2012年高中物理学业水平测试课件专题十二动能定理及实验

(共30张PPT)
主题 内容 要求
功与能 动能、动能定理及其应用
重力做功与重力势能 Ⅱ
Ⅱ
实验与探究 实验五：探究动能定理 Ⅰ
一、动能
1．动能：物体由于运动而具有的能，叫动能．其表达式为：Ek＝ mv2.
2．对动能的理解
(1)动能是一个状态量，它与物体的运动状态相对应．动能是标量．它只有大小，没有方向，而且物体的动能总是大于或等于零，不会出现负值．
(2)动能是相对的，它与参照物的选取密切相关．如行驶中的汽车上的物品，对汽车上的乘客，物品动能是零；但对路边的行人，物品的动能就不为零．一般选地面为参考系分析．
二、重力势能
1．重力势能：地球上的物体具有跟它的高度有关的能叫重力势能，是物体和地球共有的．
表达式：Ep＝mgh，重力势能的大小与零势能面的选取有关．
2．对重力势能的理解
(1)重力势能是物体和地球这一系统共同所有，单独一个物体谈不上具有重力势能．即：如果没有地球，物体谈不上有重力势能．平时说物体具有多少重力势能，是一种习惯上的简称．
重力势能是相对的，它随参考点的选择不同而不同，要说明物体具有多少重力势能，首先要指明参考点(即零势能点)．
(2)重力势能是标量，它没有方向．但是重力势能有正、负．此处正、负不是表示方向，而是表示比零点的能量状态高还是低．势能大于零表示比零点的能量状态高，势能小于零表示比零点的能量状态低．零点的选择不同虽对势能值表述不同，但对物理过程没有影响．即势能是相对的，势能的变化是绝对的，势能的变化与零点的选择无关．
(3)重力做功与重力势能
①重力做功与路径无关，由物体所受的重力和物体初、末位置所在水平面的高度差决定，即：WG＝mgΔh.
②重力做正功，物体高度下降，重力势能降低；重力做负功，物体高度上升，重力势能升高．
③重力做的功等于重力势能增量的负值，即WG＝－ΔEp＝－(mgh2－mgh1)．
三、动能定理
1．动能定理的表述
合外力做的功等于物体动能的变化量．(这里的合外力指物体受到的所有外力的合力，包括重力)．
表达式为
说明：动能定理也可以表述为：外力对物体做的总功等于物体动能的变化．实际应用时，后一种表述比较好操作．不必求合力，特别是在全过程的各个阶段受力有变化的情况下，只要把各个力在各个阶段所做的功都按照代数和加起来，就可以得到总功．
①当W合>0时，Ek2>Ek1，动能增大；
②当W合<0时，Ek22．应用动能定理解题的一般步骤
(1)确定研究对象及运动过程．
(2)在全过程中对研究对象进行受力分析．
(3)写出研究过程中合力做的功，或分别写出各个力做的功(注意功的正负)再代数和．如果研究过程中物体受力情况有变化，就要分别写出各力在各个阶段做的功再代数和．
(4)确定初、末状态并写出初、末状态的动能．
(5)利用动能定理列方程求解．
四、实验：探究恒力做功与物体动能变化的关系
1．实验目的
用打点计时器探究外力(重力)对物体所做的功与物体动能的变化关系．
2．实验器材
铁架台(带铁夹)、打点计时器、直尺、重物、纸带、复写纸片、导线、学生电源．
3．实验步骤
将打点计时器竖直稳定地固定在铁架台支架上，使限位孔伸出桌面外，将夹有重锤的纸带从下向上穿过限位孔，一只手提住纸带的上端，使纸带竖直，重锤紧靠在下边的限位孔处，先开启电源使打点计时器工作，然后放手使纸带在重锤的带动下自由下落，结果打点计时器在纸带上打下一系列点，利用打了点的纸带来计算重力所做的功WG与动能变化量ΔEk的定量关系．
4．数据处理
如何计算重力所做的功WG和动能的变化量ΔEk
在纸带上取两个合适的点(如下图中纸带上的B点和E点)，用刻度尺测出这两点间的距离sBE，根据功的定义可知：WG＝mgsBE，采用求平均速度的方法求出打点计时器打B、E两点时，重锤的速度vB和vE，再根据动能的计算式Ek＝ mv2计算打B、E两点时的动能及其动能的差值ΔEk.
5．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．
结论的推广：合外力对物体所做的功等于物体动能的增量，即：W合＝ΔEk＝Ek2－Ek1，这就是动能定理．
(单选Ⅱ)关于动能和速度，下列说法正确的是(　　)
A．物体的速度发生变化，动能一定发生变化
B．物体的速度发生变化，动能可能不变
C．物体的动能不变，速度一定不变
D．物体的动能发生变化，速度可能不变
解析：物体的速度方向变化而大小不变，则动能不变，A选项错误，B选项正确；物体的动能不变只能得到物体的速度大小不变，但是速度可能方向在变，如匀速圆周运动，C选项错误；物体动能变化则物体的速度大小一定改变，D选项错误．
答案：B
点评：物体的速度变化包括大小变化、方向变化以及大小和方向都变化，只有速度大小变化才会引起物体动能的变化．这是由速度的矢量性和动能的标量性决定的．
(单选Ⅱ)(2010年广东学业水平测试)水平地面上，一运动物体在10 N摩擦力的作用下，前进5 m后停止，在这一过程中物体的动能改变了(　　)
A．10 J　　　　　　　　B．25 J
C．50 J D．100 J
解析：由动能定理ΔEk＝W合＝Wf＝－50 J，即动能改变了 50 J.
答案：C
点评：(1)本题属于“理解”中的“简单应用”层次；(2)熟悉动能定理的解题步骤．
(单选Ⅰ)(2010年广东学业水平测试)某同学投掷铅球，每次出手时，铅球速度的大小相等，但方向与水平面的夹角不同．关于出手时铅球的动能，下列判断正确的是(　　)
A．夹角越大，动能越大
B．夹角越大，动能越小
C．夹角为45°时，动能最大
D．动能的大小与夹角无关
解析：物体的动能Ek＝ mv2，铅球速度的大小相等，动能的大小与夹角无关．
答案：D
点评：动能定理既适用于直线运动，也适用于曲线运动．
(单选Ⅱ)质量为m的小球，用长为l的轻绳悬挂于O点，小球在水平力F作用下，从平衡位置P点缓慢地移动到Q点，如下图所示，则力F所做的功为(　　)
A．mglcosθ B．Flsinθ
C．mgl(1－cosθ) D．Flcosθ
解析：本题中小球的运动是缓慢的，可认为小球每时刻都是静止的，都处于受力平衡的状态，因而F的大小不断变化，且不断增大，即力F是变力，而W＝Fscos θ适用于恒力做功．因此本题只能由动能定理求解．由动能定理得：WF－mgt(1－cos θ)＝0，因此WF＝mgl(1－ cos θ)，所以C答案正确．
答案：C
点评：动能定理既适用于恒力做功，也适用于变力做功．力做功时可以是连续的，也可以是不连续的．根据运动状态进行受力分析，判定各力做功的情况(辨别是变力还是恒力做功)以及选定恰当的初、末状态是解决这类问题的关键．
(单选Ⅱ)(2010年江苏学业水平测试)用下图所示装置做“探究功与物体速度变化的关系”的实验，小车在橡皮筋的作用下弹出，沿木板滑行．第一次实验用1条橡皮筋，橡皮筋对小车做的功记为W，当把2条、3条、4条……与第1次实验完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、第4次……实验时，橡皮筋对小车做的功为2W、3W、4W……，每次橡皮筋做功后小车获得的速度可通过打点计时器和纸带测出，探究小车获得的速度与橡皮筋所做功有什么定量关系．下列说法正确的是(　　)
A．实验中先让小车在橡皮筋的作用下弹出，再接通打点计时器的电源
B．每次实验中橡皮筋拉伸的长度必须相同
C．实验中必须求出小车加速过程的平均速度
D．每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值
解析：实验中要先接通打点计时器的电源，再放小车，A错．每次实验橡皮筋拉伸的长度必须相同，这样2根、3根并在一起，做功才是2W、3W，但W的具体数值不必算出，B对D错．实验中要求出小车加速后的末速度，C错．
答案：B
点评：正确理解实验原理，理解实验过程中的注意事项，并且知道实验的误差来源．
1．(单选Ⅰ)(2010年天津学业水平测试)某运动的物体动能为Ek，若将其质量和速度均变为原来的2倍，则物体的动能变为(　　)
A．2Ek B．4Ek
C．8Ek D．16Ek
2．(单选Ⅱ)如图，传送带匀速运动，带动货物匀速上升，在这个过程中，对货物的动能和重力势能分析正确的是(　　)
A．动能增加 B．动能不变
C．重力势能不变 D．重力势能减少
解析：货物匀速上升，其动能不变，重力势能增加，选B.
答案：B
3．(单选Ⅰ)(2010年广东学业水平考试)如图所示为竖直平面内的三条路径．物体沿路径1、2、3从P点运动到Q点的过程中，重力做功分别为W1、W2和W3，下列判断正确的是(　　)
A．W1>W2 B．W1>W3
C．W2>W3 D．W1＝W2＝W3
解析：重力做功跟路径无关，只跟始末位置的高度差有关，选D.
答案：D
4．(单选Ⅰ)(2010年广东韶关学业水平模拟)根据打点计时器打出的纸带，可以从纸带上直接得到的物理量是(　 　)
A．位移 B．速度
C．加速度 D．平均速度
A
5．(单选Ⅰ)(2010年广东学业水平模拟)两物体质量比为1∶4，速度比为4∶1，则两物体的动能比是(　　)
A．1∶1 B．1∶4
C．2∶1 D．4∶1
一、单项选择题(Ⅰ)(1－10)
1．甲、乙两个物体的质量分别为m甲和m乙并且m甲＝2m乙，它们与水平桌面的动摩擦因数相同，当它们以相同的初动能在桌面上滑动时，它们滑行的最大距离之比为(　　)
A．1∶1　　　 B．2∶1　　　
C．1∶2　　　 D．1∶
解析：滑行最大距离时的末动能为零，据动能定理－μmgs＝0－Ek0知，通过的最大 距离与质量成反比，故最大距离之比为1∶2，选C.
答案：C
二、单项选择题(Ⅱ)(11－16)
11．一个物体的速度从0增加到v，再从v增加到2v，前后两种情况下，物体所受的合外力对物体做的功之比是(　　)
A．1∶1 B．1∶2
C．1∶3 D．1∶4
三、多项选择题(17－20)
17．在离地面一定高度处，以相同的动能，向各个方向抛出多个质量相同的小球，这些小球到达地面时，有相同的(　　)
A．动能　　　　　　B．速度
C．速率 D．位移
解析：由动能定理可知，W合＝Ek2－Ek1 mgh＝Ek2－Ek1；Ek1、m、h相同，故Ek2相同，落地速度大小v2相同，选AC.
答案：AC