shè)計(jì)
1.什么是動(dòng)能?它與哪些因素有關(guān)?這主要是初中知識回顧,可請學(xué)生舉例回答,然后總結(jié)作如下板書:
物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能叫動(dòng)能,它與物體的質(zhì)量和速度有關(guān)。
下面通過舉例表明:運(yùn)動(dòng)物體可對外做功,質(zhì)量和速度越大,動(dòng)能越大,物體對外做功的能力也越強(qiáng)。所以說動(dòng)能是表征運(yùn)動(dòng)物體做功的一種能力。
2.動(dòng)能公式
動(dòng)能與質(zhì)量和速度的定量關(guān)系如何呢?我們知道,功與能密切相關(guān)。因此我們可以通過做功來研究能量。外力對物體做功使物體運(yùn)動(dòng)而具有動(dòng)能。下面我們就通過這個(gè)途徑研究一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)能是多少。
用投影儀打出問題,引導(dǎo)學(xué)生回答:
光滑水平面上一物體原來靜止,質(zhì)量為m,此時(shí)動(dòng)能是多少?(因?yàn)槲矬w沒有運(yùn)動(dòng),所以沒有動(dòng)能)。在恒定外力F作用下,物體發(fā)生一段位移s,得到速度v(如圖1),這個(gè)過程中外力做功多少?物體獲得了多少動(dòng)能?
樣我們就得到了動(dòng)能與質(zhì)量和速度的定量關(guān)系:
物體的動(dòng)能等于它的質(zhì)量跟它的速度平方的乘積的一半。用Ek表示動(dòng)能,則計(jì)算動(dòng)能的公式為:
由以上推導(dǎo)過程可以看出,動(dòng)能與功一樣,也是標(biāo)量,不受速度方向的影響。它在國際單位制中的單位也是焦耳(J)。一個(gè)物體處于某一確定運(yùn)動(dòng)狀態(tài),它的動(dòng)能也就對應(yīng)于某一確定值,因此動(dòng)能是狀態(tài)量。
下面通過一個(gè)簡單的例子,加深同學(xué)對動(dòng)能概念及公式的理解。
試比較下列每種情況下,甲、乙兩物體的動(dòng)能:(除下列點(diǎn)外,其他情況相同)
①物體甲的速度是乙的兩倍;②物體甲向北運(yùn)動(dòng),乙向南運(yùn)動(dòng);
③物體甲做直線運(yùn)動(dòng),乙做曲線運(yùn)動(dòng);④物體甲的質(zhì)量是乙的一半。
在學(xué)生得出正確答案后總結(jié):動(dòng)能是標(biāo)量,與速度方向無關(guān);動(dòng)能與速度的平方成正比,因此速度對動(dòng)能的影響更大。
3.動(dòng)能定理
(1)動(dòng)能定理的推導(dǎo)
將剛才推導(dǎo)動(dòng)能公式的例子改動(dòng)一下:假設(shè)物體原來就具有速度v1,且水平面存在摩擦力f,在外力F作用下,經(jīng)過一段位移s,速度達(dá)到v2,如圖2,則此過程中,外力做功與動(dòng)能間又存在什么關(guān)系呢?
外力F做功:W1=Fs
摩擦力f做功:W2=-fs
可見,外力對物體做的總功等于物體在這一運(yùn)動(dòng)過程中動(dòng)能的增量。其中F與物體運(yùn)動(dòng)同向,它做的功使物體動(dòng)能增大;f與物體運(yùn)動(dòng)反向,它做的功使物體動(dòng)能減少。它們共同作用的結(jié)果,導(dǎo)致了物體動(dòng)能的變化。
將上述問題再推廣一步:若物體同時(shí)受幾個(gè)方向任意的外力作用,情況又如何呢?引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)出正確結(jié)論并板書:
外力對物體所做的總功等于物體動(dòng)能的增加,這個(gè)結(jié)論叫動(dòng)能定理。
用W總表示外力對物體做的總功,用Ek1表示物體初態(tài)的動(dòng)能,用Ek2表示末態(tài)動(dòng)能,則動(dòng)能定理表示為:
(2)對動(dòng)能定理的理解
動(dòng)能定理是學(xué)生新接觸的力學(xué)中又一條重要規(guī)律,應(yīng)立即通過舉例及分析加深對它的理解。
a.對外力對物體做的總功的理解
有的力促進(jìn)物體運(yùn)動(dòng),而有的力則阻礙物體運(yùn)動(dòng)。因此它們做的功就有正、負(fù)之分,總功指的是各外力做功的代數(shù)和;又因?yàn)閃總=W1+W2+…=F1·s+F2·s+…=F合·s,所以總功也可理解為合外力的功。
b.對該定理標(biāo)量性的認(rèn)識
因動(dòng)能定理中各項(xiàng)均為標(biāo)量,因此單純速度方向改變不影響動(dòng)能大小。如勻速圓周運(yùn)動(dòng)過程中,合外力方向指向圓心,與位移方向始終保持垂直,所以合外力做功為零,動(dòng)能變化亦為零,并不因速度方向改變而改變。
c.對定理中“增加”一詞的理解
由于外力做功可正、可負(fù),因此物體在一運(yùn)動(dòng)過程中動(dòng)能可增加,也可能減少。因而定理中“增加”一詞,并不表示動(dòng)能一定增大,它的確切含義為末態(tài)與初態(tài)的動(dòng)能差,或稱為“改變量”。數(shù)值可正,可負(fù)。
d.對狀態(tài)與過程關(guān)系的理解
功是伴隨一個(gè)物理過程而產(chǎn)生的,是過程量;而動(dòng)能是狀態(tài)量。動(dòng)能定理表示了過程量等于狀態(tài)量的改變量的關(guān)系。
4.例題講解或討論
主要針對本節(jié)重點(diǎn)難點(diǎn)——?jiǎng)幽芏ɡ?,適當(dāng)舉例,加深學(xué)生對該定理的理解,提高應(yīng)用能力。
例1.一物體做變速運(yùn)動(dòng)時(shí),下列說法正確的是[]
A.合外力一定對物體做功,使物體動(dòng)能改變
B.物體所受合外力一定不為零
C.合外力一定對物體做功,但物體動(dòng)能可能不變
D.物體加速度一定不為零
此例主要考察學(xué)生對涉及力、速度、加速度、功和動(dòng)能各物理量的牛頓定律和動(dòng)能定理的理解。只要考慮到勻速圓周運(yùn)動(dòng)的例子,很容易得到正確答案B、D。
例2.在水平放置的長直木板槽中,一木塊以6.0m/s的初速度開始滑動(dòng)?;?.0m后速度減為4.0m/s,若木板糟粗糙程度處處相同,此后木塊還可以向前滑行多遠(yuǎn)?
此例是為加深學(xué)生對負(fù)功使動(dòng)能減少的印象,需正確表示動(dòng)能定理中各物理量的正負(fù)。解題過程如下:
設(shè)木板槽對木塊摩擦力為f,木塊質(zhì)量為m,據(jù)題意使用動(dòng)能定理有:
二式聯(lián)立可得:s2=3.2m,即木塊還可滑行3.2m。
此題也可用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式和牛頓定律來求解,但過程較繁,建議布置學(xué)生課后作業(yè),并比較兩種方法的優(yōu)劣,看出動(dòng)能定理的優(yōu)勢。
例3.如圖3,在水平恒力F作用下,物體沿光滑曲面從高為h1的A處運(yùn)動(dòng)到高為h2的B處,若在A處的速度為vA,B處速度為vB,則AB的水平距離為多大?
可先讓學(xué)生用牛頓定律考慮,遇到困難后,再指導(dǎo)使用動(dòng)能定理。
A到B過程中,物體受水平恒力F,支持力N和重力mg的作用。三個(gè)力做功分別為Fs,0和-mg(h2-h1),所以動(dòng)能定理寫為:
從此例可以看出,以我們現(xiàn)在的知識水平,牛頓定律無能為力的問題,動(dòng)能定理可以很方便地解決,其關(guān)鍵就在于動(dòng)能定理不計(jì)運(yùn)動(dòng)過程中瞬時(shí)細(xì)節(jié)。
通過以上三例總結(jié)一下動(dòng)能定理的應(yīng)用步驟:
(1)明確研究對象及所研究的物理過程。
(2)對研究對象進(jìn)行受力分析,并確定各力所做的功,求出這些力的功的代數(shù)和。
(3)確定始、末態(tài)的動(dòng)能。(未知量用符號表示),根據(jù)動(dòng)能定理列出方程
W總=Ek2—Ek1
(4)求解方程、分析結(jié)果
我們用上述步驟再分析一道例題。
例4.如圖4所示,用細(xì)繩連接的A、B兩物體質(zhì)量相等,A位于傾角為30°的斜面上,細(xì)繩跨過定滑輪后使A、B均保持靜止,然后釋放,設(shè)A與斜面間的滑動(dòng)摩擦力為A受重力的0.3倍,不計(jì)滑輪質(zhì)量和摩擦,求B下降1m時(shí)的速度多大。
讓學(xué)生自由選擇研究對象,那么可能有的同學(xué)分別選擇A、B為研究對象,而有了則將A、B看成一個(gè)整體來分析,分別請兩位方法不同的學(xué)生在黑板上寫出解題過程:
三式聯(lián)立解得:v=1.4m/s
解法二:將A、B看成一整體。(因二者速度、加速度大小均一樣),此時(shí)拉力T為內(nèi)力,求外力做功時(shí)不計(jì),則動(dòng)能定理寫為:
f=0.3mg
二式聯(lián)立解得:v=1.4m/s
可見,結(jié)論是一致的,而方法二中受力體的選擇使解題過程簡化,因而在使用動(dòng)能定理時(shí)要適當(dāng)選取研究對象。
(三)課堂小結(jié)
1.對動(dòng)能概念和計(jì)算公式再次重復(fù)強(qiáng)調(diào)。
2.對動(dòng)能定理的內(nèi)容,應(yīng)用步驟,適用問題類型做必要總結(jié)。
3.通過動(dòng)能定理,再次明確功和動(dòng)能兩個(gè)概念的區(qū)別和聯(lián)系、加深對兩個(gè)物理量的理解。
五、說明
1.由于計(jì)算功時(shí)質(zhì)點(diǎn)的位移和動(dòng)能中的速度都與參考系有關(guān)。因此對學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較好的學(xué)生,可以補(bǔ)充講解功和動(dòng)能對不同慣性系的相對性和動(dòng)能定理的不變性。如時(shí)間較緊??稍诮處熯m當(dāng)提示下,讓學(xué)生在課下思考解答。
2.一節(jié)課不可能對動(dòng)能定理的應(yīng)用講解的非常全面、深刻,但一定要強(qiáng)調(diào)公式中各物理量的正確含義,因?yàn)閯?dòng)能定理實(shí)質(zhì)上就是能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的一種表達(dá)形式,掌握好動(dòng)能定理,以后才能順利地深入研究功能關(guān)系、機(jī)械能守恒定律及能的轉(zhuǎn)化和守恒定律。如果一開始就概念不清,很可能影響以后知識的學(xué)習(xí)。
高考物理實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)探究動(dòng)能定理教案
實(shí)驗(yàn)5、探究動(dòng)能定理在(恒力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系)
(課程標(biāo)準(zhǔn)教科書物理必修2第16~18頁:探究功與物體速度的變化的關(guān)系)
圖1
如圖1,物體沿斜面加速下滑,兩個(gè)圖象同時(shí)畫出,如圖2、圖3.
圖2
圖3
圖2表示物體的動(dòng)能隨時(shí)間變化的規(guī)律,圖3表示物體的重力勢能隨時(shí)間變化的規(guī)律,也就是重力所做的功,因?yàn)槲矬w在沿斜面下滑的過程中,只有重力做功(只受重力和支持力,二支持力不做功),所以重力做的功就是合力做的功,而重力勢能的變化等于重力做的功,所以重力勢能的變化等于合力做的功。
比較圖2和圖3,物體動(dòng)能的增加等于重力勢能的減少,例如從0到1s,動(dòng)能的增加為(見圖2),重力勢能的減少為,兩者相等。
所以,物體動(dòng)能的增加等于合力做的功。
如圖4圖5、圖6。
圖4
圖5
從圖5可以根據(jù)算出合力做的功:。
圖6
從圖6可以看出物體動(dòng)能的變化:.
合力做的功為等于物體動(dòng)能的變化,誤差為。
位移隨時(shí)間變化的圖線如圖7,
圖7
動(dòng)能隨時(shí)間變化的圖線如圖8,
圖8
以上兩個(gè)圖線非常相似。因?yàn)闀r(shí)動(dòng)能為0,所以任意時(shí)刻動(dòng)能的值等于動(dòng)能的變化值;而力與位移的積就是功,由于力是恒量,所以功的圖象應(yīng)與位移的圖象相似,那么動(dòng)能的變化的圖象就與功的圖象相似了。
利用數(shù)據(jù)顯示方法測出4組數(shù)據(jù)(顯示方法如圖9所示):合力F,水平位移x,速度v和動(dòng)能EK,然后輸入到Excel中,用公式(因?yàn)樾泵娴膬A斜角為300)算出位移s,用公式算出功,然后畫出W-Ek圖象如圖10。
圖9
FxsWvEk
13.800000
13.80.02510.0289830.3999650.530.39
13.80.0290.0334860.4621110.560.45
13.80.0940.1085421.4978771.031.49
13.80.210.2424873.3463211.543.34
13.80.360.4156925.736552.015.68
13.80.490.5658037.8080812.357.78
數(shù)據(jù)表
圖10
圖10中,紅的直線是動(dòng)能Ek與功的關(guān)系,是直線,該直線的斜率為,近似為1,說明合力對物體做的功等于物體動(dòng)能的變化,即動(dòng)能定理。
例1、如圖所示,在“探究功與物體速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中,下列說法正確的是()
A.為減小實(shí)驗(yàn)誤差,長木板應(yīng)水平放置
B.通過增加橡皮筋的條數(shù)可以使橡皮筋對小車做的功成整數(shù)倍增加
C.小車在橡皮筋拉作用下做勻加速直線運(yùn)動(dòng),當(dāng)橡皮筋拉恢復(fù)原長后小車做勻速運(yùn)動(dòng)
D.應(yīng)選擇紙帶上點(diǎn)距均勻的一段計(jì)算小車的速度
答案:BD
例22009高考安徽21.Ⅲ.(6分)探究力對原來靜止的物體做的功與物體獲得的速度的關(guān)系,實(shí)驗(yàn)裝置如圖所師,實(shí)驗(yàn)主要過程如下:
(1)設(shè)法讓橡皮筋對小車做的功分別為W、2W、3W、……;
(2)分析打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶,求
出小車的速度、、、……;
(3)作出草圖;
(4)分析圖像。如果圖像是一條直線,表明∝;如果不是直線,可考慮是否存在∝、∝、∝等關(guān)系。
以下關(guān)于該試驗(yàn)的說法中有一項(xiàng)不正確,它是___________。
A.本實(shí)驗(yàn)設(shè)法讓橡皮筋對小車做的功分別為W、2W、3W、……。所采用的方法是選用同樣的橡皮筋,并在每次實(shí)驗(yàn)中使橡皮筋拉伸的長度保持一致。當(dāng)用1條橡皮筋進(jìn)行是實(shí)驗(yàn)時(shí),橡皮筋對小車做的功為W,用2條、3條、……橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次、……實(shí)驗(yàn)時(shí),橡皮筋對小車做的功分別是2W、3W、……。
B.小車運(yùn)動(dòng)中會(huì)受到阻力,補(bǔ)償?shù)姆椒?,可以使木板適當(dāng)傾斜。
C.某同學(xué)在一次實(shí)驗(yàn)中,得到一條記錄紙帶。紙帶上打出的點(diǎn),兩端密、中間疏。出現(xiàn)這種情況的原因,可能是沒有使木板傾斜或傾角太小。
D.根據(jù)記錄紙帶上打出的點(diǎn),求小車獲得的速度的方法,是以紙帶上第一點(diǎn)到最后一點(diǎn)的距離來進(jìn)行計(jì)算。
答案:D。
解析:本實(shí)驗(yàn)的目的是探究橡皮繩做的功與物體獲得速度的關(guān)系。這個(gè)速度是指橡皮繩做功完畢時(shí)的速度,而不整個(gè)過程的平均速度,所以D選項(xiàng)是錯(cuò)誤的。
例3.利用拉力傳感器和速度傳感器探究“動(dòng)能原理”
2009高考廣東
15.(10分)某試驗(yàn)小組利用拉力傳感器和速度傳感器探究“動(dòng)能原理”。如圖12,他們將拉力傳感器固定在小車上,用不可伸長的細(xì)線將其通過一個(gè)定滑輪與鉤碼相連,用拉力傳感器記錄小車受到拉力的大小。在水平面上相距50.0cm的A、B兩點(diǎn)各安裝一個(gè)速度傳感器,
記錄小車通過A、B時(shí)的速度大小、小車中可以放置砝碼。
(1)試驗(yàn)主要步驟如下:
①測量和拉力傳感器的總質(zhì)量M1;把細(xì)線的一端固定在拉力傳感器上,另一端通過定滑輪與鉤碼相連;正確連接所需電路;
②將小車停在C點(diǎn),,小車在細(xì)線拉動(dòng)下運(yùn)動(dòng),記錄細(xì)線拉力及小車通過A、B時(shí)的速度;
③在小車中增加砝碼,或,重復(fù)②的操作.
(2)表1是他們測得的一組數(shù)據(jù),期中M是M1與小車中砝碼質(zhì)量之和,是兩個(gè)速度傳感器記錄速度的平方差,可以據(jù)此計(jì)算出動(dòng)能變化量△E,F(xiàn)是拉力傳感器受到的拉力,W是F在A、B間所做的功。表格中的△E3=,W3=.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)
(3)根據(jù)表1,請?jiān)趫D13中的方格紙上作出△E-W圖線.
答案:15.(1)①小車;②由靜止開始釋放小車;
③改變小車質(zhì)量.
(2)0.600J,0.610J.
(3)△E-W圖線如圖所示
例4.2008年廣東第16題:探究“動(dòng)能定理”
某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖所示的裝置探究“動(dòng)能定理”,圖中小車中可放置砝碼,實(shí)驗(yàn)中,小車碰到制動(dòng)裝置時(shí),鉤碼尚未到達(dá)地面,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作頻率為50Hz.
⑴實(shí)驗(yàn)的部分步驟如下:
①在小車中放入砝碼,把紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,連在小車后端,用細(xì)線連接小車和鉤碼;
②將小車停在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近,,,小車拖動(dòng)紙帶,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一列點(diǎn),;
③改變鉤碼或小車中砝碼的數(shù)量,更換紙帶,重復(fù)②的操作.
⑵圖1是鉤碼質(zhì)量為0.03kg,砝碼質(zhì)量為0.02kg時(shí)得到的一條紙帶,在紙帶上選擇起始點(diǎn)O及A、B、C、D和E五個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),可獲得各計(jì)數(shù)點(diǎn)到O的距離S及對應(yīng)時(shí)刻小車的瞬時(shí)速度v,請將C點(diǎn)的測量結(jié)果填在表1中的相應(yīng)位置.
⑶在小車的運(yùn)動(dòng)過程中,對于鉤碼、砝碼和小車組成的系統(tǒng),________做正功,做負(fù)功.
⑷實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出了圖2中的圖線(其中Δv2=v2-v02),根據(jù)圖線可獲得的結(jié)論是.要驗(yàn)證“動(dòng)能定理”,還需要測量的物理量是摩擦力和.
表1紙帶的測量結(jié)果
測量點(diǎn)S/cmr/(ms-1)
00.000.35
A1.510.40
B3.200.45
C____________
D7.150.54
E9.410.60
解析:(1)②接通電源、釋放小車斷開開關(guān)
(2)從尺上讀數(shù),C:6.06cm,減去O點(diǎn)讀數(shù)1.00cm,得C點(diǎn)的S值5.06cm
C點(diǎn)速度
鉤砝的重力做正功,小車受摩擦阻力做負(fù)功
小車初末速度的平方差與位移成正比,即
要驗(yàn)證“動(dòng)能定理”,即還需要測量的物理量是摩擦力f和小車的質(zhì)量M.
答案:16.(1)②接通電源、釋放小車斷開開關(guān)
(2)5.060.49(3)鉤砝的重力小車受摩擦阻力
(4)小車初末速度的平方差與位移成正比小車的質(zhì)量
例5①某同學(xué)探究恒力做功和物體動(dòng)能變化間的關(guān)系,方案如圖所示.他想用鉤碼的重力表示小車受到的合外力,為減小這種做法帶來的誤差,實(shí)驗(yàn)中要采取的兩項(xiàng)措施是:
a
b
②如圖所示是某次實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶,其中A、B、C、D、E、F是計(jì)數(shù)點(diǎn),相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T。距離如圖。則打B點(diǎn)時(shí)的速度為;要驗(yàn)證合外力的功與動(dòng)能變化間的關(guān)系,測得位移和速度后,還要測出的物理量有
答案:①a平衡摩擦力2分
b鉤碼的重力遠(yuǎn)小于小車的總重力2分
(或者:鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量;答m鉤《M車同樣給分)
②2分
鉤碼的質(zhì)量m,小車的質(zhì)量M.2分
高一物理《動(dòng)能和動(dòng)能定理》復(fù)習(xí)學(xué)案
一名優(yōu)秀的教師就要對每一課堂負(fù)責(zé),作為高中教師就需要提前準(zhǔn)備好適合自己的教案。教案可以讓學(xué)生能夠在教學(xué)期間跟著互動(dòng)起來,讓高中教師能夠快速的解決各種教學(xué)問題。你知道怎么寫具體的高中教案內(nèi)容嗎?以下是小編收集整理的“高一物理《動(dòng)能和動(dòng)能定理》復(fù)習(xí)學(xué)案”,但愿對您的學(xué)習(xí)工作帶來幫助。
高一物理《動(dòng)能和動(dòng)能定理》復(fù)習(xí)學(xué)案動(dòng)能和動(dòng)能定理
三維教學(xué)目標(biāo)
1、知識與技能
(1)知道動(dòng)能的定義式,能用動(dòng)能的定義式計(jì)算物體的動(dòng)能;
(2)理解動(dòng)能定理反映了力對物體做功與物體動(dòng)能的變化之間的關(guān)系;
(3)能夠理解動(dòng)能定理的推導(dǎo)過程,知道動(dòng)能定理的適用條件;
(4)能夠應(yīng)用動(dòng)能定理解決簡單的實(shí)際問題。
2、過程與方法
(1)運(yùn)用歸納推導(dǎo)方式推導(dǎo)動(dòng)能定理的表達(dá)式;
(2)通過動(dòng)能定理的推導(dǎo)理解理論探究的方法及其科學(xué)思維的重要意義;
(3)通過對實(shí)際問題的分析,對比牛頓運(yùn)動(dòng)定律,掌握運(yùn)用動(dòng)能定理分析解決問題的方法及其特點(diǎn)。
3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀
(1)通過動(dòng)能定理的歸納推導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)研究的興趣;
(2)通過對動(dòng)能定理的應(yīng)用感悟量變(過程的積累)與質(zhì)變(狀態(tài)的改變)的哲學(xué)關(guān)系。
教學(xué)重點(diǎn):動(dòng)能的概念;動(dòng)能定理的推導(dǎo)和理解。
教學(xué)難點(diǎn):動(dòng)能定理的理解和應(yīng)用。
教學(xué)過程:
第七節(jié)動(dòng)能和動(dòng)能定理
1、對“動(dòng)能”的初步認(rèn)識
追尋守恒量中,已經(jīng)知道物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能叫動(dòng)能,大家先猜想一下動(dòng)能與什么因素有關(guān)?應(yīng)該與物體的質(zhì)量與速度有關(guān)。
你能通過實(shí)驗(yàn)粗略驗(yàn)證一下你的猜想嗎?(物體的動(dòng)能與物體的質(zhì)量和速度有什么關(guān)系)。
方案1:讓滑塊從光滑的導(dǎo)軌上滑下與靜止的木塊相碰,推動(dòng)木塊做功。
實(shí)驗(yàn):(1)讓同一滑塊從不同的高度滑下;(2)讓質(zhì)量不同的滑塊從同一高度滑下。
現(xiàn)象:(1)高度大時(shí)滑塊把木塊推得遠(yuǎn),對木塊做的功多;(2)質(zhì)量大的滑塊把木塊推得遠(yuǎn),對木塊做的功多。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果:
(1)高度越大,滑塊滑到底端時(shí)速度越大,在質(zhì)量相同的情況下,速度越大,對外做功的本領(lǐng)越強(qiáng),說明滑塊由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量越多。
(2)滑塊從相同的高度滑下,具有的末速度是相同的,之所以對外做功的本領(lǐng)不同,是因?yàn)榛瑝K的質(zhì)量不同,在速度相同的情況下,質(zhì)量越大,滑塊對外做功的能力越強(qiáng),也就是說滑塊由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量越多。
歸納:物體的質(zhì)量越大、速度越大物體的動(dòng)能越大。
方案2:被舉高的錘子下落可將鐵釘釘入木板中,高度越高,錘子越重具有的動(dòng)能越大,釘鐵釘?shù)迷缴睢?br> 2、對“動(dòng)能的變化”原因的初步探究
前邊我們學(xué)過,當(dāng)力對物體做功時(shí)會(huì)對應(yīng)某種形式的能的變化,例如:重力做功對應(yīng)于重力勢能的變化,彈簧彈力做功對應(yīng)于彈性勢能的變化,那么什么原因使物體的動(dòng)能發(fā)生變化哪?
(1)多媒體演示實(shí)驗(yàn):
實(shí)驗(yàn)1:小球在空中下落過程,重力做正功,動(dòng)能增大。
實(shí)驗(yàn)2:沿粗糙平面滑動(dòng)的小車由運(yùn)動(dòng)到靜止,由于摩擦阻力做負(fù)功,小車的動(dòng)能減小。
(2)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(要求學(xué)生觀察物體在運(yùn)動(dòng)過程中受力、各力做功,及物體動(dòng)能的變化情況?
(3)得出結(jié)論:外力做功(牽引力、阻力或其它力等)是物體的動(dòng)能改變的原因。
3、定量探究:外力做功與物體動(dòng)能的變化之間的定量關(guān)系
(1)就下列幾種物理情境,用牛頓運(yùn)動(dòng)定律推導(dǎo):外力做功與物體動(dòng)能的變化之間的定量關(guān)系。
用多媒體展示:
情境1:質(zhì)量為m的物體,在光滑水平面上,受到與運(yùn)動(dòng)方向相同的水平外力F的作用下,發(fā)生一段位移L,速度由V1增加到V2
情境2:質(zhì)量為m的物體,在粗糙水平面上,受摩擦力的作用下,發(fā)生一段位移L,速度由V1增加到V2
情境3:質(zhì)量為m的物體,在粗糙水平面上,受到與運(yùn)動(dòng)方向相同的水平外力F和摩擦力的作用下,發(fā)生一段位移L,速度由V1增加到V2
按學(xué)生基礎(chǔ)情況分組推導(dǎo),將結(jié)論填入下面的表格中,并用語言表述本小組的結(jié)論:
物理情境
結(jié)論
1
2
-
3
教師在學(xué)生表述自己得出的結(jié)論(各組的分結(jié)論)后,引導(dǎo)學(xué)生得出動(dòng)能定理的具體內(nèi)容。及其理解動(dòng)能的概念。
結(jié)論:合力的功等于物體動(dòng)能的變化量。
分析總結(jié)、講解規(guī)律
1、動(dòng)能
(1)“”是一個(gè)新的物理量
(2)是物體末狀態(tài)的一個(gè)物理量,是物體初狀態(tài)的一個(gè)物理量。其差值正好等于合力對物體做的功。
(3)物理量定為動(dòng)能,其符號用EK表示,即當(dāng)物體質(zhì)量為m,速度為V時(shí),其動(dòng)能:EK=
(4)動(dòng)能是標(biāo)量,單位焦耳(J)
(5)含義:動(dòng)能是標(biāo)量,同時(shí)也是一個(gè)狀態(tài)量
(6)動(dòng)能具有瞬時(shí)性,是個(gè)狀態(tài)量:對應(yīng)一個(gè)物體的質(zhì)量和速度就有一個(gè)動(dòng)能的值。
計(jì)算:我國第一顆人造衛(wèi)星的質(zhì)量是173㎏,運(yùn)行速度是7.2㎞/S,它的動(dòng)能是多少?
答:EK=mV2/2=4.48×109(J)通過計(jì)算進(jìn)一步理解動(dòng)能的物理意義。
2、動(dòng)能定理
有了動(dòng)能的表達(dá)式,前面推出的W=mV22/2-mV12/2就寫成W=EK2-EK1
師生討論、、的物理意義,最后得出:力在一個(gè)過程中對物體做的功等于物體在該過程中的動(dòng)能變化。這個(gè)結(jié)論叫動(dòng)能定理。
(1)內(nèi)容:合力在一個(gè)過程中對物體做的功等于物體在該過程中的動(dòng)能變化量。
(2)表達(dá)式:W=EK2-EK1
(3)討論:
①當(dāng)合力做正功時(shí),物體動(dòng)能如何變化?
②當(dāng)合力做負(fù)功時(shí),物體動(dòng)能如何變化?
③當(dāng)物體受變力作用,如何計(jì)算物體動(dòng)能的變化?
④當(dāng)物體做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí),如何計(jì)算物體動(dòng)能的變化?
答案:
①當(dāng)合力做正功時(shí),物體動(dòng)能增加。
②當(dāng)合力做負(fù)功時(shí),物體動(dòng)能減小。
③當(dāng)物體受變力作用,可把過程分解成許多小段每一段按照恒力運(yùn)動(dòng)是直線分段求解。
④當(dāng)物體做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí),可把過程分解成許多小段每一段按照恒力運(yùn)動(dòng)是直線分段求解。
3、應(yīng)用練習(xí)
例題:一架噴氣式飛機(jī)質(zhì)量為5.0×103㎏,起飛過程中從靜止開始滑跑,當(dāng)位移達(dá)到L=5.3×102m時(shí),速度達(dá)到起飛速度V=60/s,在此過程中飛機(jī)受到的平均阻力是飛機(jī)重量的0.02倍。求:飛機(jī)受到的牽引力。
思考:
(1)該題中敘述飛機(jī)的一個(gè)什么過程?答:飛機(jī)的起飛過程。
(2)飛機(jī)的初速度多大?末速度多大?做功的位移多大?V初=0V末=60m/sL=5.0×103㎏
(3)起飛過程中有幾個(gè)力?大小方向如何?
答:四個(gè)力。重力、支持力、牽引力、阻力。其中牽引力和阻力做功。牽引力做正功,阻力做負(fù)功。
(4)如何求解合力做功?答:兩種方法:①W分=F合L②W分=F牽L-fL
解:飛機(jī)起飛初動(dòng)能EK1=0末動(dòng)能EK=mV2/2合力功有W=F合L
根據(jù)動(dòng)能定理:F合L=mV2/2-0,根據(jù)飛機(jī)起飛時(shí)受力F=F牽-f阻
F牽=mV2/2L+f阻=1.8×104(V),飛機(jī)受到的牽引力是1.8×104(V)。
4、拓展訓(xùn)練:
(1)該題中飛機(jī)起飛過程中牽引力的功轉(zhuǎn)化成什么了?(討論完成?)
答:牽引力做的功轉(zhuǎn)化成了飛機(jī)起飛的動(dòng)能和飛機(jī)與地面摩擦的內(nèi)能(即摩擦力做的功)。
(2)本題是否可用牛頓運(yùn)動(dòng)定律來解,與上面解法有何不同?(用牛頓運(yùn)動(dòng)定律重解例題)
(3)物體的運(yùn)動(dòng)為多段運(yùn)動(dòng)組成,是否可用動(dòng)能定理來解?如何來解?(舉個(gè)例題)
動(dòng)能定理
一位優(yōu)秀的教師不打無準(zhǔn)備之仗,會(huì)提前做好準(zhǔn)備,作為教師就要早早地準(zhǔn)備好適合的教案課件。教案可以讓上課時(shí)的教學(xué)氛圍非?;钴S,幫助教師提前熟悉所教學(xué)的內(nèi)容。那么如何寫好我們的教案呢?小編收集并整理了“動(dòng)能定理”,希望對您的工作和生活有所幫助。
第4節(jié)動(dòng)能定理
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1.用實(shí)驗(yàn)來探究恒力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系,導(dǎo)出動(dòng)能定理。
2.理解動(dòng)能定理,知道動(dòng)能定理的適用條件,知道用動(dòng)能定理解題的基本步驟,會(huì)用動(dòng)能定理解決力學(xué)問題。
【閱讀指導(dǎo)】
1.靜止在光滑水平面上的物體,質(zhì)量為1kg,現(xiàn)用一水平推力F=1N,使物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng),1s末物體的速度為______m/s,這時(shí)物體具有的動(dòng)能為_________J,這一過程中物體動(dòng)能增加了_______J;在這1s內(nèi)物體受到的合力F合=________N,物體在這1s內(nèi)的位移為______m,合力對物體所做的功W=________J,在這個(gè)過程中合力所做的功________物體動(dòng)能的變化。
2.靜止在粗糙水平面上的物體,質(zhì)量為1kg,物體與水平面的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2,現(xiàn)用一水平推力F=4N,使物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng),1s末物體的速度為_________m/s,物體動(dòng)能增加了__________J,在這個(gè)過程中物體發(fā)生的位移為__________m,力F對物體做的功為__________J,摩擦力對物體做的功為________J,物體受到的重力和支持力做功為____,所以,所有力對物體做的功的和為_______J,在該過程中物體受到的合力為_______N,合力的功為_______,在這個(gè)過程中合力做的功_________動(dòng)能的變化。
3.如果物體受到幾個(gè)力的共同作用,是否合力的功等于動(dòng)能的變化呢?請依據(jù)我們已經(jīng)學(xué)習(xí)過的知識進(jìn)行推導(dǎo)。
4.閱讀教材,說說利用動(dòng)能定理來解力學(xué)問題時(shí),應(yīng)遵循什么步驟?
【課堂練習(xí)】
★夯實(shí)基礎(chǔ)
1.關(guān)于做功和物體動(dòng)能變化的關(guān)系,下列說法中正確的是()
A.合力對物體所做的功為正,物體的動(dòng)能就一定增加
B.只要有摩擦力對物體做功,物體的動(dòng)能就一定減少
C.外力對物體做功的代數(shù)和等于物體的末動(dòng)能與初動(dòng)能之差
D.外力對物體做功的代數(shù)和為負(fù),物體的動(dòng)能一定減小
2.兩個(gè)材料相同的物體,甲的質(zhì)量大于乙的質(zhì)量,以相同的初動(dòng)能在同一水平面上滑
動(dòng),最后都靜止,它們滑行的距離是()
A.乙大B.甲大C.一樣大D.無法比較
3.兩輛汽車在同一水平路面上行駛,它們的質(zhì)量之比為m1:m2=1:2,速度之比為v1:v2=2:1,當(dāng)汽車急剎車后,甲、乙兩輛汽車滑行的最大距離為s1和s2,兩車與路面的動(dòng)摩擦因數(shù)相同,不計(jì)空氣阻力,則()
A.s1:s2=1:2B.s1:s2=1:1
C.s1:s2=2:1D.s1:s2=4:1
4.質(zhì)量為m的物體靜止在水平面上,在水平力F作用下沿水平面向前滑行s,撤去F后物體在水平面上可繼續(xù)滑行2s距離后停下,則物體與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為__________。
5.某人將2kg的物體由靜止向上提起1m,這時(shí)物體的速度為1m/s,則人對物體做了多少功?
6.如圖所示,質(zhì)量為m的物體,從地面上方H高處無初速度地自由落下,物體落下后陷入砂土深h處,在此過程中,重力對物體所做的功為__________,物體的重力勢能________(填“增加”或“減少”)了__________,砂土對物體的平均阻力為__________。
★能力提升
7.一顆子彈以水平速度穿透厚度為3.0m的固定木板后速度減小到原來的1/2,此后它還能穿透同樣材料的木板的厚度最多為_________
8.從高為h處水平拋出一個(gè)質(zhì)量為m的小球,落地點(diǎn)與拋出點(diǎn)水平距離為s,則拋球時(shí)人對球所做的功為多少?
9.有一質(zhì)量為0.2kg的物塊,從長為4m,傾角為30°的光滑斜面頂端處由靜止開始沿斜面滑下,斜面底端和水平面的接觸處為很短的圓弧形,如圖所示.物塊和水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2,求:
(1)物塊在水平面能滑行的距離;
(2)物塊克服摩擦力所做的功.(g取10m/s2)
第4節(jié)動(dòng)能定理
【閱讀指導(dǎo)】
1、10.50.510.50.5等于2、2214-20222J等于3、略4、略
【課堂練習(xí)】
1、ACD2、B3、D4、5、21J6、mg(H+h)減少mg(H+h)mg(H+h)/h7、