第六课时-实验-探究功与速度变化关系.docx

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1、第六课时实验探究功与速度变化关系【本讲教育信息】1教学内容；第六节探究功与物体速度变化的关系第七节动能和动能定理二知识要点：通过实脸探究力对物体做的功与物体速度变化的关系；体会探究的过程和所用的方法。理解动能的概念会用动能定义进行计算,理解动能定理的推导过程,会解有关力学问遨.Hi点.限点解析：I.探究功与物体速度变化的关系(1)实验目的通过实聆探究力对物体做的功与物体速侬变化的关系：体会探窕的过程和所用的方法(2)实验器材木板、小车、橡皮筋、打点计时器及电源、纸带等。(3)探一思路(如下图)设法让橡皮筋对小布做的功分别为M2W、3W巾纸带和打点计时器分别浏出小车获得的速度VkV八v以檄皮筋对

2、小车做的功为纵坐标(以第一次实验时的功W为雎位)，小车荻得的速度为横坐标，作出W-V曲嫉。如果W-V曲段是一条直线，说明W8V；如果不是百.线，可箭手考虑是否存在以卜关系：WV2、w=v，、W=4根捌W-V草图.大致判断两个用可能是什么关系.如果认为很可能是Woc/.就作出W-/曲线,如果这条曲缓是一条直线,就可以证明你的判断是正确的.(4)考前须知当用2条、3条同样的橡皮筋进行第2次、第3次实睑时,次实脸中橡皮筋拉伸的长度都保持和第一次一致,以保证第2次、第3次橡皮筋的功是2W、3W可参考以下方法：在长木板的宥打点计时器的一相下面垫一块木板，反复移动木板的位置，I1.至小车在斜面上向下运动时

3、可以保持匀速自我运动状态.(此时小车上不挂橡皮筋)。这时小车在向下运动时，受到的摩擦阻力恰好与小车所受的重力在斜向方向上的分力平衡.在用纸带确定由于襟皮筋做功而使小车狭得的速度时，应该是橡皮筋恢u形变以后小车的速度，所以在纸带上应选用那些间距较大，具相对均匀的戊来谈定小车的速度，本探究实脸中的重要方法及技巧研究两个物理量的比例关系是探究两个此数量关系的重要方法.研究比例关系可以为实验测量提供很大的方便和可能.例如,一根橡皮条对小聿做的功是很:碓确定的.如果改用两根椎皮条在完全相同的情况下做的功的具体数值仍是很难确定的.但是，假设以一根板皮条对小车做的功为功的单位W,两根椎皮条船的功无疑是2W.

4、将问题转化以同化实验过程：探究的任务是外力对物体做的总功与速度变化的关系，本实验总是让小车从静止开始运动，使测定两个速度(初速度和末速度)的问题行化为测定一个末态速度的问题，非常有利于操作和数据处理发现规律(也有缺乏之处).谀法减小实验误差：实验误差的大小宜接关系着探究_E作是否成功，是否能正确地建立变价之间的关系，揭示W物的本侦，本实蛤注虫了两个方面：平衡小车在木板上运动的摩擦力保证小车脱点檄皮条后做匀速运动；在纸带上选取点迹清楚、间距均匀的局部计算小车的速度，利川物理图象,适当地进行坐标交换探索物理量之间的关系.2 .动能、动能定理(I)动能概含：物体由于运动而具有的能叫动能,物体的动能等

5、于物沐的质址与物体速度的：次方的乘积的一半.定义式：V是瞬时速度“单位：焦(J).动能概念的埋解.动能是标M，且只有正伯。动能具有廨时性，在某一时刻，物体具有一定的速度，也就具有一定的动能.动能具有相对性,对不同的参考系,物体速度有不同的瞬时值也就具有不同的动能,一改都以地而为参考系研究物体的运动.(2)动能定理合外力对物体所做的功,等于物体动能的增加贵.这条规律叫检动能定理.表达式：W=一或I=AEk1W是外力所做的总功，品1、&2分别为初末状态的动能.假设初、末速度分别为W、VZ.届么乐产5nvJ,Eu=2nv2.物理意义：动能定理的实质说明了功和能之间的密切关系，即做功的过程是能量转化的

6、过程。等号的意义是一种因果联系的数值上相等的符号.并不意味着“功就是动能增量”，也不是“功转变成动旎”,而是“功引起物体动能的变化”.动能定理的理解及应用要点动能定理虽然可根据牛顿定律和运动学方程推出,但定理本身的意义及应用却具有广泛性和普遍性.动能定理既适用于恒力作用过程，也适用于变力作用过程.动能定理既适用于物体作口战运动情况，也适用于物体作曲线运动情况，动能定理的研究对象既可以是单个物体，也可以是几个物体所组成的一个系统。动旎定理的研究过程既可以是针对运动过程中的某个具体过程,也可以是针对运动的全过程.动能定理的计算式为额质式，V为相对同一参考系的速度”在V=E*2-Et中，W为物体所受

7、所有外力对物体所做功的代数和，正功取正值计算，负功取负值计算：EH-Eh为动能的增鬓,即为末状态的动能与初状态的动能之差，而与物体运动过程无关.应用动能定理解遨的一殷步.骤明确研究对&,一般指单个物体；对研究对象进行受力分析：找出各力所做的功或合外力的功：明确始末状态确定其动能：根据动能定理列方程：求解井验算。动能定理的应用技乃由于动能定理反映的是物体两个状态的动能变化与其合力所做功的耳值关系，所以对由初始状态到终止状态这一过程中物体运动性施、运动轨迹、做功的力是恒力还是变力等诸多问膨不必加以研究,就是说应用动能定理不受这拄何跑的限制*般来说,用牛顿第二定律和运动学知识求解的柯题，用动能定理也

8、可以求好,而往往用动能定理求解简然：可是，有些用动能定理能够求解的问题，应用牛顿第：定律和运动学知识却无法求解UJ以说,对于变力作用下运动、或者曲戏运动问题牛顿定律无法求解可以说，动能定理使用范围更加广泛。3 .应用动能定埋求变力的功变力做功不能由定义直接计算，一般用动能定理计算，即由物体动能波变求御外力做功从而求出变力做功.应用动能定理,既可以分段计维也可以对全程计算.【典型例题】I例I1.为了计尊由于橡皮筋做功而使小车获得的速度，在某次实蛤中某同学得到了如图1所示的条纸带，在A、B、C,D中应该选用此个点的速度才符合要求？ABCD图1MUfr：实验中所要求测盘的速度应该是襟皮筋作用完毕以后

9、，小车的速度，也就是小车所块得的最大速度，由图1中可以看出，A、B两点橡皮条还没有作用完毕，而D点是橡皮条作用完毕后已经过了一段时间，所以协理.想的应该是C点的速度。答案，CI例2|某同学在探究功与物体速度变化的关系实验中，设计了如图2所示的实正将纸带固定在立物上,让纸带穿过电火花计时器或打点计时器”先用手提着纸带,使重物静止在靠近计时器的地方。然后接通电源,松开纸带,让重物自由下落,计时器就在纸帝上打下一系列小点.得到的纸带如图3所示.D点为计时器打下的第I个点，谈同学对数据进行了以下处理：取OA=AB=BC.并根抠纸带算出了A、B,C三点的速度分别为VA=O.12nVs,11j=0.17m

10、s,t=0.21.ms,图2图3根据以上数据你能否大致判断W=/?解析，设由。到A的过程中，31力对电物所做的功为W,那么由。到B过程中.利力对乘物所啦的功为2W，由O到C的过程中，立力对立物所做的功为3W,2d1由计算可知.vi=1.441.O2m2s2.vJ=2.8910Ws2.v=4.41X102/s2,vi2.vi3,E1.vJ2vJ,丫2七3丫：；由以上数据可判定W=V?是正确的，也UJ以根据W-VJ的佃线来刊断（见图4）I例3总顺收为M的列车，沿水平直跷凯道匀速前进，其末节车JW顷最为m,中途脱节，司机觉察时,机车已行收1.的距离,于是立即关闭发动机，除去牵引力,设运动的眼力与质量

11、成正比,机车的牵引力是恒定的.当列车的两局部都铮止时,它们的距离是多少？7777.Iy图5解析，解法一：先画出草图如图S,企图中标明各局部的位移。对车头.在脱钩前后的整个过程中运用动能定理有：2F1.k(Mm)gs=O-2(M-n对车尾末节车Jff1.，应用动能定理有kingSi=O-2mvo由位移关系知：s=s-s2由于列车脱离前作匀速运动故F=kMgM1.由2)联立得：-m解法二I设列车匀速行驶时速度为、“，那么脱钩后，尾茄乍厢作匀减速运动至停止,运动过程初速度为vo.末速度为零,设加速我大小为a,运动位移为s.对车头向部(M-m)的运动作如图6分析图.设在A处脱的，运动1.至B点时才觉察

12、后立即关闭汽门，那么AB段上为匀加速运动,达B点时速慢有最大值Vin从B戊开始，该部车间作匀M速运动至D点刚好停止，考察BD过程，其中必有点车速为V。，设为C点,那么CD过程作初逑为V。、加速度大小也为a、东速度为零的运动，此段位移与尾部车蹴的位移S1.相同,由此可知,当两部都停止运动后,两车的间距大小等于AC的大小.图6根据以上分析,收车头局部为研究对象.取AC过程来分析.依动能定理有:F1.-Fy(1.+1.)=0F=kMgF尸k(Mm)gMi1.联立解得I=M-mM1.故两车都停止后相隔的间距为：4s=1.+1.=M-w献三.补偿法假设脱钩后立即关闭发动U1.那么机车、车厢应前进相同的距

13、禹而停在一起。现在之所以杵下后拉开一段距离，是因为牵引力F在1.的距惠上多做了功，因而机车动能多了一些，使我克服阻力多走一段亚离As。可见，F在1.距离上做的功应等于阻力在5比离上做的功，即F1.=k(M-m)gss=k(M-m)g=k(M-m)g=M-WII例4一铅球运发动，奋力-推将8kg的铅球推出Iom远.铅球落地后符地面击出一坑，有羟饕的专家根据坑的深度形状认为铅球落地时的速度大诙是I2ms,假设铅球出手时的高度是2m,求推球过程中运发动对球做的功大约是多少焦耳？MMfri设铅琼出手时的速度大小是Ve对银环从出手到落地这一过程运用动能定理,在这一过程中I1只有35力对铅球做功，所以有m

14、gh=5m-5mW：铅球出手时的速率Vo=JV匚9=J12-2102nVsIOnVs,2对运发动抛铅球的过程应用动能定理，人对球做的功认为是力对铅球的合功，那么W,=2mV；-111三三2-三三0=2mv0=2mv2-mgh=(28122-8102)J=416J-IM51如图7所示侦此为2kg的铅球从离地面2m高处自由下落，陷入沙坑2cm深处，求沙子对铅球的平均阻力。TH2m图7解析：解法一.小球的运动分为自由下落和陷入沙坑取速运动两个过程，根据动能定理，分段列式，2设铅球力由下落过程到沙面时的速度为V,那么mgH=2m-02设铅球在沙中受到的阻力为F.那么Mgh-Fh=0-2mv2代入数据解

15、得F=2O2ON解法二，全程列式：全过程中取力做助mg(1.1.h),进入沙中阳力做功一Fh,全程来看动能变化为零,那么由W=Eki-Eu,Wmg(h+H)-Fh=O.内索h+党210(2+002).r002=2020、解得：F=【模拟试题】1 .关于探究功与物体速度变化的关系实脸中，以卜表达正确的选项是（）A.每次实验必须设法驾出橡皮筋对小车做功的具体数值B.每次实验中，橡皮筋拉伸的长度没育必要保持一致C,放小车的长木板应该层V使其水平D.先接通电源,再让小车在板皮筋的作用卜弹出2 .在探究功与物体速度变化的关系的实验中，某同学在一次实5金中得到了条如图1所示的纸带.这条纸带上的点两端较密，中间畸，出现这种情况的限因可能是（）A.电源的频率不稳定B.木板赖籍程度太大C.没有使木板惯斜或倾斜角太小D.小车受到的