2017年秋粤教版高中物理必修二课件：4.3探究外力做功与物体动能变化的关系 (2份打包)

第三节 探究外力做功与物体动能变化的关系 1．动能定理：合力对物体所做的功等于物体动能的变化，即W＝Ek2－Ek1。 2．物体动能的变化与合外力做功有关，合外力做正功，动能增加，合外力做负功，动能减少。 3．动能定理不仅适用于恒力做功和直线运动，也适用于变力做功和曲线运动。 一、实验目的 1．通过实验探究外力对物体做的功与物体动能变化的关系。 2．学习利用图像法研究外力做功与物体动能变化的关系。 二、实验原理 物体做自由落体运动时，若下落高度h时瞬时速度为v，则有重力做功WG＝mgh，动能的变化量ΔEk＝eq \f(1,2)mv2－0。通过比较WG与ΔEk的大小，探究外力做功与物体动能变化的关系。 第1课时　实验：探究外力做功与物体动能变化的关系 三、实验器材 打点计时器、纸带、重锤、铁架台、夹子、刻度尺、电源等。 四、实验步骤 1．把打点计时器安装在铁架台上并与学生电源连接好。(如图4­3­1所示) 图4­3­1 2．把纸带的一端在重锤上用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带使重锤停在靠近打点计时器附近。 3．接通电源待打点稳定后，松开纸带，让重锤自由 下落。 4．重复3～5次，挑选点迹清晰的纸带。 sBE sAC sDF tAC tDF 五、数据处理 1．测量和记录实验数据 测量纸带的相关数据：(如图4­3­2所示) 图4­3­2 记录数据的表格： 2.数据处理并填入下表 vB＝eq \f(sAC,tAC) vE＝eq \f(sDF,tDF) EkB＝eq \f(1,2)mvB2 EkE＝eq \f(1,2)mvE2 ΔEk＝EkE－EkB WG＝mgsBE 3.处理实验数据，比较得出实验结论：重力所做的功WG与物体动能的改变量ΔEk在误差允许的范围内是相等的。 六、实验结论 合力对物体所做的功等于物体动能的变化。 即：W合＝ΔEk＝Ek2－Ek1。 七、注意事项 1．应选用质量和密度较大的重物，以减小空气阻力的影响。 2．打点计时器必须稳固安装在铁架台上，并且两个限位孔的中线要严格竖直，以减小纸带所受的摩擦力。 3．释放前将纸带拉至竖直且保证不与限位孔接触以减小纸带与限位孔间的摩擦。 4．测量下落高度时，选取的计数点的间隔适当大些。 八、误差分析 1．重锤和纸带在下落过程中受到打点计时器和空气的阻力，比较W与ΔEk关系时，W只计算重力做功，未考虑阻力做功，给实验带来误差。 2．竖直固定打点计时器，适当增加重锤的质量来减小相对误差。 九、其他方案 如图4­3­3所示由重物通过滑轮牵引小车，小车运动过程中拖动纸带，打点计时器在纸带上打点记录小车的运动情况。利用纸带及拉力F与小车质量m的数据，量出起始点至各计数点的距离，计算小车在打下各计数点时的瞬时速度，进而计算出小车运动到打下各计数点过程中合外力对它做的功W以及所增加的动能ΔEk，研究二者的关系。 图4­3­3 [例1]　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4­3­4甲所示的实验。将纸带固定在重物上，让纸带穿过电火花打点计时器。先用手提着纸带，使重物静止在靠近打点计时器的地方。然后接通电源，松开纸带，让重物自由下落，打点计时器就在纸带上打下一系列小点。得到的纸带如图乙所示，O点为打点计时器打下的第1个点，该同学对数据进行了下列处理：取OA＝AB＝BC，并根据纸带算出了A、B、C三点的速度分别为vA＝0.12 m/s，vB＝0.17 m/s，vC＝0.21 m/s。根据以上数据，你能否大致判断W∝v2。 图4­3­4 [解析]　设由O到A的过程中，重力对重物所做的功为W0，那么由O到B过程中，重力对重物所做的功为2W0，由O到C的过程中，重力对重物所做的功为3W0。由计算可知，vA2＝1.44×10－2 m2/s2，vB2＝2.89×10－2 m2/s2，vC2＝4.41×10－2 m2/s2，eq \f(vB2,vA2)≈2，eq \f(vC2,vA2)≈3，即vB2≈2vA2，vC2≈3vA2，由以上数据可以判定W∝v2是正确的。也可以根据W­v2图像来判断，如图所示。 [答案]　见解析 [例2]　某实验小组采用如图4­3­5所示的装置探究功与速度变化的关系，图中小车中可放置砝码，实验中，打点计时器的工作频率为50 Hz。 图4­3­5 (1)实验的部分步骤如下： ①在小车中放入砝码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细线连接小车和钩码； ②将小车停在打点计时器附近，__________________， ________________，小车拖动纸带，打点计时器在纸带上打下一系列点，________________； ③改变钩码或小车中砝码的数量，更换纸带，重复②的操作