11.3动能和势能、11.4机械能及其转化 --2023-2024学年人教版物理八年级下学期

第3节 动能和势能 学习目标 1.能说出动能的定义及影响动能大小的因素。 2.能说出重力势能和弹性势能的定义及影响势能大小的因素。 3.能结合实例或举例说明物体的动能、重力势能、弹性势能。 知识梳理 一、能量 1.定义：物体能够 ，我们就说这个物体具有能量，简称能。 2.单位： ，简称 ，符号为 。 【点拨】 （1）能量：表示物体做功本领，即能量可以用能够做功的多少来衡量。 （2）一个物体“能够做功”，并不是一定“要做功”，也不是“正在做功”或“已经做功”。如：山上静止的石头具有能量，但它没有做功，也不一定要做功。 二、动能 1.定义；物体由于 而具有的能，叫做动能。 2.影响因素：物体的动能大小与物体的 和 有关。质量相同的物体，运动的速度 ，它的动能越大；运动速度相同的物体，质量 ，它的动能越大。 三、势能 1.重力势能 (1)定义：在地球表面附近，物体由于 所具有的能，叫做重力势能。 (2)影响因素：物体重力势能的大小与物体的 和 有关。处于同一高度的物体，质量越 ，重力势能越大；质量相同的物体，所处高度越 ，重力势能越大。 2.弹性势能 (1)定义：物体由于发生 而具有的能，叫做弹性势能。 (2)影响因素：在弹性限度内，物体的 越大，它的弹性势能就越大。 3.重力势能和弹性势能统称为 。 应用示例 类型一 动能和势能的识别及大小比较 例1、下列物体具有弹性势能的是 ( ) A.被跳水运动员压弯的跳板 B.矗立在高山上的巨石 C.水平地面上行驶的汽车 D.空中上升的篮球 例2、如图所示，货架上放着A、B、C、D四个体积相同的实心球，其中A和B为铅球，C和D为铁球，那么 A和B两球相比较， 球的重力势能大；B和C两球相比较，做功本领更大的是 球。() 【规律总结】 一切运动的物体都具有动能。一个物体的能量越大，它能够做的功越多。 类型二 影响动能大小的因素 例3、小明和小红在“探究物体的动能与哪些因素有关”的实验中，让钢球从斜槽上一定高度的位置由静止自由滚下，在水平面上运动，并将木块C推动一段距离，通过木块C被推动距离的大小来判断动能大小。 （1）实验中探究的动能是指 。 A.钢球撞击木块时的动能 B.钢球撞击木块后的动能 C.木块被钢球撞击后的动能 （2）如图甲、乙所示为小明两次实验的示意图，其中钢球A、B的质量mA>mB，高度hA>hB,距离sA>sB。他得出“物体的质量越大，动能越大”的结论，他的实验方法是_____(选填“正确”或“错误”)的，理由是 。 （3）小红让钢球A分别从同一斜面的不同高度由静止自由滚下，撞击木块，这是为了探究物体的动能与 的关系。 【方法指导】 （1）小球的动能大小不能直接显示，可以通过木块被撞击后移动距离的远近来反映，木块被推得越远，说明小球的动能越大，采用的是 。 （2）探究动能的大小与质量的关系时，控制速度相同，改变质量；探究动能的大小与速度的关系时，控制质量相同，改变速度。采用的是 。 类型三 影响重力势能大小的因素 例4、小明同学在探究重力势能的大小与什么因素有关时，提出了如下猜想： 猜想一：物体的重力势能与物体的质量有关。 猜想二：物体的重力势能与物体所在高度有关。 实验 序号 铁块质量 m/g 铁块距桌面 高度H/cm 桌腿陷入沙子 的深度h/cm ① 20 20 1.9 ② 20 30 2.9 ③ 20 40 3.8 ④ 30 20 2.9 ⑤ 40 20 4.1 为了验证上述猜想，他利用小桌、沙子、质量不同的铁块和刻度尺进行实验。如图所示，将小桌桌腿朝下放在平整的沙面上，把铁块从距桌面某一高度处由静止释放，撞击在桌面的中心部位，记录桌腿陷入沙子的深度。实验数据如下表所示。 （1）实验中通过比较 来判断物体重力势能的大小。 （2）为了验证猜想一，需选择表中 (填实验序号)三组数据进行分析。 （3）分析表中①②③的实验数据，可得出的结论是 。 【方法指导】 （1）物体的重力势能大小不能直接观察，可以通过观察沙坑或其他松软物质的凹陷程度来判断重力势能的大小，采用的是 。 （2）探究重力势能与高度的关系时，控制物体的质量相同，改变高度；探究重力势能与质量的关系时，控制物体的高度相同，改变质量。采用的是 。 类型四 影响弹性势能大小的因素 在探究“弹簧的弹性势能大小跟哪些因素有关”时，乐乐同学提出猜想：弹簧的弹性势能大小与弹簧被压缩的程度有关。 （1）为验证猜想，他设计了如图所示的实验，实验时将同一弹簧压缩 (选填“相同”或“不同”)的长度(弹簧被压缩后未超过其弹性限度)，将小球置于弹簧的右端，松开后小球碰到同一位置的相同木块上，通过分析比较 ，从而比较弹簧弹性势能的大小。 （2）若水平面绝对光滑，本实验将 (选填“能”或“不能”)达到探究目的。 课堂练习 1.(多选)高速公路上行驶的汽车刹车失灵时，可让汽车进入右图所示的斜坡式避险车道，快速降低车速直至停止。此过程中汽车的( ) A.动能增加 B.动能减小 C.重力势能增加 D.重力势能减小 2.(多选)一个小球从A点由静止开始下落，速度越来越大，相继经过B、C两点，如图所示。若A、B两点间的距离等于B、C两点间的距离，则下列说法中正确的是( ) A.小球在下落过程中动能不变 B.小球在C点的重力势能小于在B点的重力势能 C.小球所受的重力在AB段做的功等于在BC段做的功 D.小球所受的重力在AB段做功的功率小于在BC段做功的功率 3.在“探究物体的动能大小与哪些因素有关”的实验中，同学们做了如图所示三个实验，将小球沿着同一斜面由静止释放，并与同一水平面上的同一木块相碰，木块在水平面上移动一段距离后静止。请回答下列问题： （1）实验中所探究的“物体的动能”是指 (选填“小球”或“木块”)在 (选填“A”“B”或“C”)位置的动能。 （2）由实验 对比可知：物体的动能大小与物体的速度大小有关。 （3）由实验 和实验 (选填“甲”“乙”或“丙”)可知：物体的动能大小与物体的质量大小有关。 4.高空抛物是极不文明的行为，会造成很大的危害。因为同一个物体在高处静止时比在低处静止时具有更大的( ) A.弹性势能 B.重力势能 C.动能 D.重力 5.两个质量不同的物体处于同一高度，质量 的物体重力势能大；若要使这两个物体具有相等的重力势能，请写出两种方法： 。 6.在探究重力势能与什么因素有关时，同学们经过讨论，提出如下猜想：重力势能的大小可能跟物体的质量有关，也可能跟物体的高度有关。下面是小明和小聪关于这个问题讨论后的实验设计。 设计一：让质量为m的物体从不同高度落向插入沙坑中的木桩。 设计二：让质量为m和2m的两个大小不同的物体从同一高度落向插入沙坑中的木桩。 实验发现B比A插入得深，D比C插入得深，如图所示。请回答下列问题。 （1）此实验中通过比较 来比较高处物体下落前具有的重力势能的大小。 （2）要探究重力势能与高度的关系应选 (选“A和B”或“C和D”)两次实验进行对比。 （3）根据C和D两次实验情景图，可得的初步结论是 。 （4）根据A和B两次实验情景图，可得的初步结论是 。 7.草原风情节上，观光热气球匀速上升的过程中，热气球的（ ） A.动能增大 B.重力势能增大 C.动能减小 D.重力势能减小 8.人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行。如图所示，离地球最近的一点叫近地点，最远的一点叫远地点。则卫星从远地点向近地点运动过程中，势能 ，速度 。 (均选填“增大”或“减小”) 9.如图所示为蹦极运动的简化示意图，弹性绳一端系在运动员双脚上，另一端固定在跳台O点。运动员由静止开始自由下落。A点处弹性绳正好处于原长，B点处运动员受到的重力与弹性绳对运动员的拉力大小相等，C点处是蹦极运动员到达的最低点。(整个过程忽略空气阻力，弹性绳的自重不计) （1）从O点到A点的过程中，运动员的机械能, (选填“增大”“减小”“不变”或“先增大后减小”)。 （2）从A点到C点的过程中，弹性绳的弹性势能 ，运动员的动能 (均选填“增大”“减小”“不变”或“先增大后减小”) 第四节 机械能及其转化 学习目标 1.能说出机械能包括动能和势能，能用实例说明动能和势能可以相互转化。 2.能解释有关动能、重力势能和弹性势能之间相互转化的简单现象。 3.能说出人类对水能和风能的利用。 知识梳理 一、机械能 1.定义： 、 和 统称为机械能。 2.单位： ，简称 ，符号是 。 【点拨】 重为1N的物体被提升1m所获得的能量是1J。 二、机械能的转化与守恒 1.转化： 和 之间可以相互转化。 2.守恒：如果只有 和 相互转化，则机械能的总和 ，或者说，机械能是 的。 三、水能和风能的利用 从能量的角度来看，自然界的流水和风都具有大量的 能。 1.水能发电：修筑拦河坝提高上游水位，利用较大的上、下水位差具有的 能带动水轮机转动发电：水的重力势能转化为水轮机的 能，进而带动发电机发电。水的 能越大，能发出的 能越多。 2.风能发电：风具有大量的 能，风吹动风车，可以带动发电机发电。 应用示例 类型一 机械能及其转化 例1、如图所示的四种运动中，重力势能转化为动能的是( ) 例2、下图表现了撑竿跳运动的几个阶段：助跑、撑竿起跳、越横杆。下列关于撑竿跳运动员在这几个阶段中能量的转化情况，说法不正确的是( ) A.运动员在起跳前进行一段助跑，获得大量的动能 B.运动员起跳后，他的身体不断上升，助跑获得的动能都转化为运动员的重力势能 C.当运动员上升到一定高度时，撑竿的弹性势能不断释放，促使运动员不断上升，同时重力势能不断增加 D.运动员越过横杆下落的过程中，他的重力势能转化为动能 【规律总结】动能和势能的转化 （1）动能和重力势能间的转化 ①质量一定的物体加速下降，动能增大，重力势能减小，重力势能转化为动能。 ②质量一定的物体减速上升，动能减小，重力势能增大，动能转化为重力势能。 （2）动能和弹性势能间的转化 ①若一个物体的动能减小，与其作用的另一个物体的弹性势能增大，则动能转化为弹性势能。 ②若一个物体的动能增大，与其作用的另一个物体的弹性势能减小，则弹性势能转化为动能。 类型二 机械能守恒 例3、在蹦床比赛中，运动员从高处落到蹦床上又被弹起，该过程中有关机械能及其转化的说法正确的是( ) A.运动员上升到最高点时重力势能为零 B.运动员下降过程中机械能增大 C.运动员从高处下落到蹦床前，重力势能转化为动能 D.运动员弹离蹦床后，上升过程中弹性势能转化为动能 例4、如图所示，用轻质细绳悬挂一小球在竖直平面内摆动。在某次摆动过程中，小球依次经过A、B、C三点，A、C两点高度相同，B点为最低点，不计空气阻力，下列说法正确的是( ) A.小球在B点时动能最大 B.小球从B点运动到C点，重力势能转化为动能 C.小球在A、C两点时速度大小不同 D.小球机械能不守恒 【方法指导】 判断机械能是否守恒 （1）根据机械能等于动能、势能之和来确定机械能是否守恒。 （2）把握物理情景，判断机械能是否转化为其他形式的能。如在运动过程中，如果有阻力或摩擦力，由于摩擦生热，机械能一定减小，部分机械能就转化为其他形式的能，机械能不守恒。注意关键词“在光滑斜面上滑动”、“在斜面上匀速下滑”等。 课堂练习 1.不计空气阻力，从高处自由下落的物体，其动能 ，重力势能 ，机械能 。(均选填“增大”“减小”或“不变”)我们称之为 守恒。 2.机械能守恒的条件是 。 3.大皮球在自由下落的过程中， 能转化为 能；在撞击地面后发生弹性形变， 能转化为_________能；在恢复原形的过程中，________能转化为_________能；在空中上升的过程中， 能转化为 能。 4.人造地球卫星绕椭圆轨道运行时，离地球最近的一点叫近地点，这时它的动能 势能 ；离地球最远的一点叫远地点，这时它的动能 ，势能 ；卫星从近地点向远地点运动时，它的动能转化为 。 5.(多选)把一个铁锁用绳子悬挂起来，将铁锁拉到自己的鼻子附近，稳定后松手，铁锁向前摆去，如图所示。下列说法正确的是( ) A.铁锁摆回时不会打到鼻子 B.铁锁在摆动过程中机械能不守恒 C.铁锁在摆动过程中受到的力是平衡力 D.铁锁由高处摆到低处的过程中重力势能转化为动能 6.(多选)不计空气阻力，在下列各种过程中，物体的机械能总量不变的是( ) A.在水平路面上匀速行驶的汽车 B.在空中匀速下降的直升机 C.从高处自由下落的小球 D.被匀速拉上斜坡的木箱 7.荡秋千是一种常见的娱乐休闲活动，图11—10展示了荡秋千时的情景，在从右侧最高点荡到左侧最高点这一过程中，小男孩的( ) A.动能一直增大，重力势能一直减小 B.动能一直减小，重力势能一直增大 C.动能先减小后增大，重力势能先增大后减小 D.动能先增大后减小，重力势能先减小后增大 8.小明将排球竖直向上拋出，排球在竖直向上运动的过程中，如果受到的空气阻力忽略不计，则排球的机械能 (选填“守恒”或“不守恒”)，排球在最高点处于 (选填“平衡”或“非平衡”)状态。 9.2022年4月16日，“神舟十三号”载人飞船返回舱接近地面时，反推发动机点火，如图所示，返回舱减速下降，安全降落在着陆预定区域。在此过程中，对于 返回舱能量的变化，下列描述正确的是（ ） A.返回舱动能减小，重力势能减小，机械能不变 B.返回舱动能不变，重力势能减小，机械能减小 C.返回舱动能减小，重力势能增加，机械能不变 D.返回舱动能减小，重力势能减小，机械能减小 10.2023年5月8日，中国运动员以五跳两满分的成绩，夺得跳水世界杯第二站女子10米台比赛的冠军。运动员在空中加速下落过程中（ ） A.动能不变 B.动能变大 C.重力势能变大 D.机械能变大 11.在排球比赛中，小明把排球竖直向上抛出，排球在运动过程中动能E随时间t变化的图像最接近（ ） 1 学科网（北京）股份有限公司 $$