1、3.1 3.1 探究动能变化跟做功的关系探究动能变化跟做功的关系第第3 3章章 动能的变化与机械功动能的变化与机械功1 1、掌握动能的概念和动能定理、掌握动能的概念和动能定理 2 2、会利用实验探究外力做功与动能变化的关系、会利用实验探究外力做功与动能变化的关系3 3、理解探究学习的一般程序和方法，培养分析推理的、理解探究学习的一般程序和方法，培养分析推理的能力能力汽车启动时，在牵引力的作用下行驶了一段距离，牵引汽车启动时，在牵引力的作用下行驶了一段距离，牵引力做了功，汽车的动能发生了变化，那么汽车动能的变力做了功，汽车的动能发生了变化，那么汽车动能的变化和做功有什么关系呢？化和做功有什么关系
2、呢？汽车的动能变化汽车的动能变化假设有一辆质量为假设有一辆质量为m m的汽车，在恒定的牵引力的汽车，在恒定的牵引力F F作用下行驶，作用下行驶，速度由速度由v v1 1增加到增加到v v2 2，相应的行驶距离为，相应的行驶距离为s s。那么，在此过。那么，在此过程中，汽车的加速度多大？汽车运动的速度跟牵引力、距程中，汽车的加速度多大？汽车运动的速度跟牵引力、距离的关系是怎样的？离的关系是怎样的？maF 由牛顿第二定律：由牛顿第二定律：由运动学公式：由运动学公式：svva22122联立可得：联立可得：21222121mvmvFs解析：解析：分析：分析：1 1、是功的计算式，代表汽车行驶距离为是功
3、的计算式，代表汽车行驶距离为s s的过程的过程中牵引力中牵引力 所做的功。所做的功。2 2、物理学中把、物理学中把 叫做物体的动能，叫做物体的动能，221mv221mvEk21222121mvmv 反映了汽车从初状态到末状态的动反映了汽车从初状态到末状态的动能变化，称为动能的增量。能变化，称为动能的增量。FsF用符号用符号E Ek k表示表示结论：结论：恒定的牵引力对汽车做的功等于汽车动能的增量。恒定的牵引力对汽车做的功等于汽车动能的增量。推广：推广：前面的推导是以恒力对汽车做功为例进行的，进一步的前面的推导是以恒力对汽车做功为例进行的，进一步的推导证明，对于变力做功和多个力做功、多个运动过程
4、推导证明，对于变力做功和多个力做功、多个运动过程的情况同样有类似的结论，这就是动能定理。的情况同样有类似的结论，这就是动能定理。动能定理动能定理外力对物体所做的功等于物体动能的增量。外力对物体所做的功等于物体动能的增量。22k2k12111WEEmvmv22注：注：某个物理量的增量等于末状态对应的量减去初状态对某个物理量的增量等于末状态对应的量减去初状态对应的量，增量不一定是正值，负值表示该物理量减小了，应的量，增量不一定是正值，负值表示该物理量减小了，但这个差值仍叫做增量。但这个差值仍叫做增量。实验探究：实验探究：能否通过实验验证恒力做功和物体动能变化的关系呢？能否通过实验验证恒力做功和物体
5、动能变化的关系呢？制定计划与设计实验制定计划与设计实验:1 1、怎样计算恒力做功？、怎样计算恒力做功？2 2、怎样计算物体动能的变化？、怎样计算物体动能的变化？确定恒力的大小，测量在恒力作用下发生的位移确定恒力的大小，测量在恒力作用下发生的位移测量物体的质量和运动速度测量物体的质量和运动速度阅读课本相关内容思考阅读课本相关内容思考1 1、怎样确定恒力的大小和物体的位移？、怎样确定恒力的大小和物体的位移？用钩码的重力来表示滑块受到的拉力，为了减小误差，可用钩码的重力来表示滑块受到的拉力，为了减小误差，可以用气垫导轨来减小摩擦，并让钩码的质量远小于滑块的以用气垫导轨来减小摩擦，并让钩码的质量远小于
6、滑块的质量。用刻度尺测量滑块初末位置间的距离得到位移。质量。用刻度尺测量滑块初末位置间的距离得到位移。2 2、怎样测定滑块的速度？、怎样测定滑块的速度？通过光电门测定滑块通过的时间，用游标卡尺测定挡光通过光电门测定滑块通过的时间，用游标卡尺测定挡光片的宽度，计算滑块的速度。片的宽度，计算滑块的速度。3 3、怎样处理数据验证结论？、怎样处理数据验证结论？计算做功和对应的动能增量并列表进行观察比较。计算做功和对应的动能增量并列表进行观察比较。把得到的数据画到图像中，研究把得到的数据画到图像中，研究W W与与v v2 2、与质量、与质量m m的关系。的关系。进行实验，收集数据进行实验，收集数据实验步
7、骤：实验步骤：1 1、按照课本图示安装好装置，并调节气垫导轨使滑块、按照课本图示安装好装置，并调节气垫导轨使滑块刚好在导轨上做匀速直线运动。刚好在导轨上做匀速直线运动。2 2、测量滑块和钩码的质量，要选择合适的钩码，使、测量滑块和钩码的质量，要选择合适的钩码，使钩码的质量钩码的质量m m远小于滑块的质量远小于滑块的质量M M。3 3、让钩码牵引滑块从静止开始加速，并记录开始、让钩码牵引滑块从静止开始加速，并记录开始运动的位置坐标运动的位置坐标x x1 1和光电门所在处的位置坐标和光电门所在处的位置坐标x x2 2、以及滑块经过光电门所用的时间以及滑块经过光电门所用的时间t t，用游标卡尺测，用
8、游标卡尺测量挡光片的宽度量挡光片的宽度D D。4 4、改变光电门的位置，再测量几组数据。、改变光电门的位置，再测量几组数据。5 5、比较、比较mgmg（x x2 2-x-x1 1）与）与 的关系。的关系。22mD2t结论：结论：在误差范围内，钩码重力做的功等于滑块动能的增量。在误差范围内，钩码重力做的功等于滑块动能的增量。案例分析：案例分析：一颗质量为一颗质量为40g40g的子弹以的子弹以100m/s100m/s的速度击穿苹果。子弹穿的速度击穿苹果。子弹穿过苹果后，速度降为过苹果后，速度降为60m/s60m/s。问子弹击穿苹果前后的动能。问子弹击穿苹果前后的动能变化了多少？苹果对子弹做了多少功
9、？变化了多少？苹果对子弹做了多少功？解析：解析：已知子弹已知子弹m=40g=4.0m=40g=4.01010-2-2kg,kg,初速度初速度v v1 1=100m/s,=100m/s,末速度末速度v v2 2=60m/s=60m/s，由动能定理可知苹果对子弹做的功为，由动能定理可知苹果对子弹做的功为 2122122121mvmvEEEWkkk带入数据得带入数据得W=-128JW=-128J所以动能减小了所以动能减小了128J128J，苹果对子弹做了，苹果对子弹做了-128J-128J的功的功1 1、质量一定的物体（、质量一定的物体（）A A、速度发生变化时，动能一定发生变化、速度发生变化时，动
10、能一定发生变化 B B、速度发生变化时，动能不一定发生变化、速度发生变化时，动能不一定发生变化 C C、速度不变时，其动能一定不变、速度不变时，其动能一定不变 D D、动能不变时，速度一定不变、动能不变时，速度一定不变BCBC解析：解析：速度是矢量，速度变化可能是方向变化，大小不速度是矢量，速度变化可能是方向变化，大小不变，此时物体的动能不变。变，此时物体的动能不变。2 2、一质量为、一质量为2 kg2 kg的滑块，以的滑块，以4 m/s4 m/s的速度在光滑的水平的速度在光滑的水平面上向左滑行，从某一时刻起，在滑块上作用一向右的面上向左滑行，从某一时刻起，在滑块上作用一向右的水平力，经过一段
11、时间，滑块的速度方向变为向右，大水平力，经过一段时间，滑块的速度方向变为向右，大小为小为4 m/s4 m/s，在这段时间里水平力做的功为，在这段时间里水平力做的功为()()A A、0 B0 B、8 J C8 J C、16 J D16 J D、32 J32 JA A解析：解析：水平力做的功等于动能的增量，速度的大小不变，水平力做的功等于动能的增量，速度的大小不变，则动能的增量为则动能的增量为0 0，所以水平力做功为零。，所以水平力做功为零。3 3、放在光滑水平面上的某物体，在水平恒力、放在光滑水平面上的某物体，在水平恒力F F的作用下，的作用下，由静止开始运动，在其速度由由静止开始运动，在其速度
12、由0 0增加到增加到v v和由和由v v增加到增加到2v2v的两的两个阶段中，个阶段中，F F对物体所做功之比为对物体所做功之比为 ()()A.11 B.12 C.13 D.14A.11 B.12 C.13 D.14解析：解析：2121mvW 22222321)2(21mvmvvmWC C4 4、下列关于运动物体所受的合外力、合外力做功和动、下列关于运动物体所受的合外力、合外力做功和动能变化的关系，正确的是（能变化的关系，正确的是（）A A如果物体所受的合外力为零，那么，合外力对物体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做的功一定为零B B如果合外力对物体所做的功为零，则合
13、外力一定为如果合外力对物体所做的功为零，则合外力一定为零零C C如果物体在合外力作用下做变速运动，则动能一定如果物体在合外力作用下做变速运动，则动能一定变化变化D D如果物体的动能不变，则所受的合外力必定为零如果物体的动能不变，则所受的合外力必定为零A A5 5、质量为、质量为m m的物体，在一恒定拉力的物体，在一恒定拉力F F的作用下，以速度的作用下，以速度v v1 1开始沿水平面运动，经位移开始沿水平面运动，经位移s s后速度增加到后速度增加到v v2 2，已知物体，已知物体与水平面之间的摩擦力恒为与水平面之间的摩擦力恒为f f，试导出外力做功与物体动，试导出外力做功与物体动能变化的关系。
14、能变化的关系。即：即：W W外外=E=Ek2k2E Ek1k1=E Ek kmafF由牛顿第二定律：由牛顿第二定律：由运动学公式：由运动学公式：svva22122联立可得：联立可得：21222121)(mvmvsfF6 6、某探究学习小组的同学欲验证、某探究学习小组的同学欲验证“动能定理动能定理”，他们在实，他们在实验室组装了一套如图所示的装置验室组装了一套如图所示的装置,另外他们还找到了打点计另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、打点计时器、导线、复写纸、纸带、时器所用的学生电源、打点计时器、导线、复写纸、纸带、小木块、细沙当滑块连接上纸带，用细线绕过滑轮挂上小木块、细沙当滑块连接上纸带
15、，用细线绕过滑轮挂上空的小沙桶时，释放小桶，滑块处于静止状态。若你是小空的小沙桶时，释放小桶，滑块处于静止状态。若你是小组中的一位成员组中的一位成员,要完成该项实验要完成该项实验,则则:水平实验台水平实验台滑轮滑轮小沙桶小沙桶滑块滑块细线细线打点计时器打点计时器纸带纸带长木板长木板（1 1）你认为还需要的实验器材）你认为还需要的实验器材()()天平，刻度尺天平，刻度尺（2 2）实验时为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重）实验时为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等，沙和沙桶的总质量应满足的实验条件力大小基本相等，沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是是 ，实验时首先要做的一步是实验
16、时首先要做的一步是 沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量平衡摩擦力平衡摩擦力2 2、动能定理的内容：、动能定理的内容：外力对物体所做的功等于物体动能的增量。外力对物体所做的功等于物体动能的增量。1 1、动能定理的推导：、动能定理的推导：由由Fma2221vva2s222111Fsmvmv22W W外外=E=EK2K2E Ek1k1=E Ek k3 3、实验、实验测定物体的速度测定物体的速度 光电门光电门确定外力做功确定外力做功把重力作为恒定不把重力作为恒定不变的外力变的外力通过测定初末位置的通过测定初末位置的坐标确定位移坐标确定位移不能说凡是合理的都是美的，但凡是美的确实都是合理的。
