高中物理必修2探究外力做功与物体动能变化的关系-课文知识点解析

由天下分享时间：2024/11/20 20:32:12 加入收藏我要投稿点赞

探究外力做功与物体动能变化的关系-课文知识点解析

实验与探究

一、实验目的：研究力做功与物体动能的变化的关系.

二、实验方法：让物体自由下落，下落过程经过A、B两点，测出A、B两点的高度差hAB和A、B两点的速度vA、vB，则重力做的功为WG=mghAB.

动能变化

ΔEk=

验证WG与ΔEk关系.

三、实验器材：电火花打点计时器，纸带、重锤、铁架台、钩码、夹子、刻度尺.

四、实验步骤

11mvB2－mvA2 22全析提示

这里选用最简单的自由落体运动研究做功和动能变化的关系.

打点计时器安装时，必须使两纸带限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻

电火花计时器纸带力.

夹子图4－3－1 1.按图4－3－1把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与学生电源连接好.

2.把纸带的一端在重锤上用夹子固定好，另一端穿过计时器限位孔，用手竖直提起纸带使重锤停靠在打点计时器附近.

3.接通电源、松开纸带，让重锤自由下落. 4.重复几次，得到3～5条打好点的纸带.

实验时，需保持提纸带的手不动，待接通电源、让打点计时器工作正常后才松开纸带让重锤

重物5.在打好点的纸带中挑选第一、二两点间的距离接近2 mm，且点迹清晰的一下落，以保证第条纸带，在起始点标上0，以后依次标上1，2，3……用刻度尺测出对应下落高度一个点是一个清

h1、h2、h3……

6.应用公式vn=

hn?1?hn?1计算各点对应的即时速度v1、v2、v3…… 2T1mvn2，进行比较.（请自2晰的小点.

选用纸带时应尽量挑第一、二点间距接近 2 mm的纸带.

7.计算各点对应的重力做的功mgh和动能的增加量行设计表格进行分析）

五、结论：在物体自由下落过程中，重力对物体做的功等于物体动能的增量.

测量下落高度时，都必须从起始点算起，不能搞错，为了减小测量h的相对误差，选取的各个计数点要离起始点远一些，纸带也不宜过长，有效长度可在60 cm～80 cm以内.

因不需要知道动能和重力的功的具体数值，所以不需要测量重物的质量.

理论分析与论证

一、推导：（如图4－3－2）

思维拓展这里应用牛

v1f F 图4－3－2 s由牛顿第二定律得F－f=ma 由运动学公式：v2－v1=2as得 v22?v12a=代入上式得

2sv22?v12F－f=M·

2s2

v2f 顿第二定律和运动学公式进行推导.

F （F－f）·s=

即（F－f）·s=

11mv22－mv12 221m（v22－v12） 2二、结论：合外力对物体所做的功等于物体动能的变化. 动能定理

一、动能定理的内容

合外力所做的功等于物体动能的变化. 表达式：W=Ek2?Ek1

式中Ek2表示物体的末动能mv2/2；Ek1表示物体的初动能mv1/2；W表示合外力对物体所做的功，亦即外力对物体做的总功，动能定理的表达式是标量式.动能定理既适用于恒力做功，也适用于变力做功，既适用于直线运动，也适用于曲线运动.

全析提示

力的独立作用原理使我们有了牛顿第二定律的分量表达式，但动能定理是标量式，功和动能都是标量，不能利用矢量法则分解，故动能定理

二、动能定理的意义

动能定理揭示了外力对物体做功与物体动能的变化之间的定量关系和因果联系，外力之功是因，动能变化是果.定理表明，外力对物体做了多少功就有多少其他形式的能转化成动能.

三、应用动能定理解力学问题

首先要对研究对象的受力情况进行分析，列出各个力所做的功，或合力所做的功；其次要明确物体的初动能和末动能；再根据动能定理列方程求解. 只需弄清过程中力对物体所做的功及物体的初动能和末动能.因此应用动能定理解题比用动力学、运动学知识解题更为简便，有些应用动力学知识很难解决的问题（如求沿光滑曲面下滑物体的末速度），应用动能定理则易如反掌.

实践与拓展

1.给物体一个水平初速度v0，让物体做平抛运动. 测出开始物体距地面高度h和物体平抛的距离s.

212msg则人对物做的功W=mv0=.

4h2无分量式.

要点提炼

动能定理还说明可以用状态量的变化（即反映过程量（功）. 全析提示

动能定理在解决某些力学问题时的确很方便，但不能将牛顿第二定律和运动学公式“抛弃”,它们各有所长.

思维拓展

设计一个实验方案时应首先考虑的是实验原理.

12应用动能定理解题，不涉及过程的细节（如运动过程中各个时刻的加速度），动能的变化）来

2.测出自行车刹车时速度v0和质量m及刹车后滑行距离s,由动能定理 mv0212

f·s=mv0 则f=.