2021高一物理-4.3-4.4-動能-動能定理-第二課時-學(xué)案(教科版必修2)

4.3-4.4動能動能定理其次課時[學(xué)習(xí)目標(biāo)定位]1.通過試驗(yàn)探究合外力對物體做的功與物體動能變化的關(guān)系.2.學(xué)習(xí)利用圖像法爭辯合外力做功與物體動能變化的關(guān)系．一、試驗(yàn)原理由重物通過滑輪牽引小車，當(dāng)小車的質(zhì)量比重物大得多時，可以把重物所受的重力當(dāng)做小車受到的牽引力．如圖1所示．圖1轉(zhuǎn)變重物的質(zhì)量或者轉(zhuǎn)變小車運(yùn)動的距離，也就轉(zhuǎn)變了牽引力做的功，從而探究牽引力做的功與小車獲得的速度間的關(guān)系．二、試驗(yàn)器材長木板(一端附有滑輪)、小車、小盤、砝碼若干、打點(diǎn)計(jì)時器、紙帶、復(fù)寫紙、刻度尺、細(xì)線．一、試驗(yàn)步驟1．如圖1所示，把紙帶的一端固定在小車后面，另一端穿過打點(diǎn)計(jì)時器，轉(zhuǎn)變木板的傾角，讓小車重力的一個分力平衡小車及紙帶受到的摩擦力，使小車能做勻速運(yùn)動．2．把細(xì)線系在小車上并繞過定滑輪，懸掛小盤，在小盤里放入適量砝碼，使小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砝碼和小盤的總質(zhì)量，小車在細(xì)線的拉力作用下做勻加速運(yùn)動．由于砝碼和小盤質(zhì)量很小，可認(rèn)為小車所受拉力F的大小等于砝碼和小盤所受重力的大小．3．接通電源，放開小車，讓小車拖著紙帶運(yùn)動，打點(diǎn)計(jì)時器就在紙帶上打下一系列點(diǎn)．4．重復(fù)以上試驗(yàn)，選擇一條點(diǎn)跡清楚的紙帶進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，由紙帶可以得到位移和時間的信息，由砝碼和小盤的質(zhì)量可以知道小車所受的恒力．(小車質(zhì)量已知)5．由試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論．二、數(shù)據(jù)處理1．小車速度及外力做功的確定通過試驗(yàn)獲得打點(diǎn)的紙帶，利用“勻變速直線運(yùn)動中，某段時間內(nèi)的平均速度等于該段時間中間時刻的瞬時速度”這一結(jié)論計(jì)算紙帶上選定的點(diǎn)的速度，測出小車在某段時間內(nèi)的位移，然后乘以重物的重力，即得外力在該段時間內(nèi)對小車做的功．2．試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理(1)計(jì)算各數(shù)據(jù)中v2、eq\f(1,2)mv2和相應(yīng)的合外力做功W的數(shù)值并填入下表.數(shù)據(jù)編號物理量123456速度v2/(m2·s－2)動能eq\f(1,2)mv2/J合外力做功W/J(2)比較各次試驗(yàn)中合外力做的功和物體動能變化的數(shù)值，從而得到合外力對物體做的功和物體動能變化之間的關(guān)系．三、留意事項(xiàng)1．平衡摩擦力時，不掛重物，輕推小車后，小車能做勻速直線運(yùn)動．2．計(jì)算牽引力做功時，可以不必算出具體數(shù)值，只用位移的數(shù)值與符號G的乘積表示即可．例1某試驗(yàn)小組接受如圖2所示的裝置探究功與速度變化的關(guān)系，圖中小車中可放置砝碼，試驗(yàn)中，打點(diǎn)計(jì)時器的工作頻率為50Hz.圖2(1)試驗(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)時器四周，______________，________________，小車拖動紙帶，打點(diǎn)計(jì)時器在紙帶上打下一系列點(diǎn)，______________；③轉(zhuǎn)變鉤碼或小車中砝碼的數(shù)量，更換紙帶，重復(fù)②的操作．(2)圖3是鉤碼質(zhì)量為0.03kg、砝碼質(zhì)量為0.02kg時得到的一條紙帶，在紙帶上選擇起始點(diǎn)O及A、B、C、D、E計(jì)數(shù)點(diǎn)，可獲得各計(jì)數(shù)點(diǎn)到O的距離x及對應(yīng)時刻小車的瞬時速度v，圖3紙帶的測量結(jié)果測量點(diǎn)x/cmv/(m·s－1)O0.000.35A1.510.40B3.200.45CD7.150.53E9.410.60(3)本試驗(yàn)，若用鉤碼的重力表示小車受到的合外力，為了減小這種做法帶來的試驗(yàn)誤差，應(yīng)實(shí)行的兩項(xiàng)措施是：①________________________________________________________________________；②________________________________________________________________________.解析(1)將小車停在打點(diǎn)計(jì)時器四周后，需先接通電源，再釋放小車，讓其拖動紙帶，待打點(diǎn)計(jì)時器在紙帶上打下一系列點(diǎn)后，關(guān)閉打點(diǎn)計(jì)時器電源．(2)在驗(yàn)證C點(diǎn)時，由題圖可知，C點(diǎn)與刻度尺上的6.18cm(6.16cm～6.20cm均可)對齊，所以C點(diǎn)距O點(diǎn)的距離是xOC＝5.18cm(5.16cm～5.20cm均可)．從紙帶上可知C點(diǎn)的速度就是BD段的平均速度，vC＝eq\f(7.15－3.20,0.08(3)平衡摩擦力后，繩上的拉力就等于小車受到的合外力．當(dāng)鉤碼的重力遠(yuǎn)小于小車及砝碼的重力和時，繩上的拉力就近似等于鉤碼的重力．答案(1)②先接通電源再釋放小車關(guān)閉打點(diǎn)計(jì)時器電源(2)5.18(5.16～5.20均可)0.49(3)①平衡摩擦力②鉤碼的重力遠(yuǎn)小于小車及砝碼的重力和例2某試驗(yàn)小組利用拉力傳感器和速度傳感器探究“動能定理”．如圖4所示，他們將拉力傳感器固定在小車上，用不行伸長的細(xì)線將其通過一個定滑輪與鉤碼相連，用拉力傳感器記錄小車受到拉力的大?。谒阶烂嫔舷嗑?0.0cm的A、B兩點(diǎn)各安裝一個速度傳感器，記錄小車通過A、B時的速度大?。≤囍锌梢苑胖庙来a．圖4(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)，接通電源，________，小車在細(xì)線拉動下運(yùn)動，記錄細(xì)線拉力及小車通過A、B時的速度．③在小車中增加砝碼，重復(fù)②的操作．(2)表1是他們測得的一組數(shù)據(jù)，其中M是M1與小車中砝碼質(zhì)量之和，|veq\o\al(2,2)－veq\o\al(2,1)|是兩個速度傳感器所記錄速度的平方差，可以據(jù)此計(jì)算出動能變化量ΔEk，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ΔEk3＝________，W3＝________.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)表1數(shù)據(jù)記錄表次數(shù)M/kg|veq\o\al(2,2)－veq\o\al(2,1)|/(m/s)2ΔEk/JF/NW/J10.5000.7600.1900.4000.20020.5001.6500.4130.8400.42030.5002.400ΔEk1.220W341.0002.4001.2002.4201.21051.0002.8401.4202.8601.430(3)依據(jù)表1在圖5中作出ΔEk－W圖線．圖5答案(1)①小車②然后釋放小車(2)0.6000.610(3)如圖所示1．某同學(xué)用如圖6甲所示的裝置驗(yàn)證動能定理．為了提高試驗(yàn)精度，該同學(xué)多次轉(zhuǎn)變小滑塊下落高度H的值，測出對應(yīng)的平拋運(yùn)動水平位移x，并算出x2如下表所示，進(jìn)而畫出x2－H圖線如圖乙所示．圖6滑塊下落高度H平拋水平位移x/cm平拋水平位移的平方x2/cm2h5.530.252h9.182.813h11.7136.894h14.2201.645h15.9252.816h17.6309.767h19.0361.008h20.6424.369h21.7470.89(1)原理分析：若滑塊在下滑過程中所受阻力很小，則只要滿足________，便可驗(yàn)證動能定理．(2)試驗(yàn)結(jié)果分析：試驗(yàn)中獲得的圖線未過坐標(biāo)原點(diǎn)，而交在了大約(0.2h,0)處，緣由是____________________．答案(1)x2與H成正比(2)滑塊需要克服阻力做功解析(1)若滑塊在下滑過程中所受阻力很小，由動能定理，mgH＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)，依據(jù)平拋運(yùn)動規(guī)律，x＝v0t，h＝eq\f(1,2)gt2，明顯x2與H成正比，即只要滿足x2與H成正比，便可驗(yàn)證動能定理．(2)試驗(yàn)中獲得的圖線未過坐標(biāo)原點(diǎn)，而交在了大約(0.2h,0)處，緣由是滑塊需要克服阻力做功．2．質(zhì)量為1kg的重物自由下落，通過打點(diǎn)計(jì)時器在紙帶上記錄運(yùn)動的過程，打點(diǎn)計(jì)時器所接電源為6V、50Hz的溝通電源．如圖7所示，紙帶上O點(diǎn)為重物自由下落時紙帶打點(diǎn)的起點(diǎn)，選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、D、E、F、G依次間隔一個點(diǎn)(圖中未畫出)，紙帶上的數(shù)據(jù)表示各計(jì)數(shù)點(diǎn)與O圖7(1)求出B、C、D、E、F各點(diǎn)對應(yīng)的速度并填入下表.計(jì)數(shù)點(diǎn)BCDEF速度/(m·s－1)(2)求出物體下落時從O點(diǎn)到B、C、D、E、F各點(diǎn)過程中重力所做的功，并填入下表.計(jì)數(shù)點(diǎn)BCDEF功/J(3)適當(dāng)選擇坐標(biāo)軸，在圖8中作出重物重力做的功與重物速度的平方之間的關(guān)系圖像．圖中縱坐標(biāo)表示________，橫坐標(biāo)表示__________，由圖可得重力所做的功與________成________關(guān)系．(g取9.8m/s圖8答案見解析解析(1)由題意知vB＝eq\f(AC,Δt)＝eq\f(125.4－31.4×10－3,4×0.02)m/s≈1.18m/