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沪科版高中物理必修探究动能变化跟做功的关系

汇报人：AA

2024-01-25

目录

引言

动能定理

探究动能变化跟做功的关系的实验设计

探究动能变化跟做功的关系的实验结果分析

动能定理在生活中的应用

总结与展望

引言

物理学的发展

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自伽利略和牛顿以来，经典力学经历了漫长的发展历程，动能定理作为力学中的重要定理，对于理解物体的运动规律和解决力学问题具有重要意义。

高中物理课程标准的要求

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高中物理课程标准中明确要求学生理解动能定理，并能够运用动能定理分析和解决简单的力学问题。因此，探究动能变化跟做功的关系是高中物理教学的重要内容之一。

现实生活中的应用

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动能定理在现实生活中有着广泛的应用，如汽车刹车距离的计算、运动员起跑时的加速度计算等。通过探究动能变化跟做功的关系，可以帮助学生更好地理解和应用这些知识。

动能定理

动能定理的表述为：合外力对物体所做的功等于物体动能的变化。即$W{合}=E{k2}-E{k1}$，其中$W{合}$为合外力做的功，$E{k2}$和$E{k1}$分别为物体在末状态和初状态的动能。

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动能定理揭示了物体动能变化与合外力做功之间的定量关系，是功能关系在力学中的重要体现。

动能定理反映了力对空间的累积效应，即力在空间上的积累导致物体动能的变化。

动能定理提供了一种求解物体动能变化的方法，即通过计算合外力对物体所做的功来求解。

探究动能变化跟做功的关系的实验设计

探究物体动能变化与合外力做功之间的关系

验证动能定理

培养实验操作能力和分析处理数据的能力

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打点计时器

纸带

复写纸

刻度尺

导线

低压交流电源

天平（带砝码）

小车

钩码

铁架台（带铁夹）

细绳

1.安装实验装置

将打点计时器固定在铁架台上，接好电源。把纸带穿过打点计时器，并将纸带的一端固定在小车的后面。

4.改变钩码个数

在小车上加钩码，改变小车的质量，重复步骤2。

2.平衡摩擦力

调节长木板的倾角，轻推小车，使小车能沿长木板匀速下滑。

5.打点记录

先接通电源，再释放小车，让小车在钩码的牵引下运动，同时打点计时器在纸带上打下一系列的点。

3.测量小车质量

用天平测出小车的质量$M$。

6.数据处理

取下纸带，舍去开始比较密集的点，从后面清晰的点开始测量，测量各计数点到第一个计数点的距离$x$，并计算出各点的速度$v$。

1.计算各点的动能$E_k=frac{1}{2}Mv^2$。

2.计算合外力对小车做的功$W=Fs$，其中$F$为小车所受的合外力，$s$为小车的位移。由于小车在运动中受到摩擦力和空气阻力的作用，这些力做的功无法直接测量，因此我们用钩码的重力代替合外力，即$F=mg$。

3.绘制$W-E_k$图像：以合外力做的功$W$为横坐标，小车的动能变化$DeltaE_k$为纵坐标，在坐标纸上描点并绘制图像。如果实验数据准确，绘制的图像应该是一条过原点的直线，斜率等于1，即验证了动能定理。

探究动能变化跟做功的关系的实验结果分析

记录不同质量物体在不同初速度下的动能变化与做功的对应关系。

实验数据表格

通过绘制动能变化与做功的关系曲线图，直观展示两者之间的趋势和关系。

实验数据曲线图

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分析实验数据可发现，在误差允许范围内，动能变化与做功成正比关系，即做功越多，动能变化越大。

动能变化与做功成正比

质量越大的物体，在相同初速度下具有更大的动能，因此相同做功下动能变化相对较小。

质量对动能变化的影响

初速度越大的物体，在相同质量下具有更大的动能，因此相同做功下动能变化也相对较小。

初速度对动能变化的影响

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提高了实验技能和数据处理能力

学生在实验过程中提高了实验操作技能和数据处理能力，培养了科学探究精神和实践能力。

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验证了动能定理

实验结果验证了动能定理的正确性，即合外力对物体所做的功等于物体动能的变化量。

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深化了对功和能关系的理解

通过实验探究，学生可更深入地理解功和能之间的转化关系，为后续学习奠定基础。

动能定理在生活中的应用

在碰撞过程中，动能定理可以帮助我们理解碰撞前后物体动能的变化，以及能量损失的情况。

碰撞问题

弹性势能问题

抛体运动

对于弹簧等弹性体，动能定理可以描述其弹性势能与动能之间的转化关系。

在抛体运动中，动能定理可以解释物体在重力作用下动能和势能的变化。

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动能定理与热力学第一定律相结合，可以解释热量传递过程中内能的变化。

热力学第一定律

动能定理可以帮助我们理解热机的工作原理，以及如何提高热机效率。

热机效率

在热传导过程中，动能定理可以描述热量传递与物体内部动能变化的关系。

热传导问题

磁场中的运动

当带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力会改变粒子的运动方向，但不会改变粒子的