4.3探究外力做功与物体动能变化的关系 学案(含答案)
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1、第三节探究外力做功与物体动能变化的关系知识目标核心素养1.能用牛顿第二定律和运动学公式导出动能定理,理解动能定理的物理意义.2.能应用动能定理解决简单的问题.1.通过自主和合作探究掌握恒力作用下动能定理的推导,培养科学研究兴趣.2.体会应用动能定理解决问题的优越性.动能定理1推导:合力对物体所做功与动能变化的关系如图1所示,质量为m的物体,在一恒定拉力F作用下,以初速度v1开始沿水平面运动,经位移s后速度增加到v2,已知物体与水平面的摩擦力恒为f.图1(1)外力做的总功:W(Ff)s.(2)由牛顿第二定律得:Ffma.(3)由运动学公式得:s.由以上式子求得:Wmv22mv12.2内容:合力对
2、物体所做的功等于物体动能的变化3表达式:WEk2Ek1.4适用范围:既适用于恒力做功,也适用于变力做功既适用于直线运动,也适用于曲线运动1判断下列说法的正误(1)合外力为零,物体的动能一定不会变化()(2)合外力不为零,物体的动能一定会变化()(3)物体动能增加,则它的合外力一定做正功()(4)合外力对物体做负功,物体的动能可能不变()2在光滑水平面上,质量为2 kg的物体以2 m/s的速度向东运动,若对它施加一向西的力F使它停下来,则该外力对物体做的功是_答案4 J解析由动能定理可知:WF0mv20222 J4 J.一、动能定理的理解1表达式WEk2Ek1mv22mv12(1)Ek2mv22
3、表示这个过程的末动能;Ek1mv12表示这个过程的初动能(2)W表示这个过程中合力做的功,它等于各力做功的代数和2物理意义:动能定理指出了合外力对物体所做的总功与物体动能变化之间的关系,即:若合外力做正功,物体的动能增加,若合外力做负功,物体的动能减小,做了多少功,动能就变化多少3实质:动能定理从能量变化的角度反映了力改变运动的状态时,在空间上的累积效果例1下列关于运动物体的合外力做功和动能、速度变化的关系,正确的是()A物体做变速运动,合外力一定不为零,动能一定变化B若合外力对物体做功为零,则合外力一定为零C物体的合外力做功,它的速度大小一定发生变化D物体的动能不变,所受的合外力必定为零答案
4、C解析力是改变物体速度的原因,物体做变速运动时,合外力一定不为零,但合外力不为零时,做功可能为零,动能可能不变,A、B错误物体的合外力做功,它的动能一定变化,速度大小也一定变化,C正确物体的动能不变,所受合外力做功一定为零,但合外力不一定为零,D错误二、动能定理的简单应用1动能定理应用中的研究对象一般为单个物体2动能定理的研究过程既可以是运动过程中的某一阶段,也可以是运动全过程3通常情况下,某问题若涉及时间或过程的细节,要用牛顿运动定律去解决;某问题若不考虑具体细节、状态或时间,如物体做曲线运动、受力为变力等情况,一般要用动能定理去解决4应用动能定理解题的步骤:(1)确定研究对象和研究过程(研
5、究对象一般为单个物体或相对静止的物体组成的系统)(2)对研究对象进行受力分析(注意哪些力做功或不做功)(3)确定合外力对物体做的功(注意功的正负)(4)确定物体的初、末动能(注意动能增量是末动能减初动能)(5)根据动能定理列式、求解例2如图2所示,物体在离斜面底端5 m处由静止开始下滑,然后滑上与斜面平滑连接的水平面,若物体与斜面及水平面的动摩擦因数均为0.4,斜面倾角为37.求物体能在水平面上滑行的距离(sin 370.6,cos 370.8)图2答案3.5 m解析对物体在斜面上和水平面上受力分析如图所示方法一分过程列方程:设物体滑到斜面底端时的速度为v,物体下滑阶段FN1mgcos 37,
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