课时10.3 动能与势能-【帮课堂】2024-2025学年八年级物理全一册同步学与练（沪科版2024）

第十章 功与机械能 课时10.3 动能与势能 2022年课程标准 学习目标 3.1.1了解能量及其存在的不同形式。能描述不同形式的能量和生产生活的联系。 3.2.1知道动能、势能和机械能。通过实验，了解动能和势能的相互转化。举例说明机械能和其他形式能量的相互转化。 物理观念：认识机械功，是与能量转化或转移密切相关的物理量，知道它的含义； 科学思维：知道能量的利用存在效率问题，100％的能量利用率只是一种理想情况； 科学探究：能通过观察周围事物，发现并提出关于能量的问题，能根据已有知识对问题作出猜想和假设；能根据控制变量法制订简单的探究方案；能用表格、图像等多种方式展示实验数据，并通过分析和处理数据得出实验结论；能撰写实验报告，书面或口头表述科学探究的过程和结果。 科学态度与责任：培养学生勇于探索、严谨认真的科学态度；能从能量转化的角度认识提高效率的重大意义，增强学习物理学的动力。 知识点一、动能和势能 能量：物体能够对外做功，表示这个物体具有能量，简称能。 理解：①能量表示物体做功本领大小的物理量；能量可以用能够做功的多少来衡量。(物体做的功越多，表示物体的能量就越大。另一方面，能量越大，说明做功的本领也越大)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。 动能    ①定义：物体由于运动而具有的能，叫做动能。 ②决定动能大小的因素：动能的大小与质量和速度有关。质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越大。 重力势能    ①物体由于高度所决定的能，叫做重力势能。 ②决定重力势能大小的因素:   重力势能的大小与物体的质量和物体被举起的高度有关。高度相同的物体，物体的质量越大，重力势能越大；质量相同的物体，物体的高度越高，重力势能越大。 弹性势能物体由于发生弹性形变而具有的能叫做弹性势能。物体的弹性形变越大，它的弹性势能就越大。 知识点二、探究物体的动能跟哪些因素有关 ① 研究对象：小钢球 ② 研究方法：控制变量法。 如何判断钢球的动能大小：看木块在水平面移动距离的远近（转换法）。 如何控制速度不变：不同钢球从同一斜面的同一高度由静止滚下，使到达斜面底端时速度大小相同。 如何改变钢球速度：使钢球从不同高度滚下。 ③ 分析归纳： 保持钢球质量不变时结论：质量相同的物体，运动速度越大，动能越大； 保持钢球速度不变时结论：运动速度相同的物体，质量越大，动能越大； ④ 得出结论：物体动能与质量和速度有关；速度越大，质量越大，动能也越大。 情景问题一：能量的转化 问题：在过山车爬坡时，速度逐渐变慢，而俯冲时速度又极快，这背后蕴含着怎样的科学原理？此外，过山车轨道高耸，车在高处又具有怎样的能量？ 【角度1】功与能 【典例1】关于能的概念，下列说法中正确的是（　　） A．速度大的物体动能一定大 B．静止的物体没有机械能 C．质量一定的物体，速度越大，动能越大 D．没有做功的物体不具有能量 【变式1-1】下列关于能的叙述中，都正确的一组是（　　） ①一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能 ②一个物体没有做功，它一定不具有能量 ③一个物体已做过的功越多，说明这个物体具有的能越多 ④运动的物体具有能，静止的物体没有能 ⑤物体具有的能量越多，做的功越多 ⑥物体具有的能越多，它能做的功就越多 A．①⑥ B．①②⑤ C．④⑤⑥ D．①③⑥ 【变式1-2】力和运动、功和能量是物理学的核心概念，它们之间存在着密切的联系。关于力和运动、功和能量之间的关系，下列说法错误的是（　　） A．运动的物体一定具有能量 B．物体受到力的作用，力一定对物体做功 C．做功的本质是能量的转化 D．功和能量的单位都是焦耳 【角度2】动能与势能 【典例2】1．如图所示，人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行的过程中，机械能是守恒的，当卫星从远地点向近地点运动时，下列说法正确的是（　　） A．动能减小，重力势能增大 B．重力势能转化为动能 C．动能不变，重力势能减小 D．卫星的速度一直在减小 【变式2-1】下图是2024年春节档电影《飞驰人生2》中的赛车撞击的画面。图中车辆被撞击后的损坏程度取决于车辆之间相对的（   ） A．动能的大小 B．重力势能的大小 C．速度的大小 D．惯性的大小 【变式2-2】如图所示是初二学生跳远的情景。若不考虑空气阻力，该同学（　　） A．起跳前加速助跑是为了增大惯性 B．经过最高点时动能为零 C．经过最高点时重力势能最大 D．起跳后所受重力为零 【变式2-3】疫情防控期间，某社区用无人机进行消毒。无人机在喷洒消毒液，水平匀速飞行的过程中，它的动能 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。 【变式2-4】如图所示，熟透了的苹果从树上落下，在加速下落过程中，苹果的动能 （选填“增加”“减少”或“不变”）。 【角度3】探究动能大小的影响因素 【典例3】小明在“探究物体的动能大小跟哪些因素有关”的实验中，选用质量不同的两个钢球m和M（M的质量大于m），使它们分别从不同的高度h和（）由静止开始运动，观察纸盒被撞击后移动的距离，实验过程如下图所示； (1)小明通过观察纸盒移动的距离长短，来判断小球动能的大小，这里他利用的研究方法是 （选填“控制变量法”或“转换法”）；若水平面绝对光滑，本实验将 （选填“能”或“不能”）达到探究目的； (2)由甲、乙两图，可得到的实验结论是： ； (3)小明根据甲、丙两图得出结论：物体的动能大小与质量有关；他的做法是 （选填“正确”或“错误”）的。 【变式3-1】在探究“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验中，让a、b的两个小球分别从同一斜面上由静止滚下，小球撞击放在水平木板上的同一木块，使木块滑动，虚线位置为木块滑动一段距离后停止的位置。 (1)由甲、乙两图可以得到的结论是： ； (2)根据乙图和丙图实验可知，撞击木块时，a球和b球动能的大小， （选填“a球大”“b球大”“一样大”或“无法比较”）； (3)小明同学根据乙图和丙图实验，判断出b小球质量更大，他判断的理由是： 。 【角度4】探究重力势能的影响因素 【典例4】同学们利用沙子、小桌、重物、透明的箱子等进行实验探究。如下图所示，把小桌放在透明的沙箱中，让重物从高处落下撞击小桌，观察桌腿陷入沙子的深度，探究物体重力势能的大小与哪些因素有关。 (1)实验探究的是 （选填“重物”或“小桌”）的重力势能； (2)通过实验，发现同一个重物从不同高度落下，高度越高，能够对外做的功越 ，说明它的重力势能越 ； (3)若要探究物体重力势能与质量的关系，应换用质量不同的重物，让它们从 高度落下，观察桌腿陷入沙子的深度。 【变式4-1】如图所示，是小明“探究重力势能大小跟哪些因素有关”的实验，图中物体质量的关系：mA=mB<mC，物体被举的高度关系hA=hC<hB，木桩开始时高度相同。 (1)实验过程中，小明通过观察 来比较物体重力势能的大小（选填“物体下降速度”或“木桩陷入沙中深度”）；本实验用到两种实验探究方法，分别是控制变量法和 ； (2)分析图中 （选填“甲”“乙”或“丙”）两次实验可以得到的实验结论是：质量相同时，物体被举的越高，重力势能越大； (3)物体B在下落过程中， 转化为 （选填“弹性势能”、“重力势能”或“动能”）。 【角度5】弹性势能 【典例5】如图是巴黎奥运会女子撑杆跳高决赛过程，下列有关说法不正确的是（　　） A．撑杆时手握杆的上部，是利用力的作用效果与力的作用点有关 B．加速助跑阶段，运动员机械能增大 C．在撑杆恢复原状的过程中，撑杆的弹性势能不断变小 D．运动员运动到最高点时，受到平衡力作用，此瞬间她的动能为零 【变式5-1】下列物体中不具有弹性势能的是（　　） A．形变的蹦床 B．拉开的弓 C．压弯的撑杆 D．自然长度的弹簧 【变式5-2】如图所示的是玩弹弓的情景。经验表明，橡皮筋拉得越长，同样的“子弹”射得越远，说明橡皮筋的弹性势能与其发生 有关；若橡皮筋被拉得同样长，所用“子弹”的质量不同，则“子弹”射出时的速度 （选填“相同”或“不相同”）。 【基础强化】 1．下列关于功、功率和机械效率的说法中，正确的是（    ） A．做功少的物体，做功一定越快 B．做功多的物体，效率也一定越高 C．做功越快的物体，功率一定越大 D．物体具有的能量越多，它做的功就越多 2．关于能的概念，下列说法中正确的是（　　） A．速度大的物体动能一定大 B．静止的物体没有机械能 C．质量一定的物体，速度越大，动能越大 D．没有做功的物体不具有能量 3．射箭有悠久的历史，最初用于打猎和战争。如图所示为人拉弓射箭的示意图，下列说法正确的是（　　） A．射箭时，弓弦被拉弯，弓弦具有动能 B．射箭时，弓弦被拉弯，搭在弓弦上的箭具有弹性势能 C．箭离弦的过程中，弓弦的弹性势能转化为箭的动能 D．箭离弦后下落过程中，箭的动能转化为箭的重力势能 4．一个物体对其他物体能够做功，我们就说这个物体具有 。 5．为了提高环境质量，无锡经常有喷雾车在街道上喷洒水雾。喷雾车工作时以较小的速度匀速直线行驶，此过程中喷雾车的动能 （选填“变大”、“变小”或“不变”，下同），喷雾车的机械能 。 6．质量较大的老鹰和质量较小的燕子在天空中自由飞翔。如果它们的动能相同，则 飞行的速度较大；如果它们飞行的高度相同，则 的重力势能较大。 7．熟透了的苹果从树上落下，在加速下落的过程中，苹果的动能 ，重力势能 。（均选填“增加”“减少”或“不变”） 8．如图所示的是我国古代的一种攻击武器——床弩。被拉弯的弩弦具有 能，射出的箭斜向上运动时动能转化为 能。 【素养提升】 1．如图甲所示是“探究物体的动能与哪些因素有关”的实验，让小球从同一斜面由静止开始滚下，推动同一木块在水平面向前移动一段距离后停下。 (1)实验中，小球的动能是由 能转化来的； (2)图甲中（a）、（c）实验让小球从斜面的相同高度下滑，目的是 ； (3)图甲中（b）、（c）实验无法探究动能和速度的关系，理由是 ； (4)如图乙所示，若将质量为m的小球从一光滑轨道OAB的O点自由滚下，依次经过A、B两点到达C点（忽略空气阻力），设A、B两点的机械能分别为EA和EB，则EA和EB的大小关系是EA EB。当小球从B点运动到最高点C时，假设小球所受的外力全部消失，则小球将沿 （选填“a”、“b”或“c”）轨迹运动。 2．如图所示是某学习小组“探究物体的动能大小与哪些因素有关”的实验装置图，其中，。 (1)实验中，探究的动能是指______（填序号）； A．小球撞击木块后小球的动能 B．小球撞击木块后木块的动能 C．小球在斜面上的动能 D．小球到达水平面时的动能 (2)由甲、乙两图可知，使质量相同的小球从斜面上不同高度处自由滚下，是为了研究动能大小与 的关系。 3．亲爱的同学，请你运用所学知识解答下列问题： (1)某校物理兴趣小组的同学要进行“估测自己上楼的功率”的实验，他们将从一楼走到三楼。 ①实验器材：体重计（磅秤）、秒表、 。 ②以下是小明设计的测量步骤，其中多余的是 （填字母）。 A．测出自己的质量m        B．测出楼梯的总长度L C．测出一楼到三楼的高度h    D．测出自己上楼所用的时间t E．算出上楼的功率P ③请你帮小明设计一个实验记录表格 。 (2)在探究“重力势能的大小与哪些因素有关”的实验中，重物A、B、C的质量关系为，木桩相同。木桩和重物的位置如图甲所示。重物静止释放后，木桩被打击陷入沙中的情形如图乙所示。 ①比较重物A、B将木桩打入沙中的深度，可判断重力势能的大小和 的关系。 ②根据图甲、乙所示的实验，我们 （选填“能”或“不能”）比较出图甲中重物B、C的重力势能的大小，理由是 。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第十章 功与机械能 课时10.3 动能与势能 2022年课程标准 学习目标 3.1.1了解能量及其存在的不同形式。能描述不同形式的能量和生产生活的联系。 3.2.1知道动能、势能和机械能。通过实验，了解动能和势能的相互转化。举例说明机械能和其他形式能量的相互转化。 物理观念：认识机械功，是与能量转化或转移密切相关的物理量，知道它的含义； 科学思维：知道能量的利用存在效率问题，100％的能量利用率只是一种理想情况； 科学探究：能通过观察周围事物，发现并提出关于能量的问题，能根据已有知识对问题作出猜想和假设；能根据控制变量法制订简单的探究方案；能用表格、图像等多种方式展示实验数据，并通过分析和处理数据得出实验结论；能撰写实验报告，书面或口头表述科学探究的过程和结果。 科学态度与责任：培养学生勇于探索、严谨认真的科学态度；能从能量转化的角度认识提高效率的重大意义，增强学习物理学的动力。 知识点一、动能和势能 能量：物体能够对外做功，表示这个物体具有能量，简称能。 理解：①能量表示物体做功本领大小的物理量；能量可以用能够做功的多少来衡量。(物体做的功越多，表示物体的能量就越大。另一方面，能量越大，说明做功的本领也越大)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。 动能    ①定义：物体由于运动而具有的能，叫做动能。 ②决定动能大小的因素：动能的大小与质量和速度有关。质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越大。 重力势能    ①物体由于高度所决定的能，叫做重力势能。 ②决定重力势能大小的因素:   重力势能的大小与物体的质量和物体被举起的高度有关。高度相同的物体，物体的质量越大，重力势能越大；质量相同的物体，物体的高度越高，重力势能越大。 弹性势能物体由于发生弹性形变而具有的能叫做弹性势能。物体的弹性形变越大，它的弹性势能就越大。 知识点二、探究物体的动能跟哪些因素有关 ① 研究对象：小钢球 ② 研究方法：控制变量法。 如何判断钢球的动能大小：看木块在水平面移动距离的远近（转换法）。 如何控制速度不变：不同钢球从同一斜面的同一高度由静止滚下，使到达斜面底端时速度大小相同。 如何改变钢球速度：使钢球从不同高度滚下。 ③ 分析归纳： 保持钢球质量不变时结论：质量相同的物体，运动速度越大，动能越大； 保持钢球速度不变时结论：运动速度相同的物体，质量越大，动能越大； ④ 得出结论：物体动能与质量和速度有关；速度越大，质量越大，动能也越大。 情景问题一：能量的转化 问题：在过山车爬坡时，速度逐渐变慢，而俯冲时速度又极快，这背后蕴含着怎样的科学原理？此外，过山车轨道高耸，车在高处又具有怎样的能量？ 【角度1】功与能 【典例1】关于能的概念，下列说法中正确的是（　　） A．速度大的物体动能一定大 B．静止的物体没有机械能 C．质量一定的物体，速度越大，动能越大 D．没有做功的物体不具有能量 【答案】C 【解析】A．动能的大小除了跟速度大小有关外，还跟物体的质量有关，所以速度大的物体动能不一定大，故A错误； B．静止的物体可以存在势能，势能属于机械能，故B错误； C．动能的大小除了跟速度大小有关外，还跟物体的质量有关，质量一定的物体，速度越大，动能越大，故C正确； D．一切物体都具有能量，故D错误。 故选C。 【变式1-1】下列关于能的叙述中，都正确的一组是（　　） ①一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能 ②一个物体没有做功，它一定不具有能量 ③一个物体已做过的功越多，说明这个物体具有的能越多 ④运动的物体具有能，静止的物体没有能 ⑤物体具有的能量越多，做的功越多 ⑥物体具有的能越多，它能做的功就越多 A．①⑥ B．①②⑤ C．④⑤⑥ D．①③⑥ 【答案】A 【解析】①一个物体能够做功，即具有对外对做的本领，我们就说这个物体具有能，故①正确； ②一个物体没有做功，但是它可能具有对外做功的本领，它不一定不具有能量，故②不正确； ③一个物体已做过的功越多，说明没做功之前具有的能多，这个物体做功后具有的能不一定多，故③不正确； ④运动的物体具有能，静止的物体可能有势能，故④不正确； ⑤物体具有的能量越多，对外做功的本领越大，做的功不一定越多，故⑤不正确； ⑥物体具有的能越多，对外做功的本领越大，它能做的功就越多，故⑥正确。 故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 【变式1-2】力和运动、功和能量是物理学的核心概念，它们之间存在着密切的联系。关于力和运动、功和能量之间的关系，下列说法错误的是（　　） A．运动的物体一定具有能量 B．物体受到力的作用，力一定对物体做功 C．做功的本质是能量的转化 D．功和能量的单位都是焦耳 【答案】B 【解析】A．物体由于运动而具有的能量叫做动能，因此运动的物体具有动能，故A正确，不符合题意； B．有力作用在物体上，如果物体没有在力的方向上通过一定的距离，则力没有对物体做功，故B错误，符合题意； C．做功是能量转化的重要途径，它不仅反映了力的空间累积效应，也是能量守恒和转化定律的具体体现，通过做功，各种能量形式之间得以相互转化，故C正确，不符合题意； D．为纪念焦耳在热学和能量研究领域取得的卓越成就，物理量以其名字命名功和各种能量的基本单位，故D正确，不符合题意。 故选B。 【角度2】动能与势能 【典例2】1．如图所示，人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行的过程中，机械能是守恒的，当卫星从远地点向近地点运动时，下列说法正确的是（　　） A．动能减小，重力势能增大 B．重力势能转化为动能 C．动能不变，重力势能减小 D．卫星的速度一直在减小 【答案】B 【解析】动能和势能的总和叫机械能，卫星从远地点向近地点运动时，质量不变，高度减小，重力势能减小，由于机械能守恒，所以动能增大，重力势能转化为动能；动能与质量和速度有关，由于质量不变，所以卫星速度增大。故ACD错误，B正确。 故选B。 【变式2-1】下图是2024年春节档电影《飞驰人生2》中的赛车撞击的画面。图中车辆被撞击后的损坏程度取决于车辆之间相对的（   ） A．动能的大小 B．重力势能的大小 C．速度的大小 D．惯性的大小 【答案】A 【解析】在碰撞过程中，决定毁坏程度的根本原因是碰撞时所具有的动能大小（动能越大，冲击越严重）。重力势能与车辆所处高度有关，不能直接说明碰撞损坏；速度虽是影响动能的因素，但还要考虑质量；惯性只与质量有关，同样不能完整反映撞击的剧烈程度。 故选A。 【变式2-2】如图所示是初二学生跳远的情景。若不考虑空气阻力，该同学（　　） A．起跳前加速助跑是为了增大惯性 B．经过最高点时动能为零 C．经过最高点时重力势能最大 D．起跳后所受重力为零 【答案】C 【解析】A．惯性只和质量有关，质量不变，惯性不变，故A不符合题意； B．由图可知，经过最高点后该同学做曲线运动，说明在最高点时速度方向与力的方向不在同一直线上，仍具有水平方向的速度，说明在最高点时动能不为0，故B不符合题意； C．经过最高点时，高度最高，重力势能最大，故C符合题意； D．由可知，起跳后质量不变，g不变，所以所受重力不变，且不为零，故D不符合题意。 故选C。 【变式2-3】疫情防控期间，某社区用无人机进行消毒。无人机在喷洒消毒液，水平匀速飞行的过程中，它的动能 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。 【答案】变小 【解析】影响动能的因素有两个，一是物质的质量，二是物体运动的速度，当无人机在喷洒消毒液，水平匀速飞行的过程中，质量变小，运动速度不变，故它的动能变小。 【变式2-4】如图所示，熟透了的苹果从树上落下，在加速下落过程中，苹果的动能 （选填“增加”“减少”或“不变”）。 【答案】增加 【解析】动能大小与质量和速度有关。熟透了的苹果从树上落下，在加速下落过程中，苹果的质量不变，速度变大，则动能变大。 【角度3】探究动能大小的影响因素 【典例3】小明在“探究物体的动能大小跟哪些因素有关”的实验中，选用质量不同的两个钢球m和M（M的质量大于m），使它们分别从不同的高度h和（）由静止开始运动，观察纸盒被撞击后移动的距离，实验过程如下图所示； (1)小明通过观察纸盒移动的距离长短，来判断小球动能的大小，这里他利用的研究方法是 （选填“控制变量法”或“转换法”）；若水平面绝对光滑，本实验将 （选填“能”或“不能”）达到探究目的； (2)由甲、乙两图，可得到的实验结论是： ； (3)小明根据甲、丙两图得出结论：物体的动能大小与质量有关；他的做法是 （选填“正确”或“错误”）的。 【答案】(1) 转换法 不能 (2)物体的动能大小与速度有关 (3)正确 【解析】（1）[1]实验中通过观察木块移动的距离长短，来判断小球动能的大小，这里用到的物理学研究问题的方法是转换法。 [2]若水平面绝对光滑，则木块运动时不受摩擦力作用，撞击后将保持匀速直线运动，不能通过木块移动的距离长短来判断小球动能的大小，所以本实验将不能达到探究目的。 （2）由甲、乙图可知，小球的质量相同，小球从同一斜面的不同高度由静止滑下，到达斜面底部时的速度不同，撞击木块后木块移动的距离不同，说明小球的动能不同，所以得出的实验结论为：物体的动能大小与速度有关。 （3）要探究物体动能与质量的关系，需要控制物体到达水平面时的速度相同，即不同质量的小球从同一高度由静止滑下，由于甲、丙两图让质量不同的小球从同一高度滚下，即控制小球的速度相同，所以小明的做法正确。 【变式3-1】在探究“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验中，让a、b的两个小球分别从同一斜面上由静止滚下，小球撞击放在水平木板上的同一木块，使木块滑动，虚线位置为木块滑动一段距离后停止的位置。 (1)由甲、乙两图可以得到的结论是： ； (2)根据乙图和丙图实验可知，撞击木块时，a球和b球动能的大小， （选填“a球大”“b球大”“一样大”或“无法比较”）； (3)小明同学根据乙图和丙图实验，判断出b小球质量更大，他判断的理由是： 。 【答案】(1)同一个小球速度越大，动能越大。 (2)b球大 (3)b球撞击木块时速度小，动能却更大，故其质量更大。 【解析】（1）由甲乙两图可知其他条件都相同时，小球从越高处滚下时，到达底部的速度越大，因而它对木块的撞击作用也更强，说明同一物体速度越大，动能越大。 （2）由乙丙两图可以看出球b撞击木块的距离更远，所做的功更多，故b球的动能更大。 （3）根据乙丙两图，b球到达水平面时动能更大，但因为初始时高度较低，到达水平面时速度较小，故其质量更大。 【角度4】探究重力势能的影响因素 【典例4】同学们利用沙子、小桌、重物、透明的箱子等进行实验探究。如下图所示，把小桌放在透明的沙箱中，让重物从高处落下撞击小桌，观察桌腿陷入沙子的深度，探究物体重力势能的大小与哪些因素有关。 (1)实验探究的是 （选填“重物”或“小桌”）的重力势能； (2)通过实验，发现同一个重物从不同高度落下，高度越高，能够对外做的功越 ，说明它的重力势能越 ； (3)若要探究物体重力势能与质量的关系，应换用质量不同的重物，让它们从 高度落下，观察桌腿陷入沙子的深度。 【答案】(1)重物 (2) 多 大 (3)相同 【解析】（1）实验中，重物从高处落下撞击小桌，通过小桌下陷的深度反映重物重力势能的大小。因此实验探究的是重物的重力势能。 （2）[1][2]同一个重物的质量不变，从不同高度落下，高度越高，能够对外做的功越多，小桌下陷的深度越深，说明它的重力势能越大。 （3）根据控制变量法，若要探究物体重力势能与质量的关系，应换用质量不同的重物，控制高度相同，所以让它们从相同高度落下，观察桌腿陷入沙子的深度。 【变式4-1】如图所示，是小明“探究重力势能大小跟哪些因素有关”的实验，图中物体质量的关系：mA=mB<mC，物体被举的高度关系hA=hC<hB，木桩开始时高度相同。 (1)实验过程中，小明通过观察 来比较物体重力势能的大小（选填“物体下降速度”或“木桩陷入沙中深度”）；本实验用到两种实验探究方法，分别是控制变量法和 ； (2)分析图中 （选填“甲”“乙”或“丙”）两次实验可以得到的实验结论是：质量相同时，物体被举的越高，重力势能越大； (3)物体B在下落过程中， 转化为 （选填“弹性势能”、“重力势能”或“动能”）。 【答案】(1) 木桩陷入沙中深度 转换法 (2)甲、乙 (3) 重力势能 动能 【解析】（1）[1]实验中我们通过观察木桩陷入沙坑的深度，来比较重力势能的大小，凹陷越深重力势能越大。 [2]“探究重力势能大小跟哪些因素有关”的实验中，运用转换法，通过观察木桩陷入沙中深度来比较物体重力势能的大小，因此该实验中运用了控制变量法和转换法。 （2）探究重力势能与高度的关系时，需要控制物体的质量相同，物体所处的高度不同，因此选用甲、乙两次实验。 （3）[1][2]物体B在下落过程中，质量不变，高度降低，重力势能减小，速度增加，动能增加，该过程中将重力势能转化为动能。 【角度5】弹性势能 【典例5】如图是巴黎奥运会女子撑杆跳高决赛过程，下列有关说法不正确的是（　　） A．撑杆时手握杆的上部，是利用力的作用效果与力的作用点有关 B．加速助跑阶段，运动员机械能增大 C．在撑杆恢复原状的过程中，撑杆的弹性势能不断变小 D．运动员运动到最高点时，受到平衡力作用，此瞬间她的动能为零 【答案】D 【解析】A．力的作用效果跟力的大小、方向和作用点有关，撑杆时手握杆的上部，是利用力的作用效果与力的作用点有关，故A正确，不符合题意； B．在加速助跑阶段，运动员的质量不变，速度变大，动能增加，机械能增大，故B正确，不符合题意； C．在撑杆恢复原状的过程中，形变量减小，则撑杆的弹性势能不断变小，故C正确，不符合题意； D．李玲运动到最高点时，只受重力的作用，受力不平衡。运动员由于惯性，仍具有水平方向的速度，此瞬间她的动能不为0，故D错误，符合题意。 故选D。 【变式5-1】下列物体中不具有弹性势能的是（　　） A．形变的蹦床 B．拉开的弓 C．压弯的撑杆 D．自然长度的弹簧 【答案】D 【解析】A．形变的蹦床发生了弹性形变，所以具有弹性势能，故A不符合题意； B．拉开的弓发生弹性形变，具有弹性势能，故B不符合题意； C．被撑杆跳运动员压弯的撑杆发生了弹性形变，所以具有弹性势能，故C不符合题意； D．被压紧或拉伸的弹簧发生了弹性形变，才具有弹性势能；自然长度的弹簧没有发生弹性形变，不具有弹性势能，故D符合题意。 故选 D。 【变式5-2】如图所示的是玩弹弓的情景。经验表明，橡皮筋拉得越长，同样的“子弹”射得越远，说明橡皮筋的弹性势能与其发生 有关；若橡皮筋被拉得同样长，所用“子弹”的质量不同，则“子弹”射出时的速度 （选填“相同”或“不相同”）。 【答案】 弹性形变的程度 不相同 【解析】[1]弹性势能是发生弹性形变具有的能，橡皮筋拉得越长，弹性形变量越大，同样的“子弹”射得越远，表明对子弹所做功越多，说明橡皮筋的弹性势能与其发生弹性形变的程度有关。 [2]若橡皮筋被拉得同样长，子弹射出时对子弹所做的功相同，即子弹的动能相同，所用“子弹”的质量不同，则“子弹”射出时的速度不相同。 【基础强化】 1．下列关于功、功率和机械效率的说法中，正确的是（    ） A．做功少的物体，做功一定越快 B．做功多的物体，效率也一定越高 C．做功越快的物体，功率一定越大 D．物体具有的能量越多，它做的功就越多 【答案】C 【解析】A．做功少的物体，做功时间未知，做功不一定越快，故A错误； B．做功多的物体，有用功在总功中的比例不一定高，效率不一定越高，故B错误； C．功率是表示做功快慢的物理量，做功越快的物体，功率一定越大，故C正确； D．物体具有的能量越多，它能够做的功就越多，但是不一定对外做功多，故D错误。 故选C。 2．关于能的概念，下列说法中正确的是（　　） A．速度大的物体动能一定大 B．静止的物体没有机械能 C．质量一定的物体，速度越大，动能越大 D．没有做功的物体不具有能量 【答案】C 【解析】A．动能的大小除了跟速度大小有关外，还跟物体的质量有关，所以速度大的物体动能不一定大，故A错误； B．静止的物体可以存在势能，势能属于机械能，故B错误； C．动能的大小除了跟速度大小有关外，还跟物体的质量有关，质量一定的物体，速度越大，动能越大，故C正确； D．一切物体都具有能量，故D错误。 故选C。 3．射箭有悠久的历史，最初用于打猎和战争。如图所示为人拉弓射箭的示意图，下列说法正确的是（　　） A．射箭时，弓弦被拉弯，弓弦具有动能 B．射箭时，弓弦被拉弯，搭在弓弦上的箭具有弹性势能 C．箭离弦的过程中，弓弦的弹性势能转化为箭的动能 D．箭离弦后下落过程中，箭的动能转化为箭的重力势能 【答案】C 【解析】AB．射箭时，被拉弯的弓由于发生弹性形变具有弹性势能，弓上的箭没有弹性势能，故AB错误； C．箭离弦的过程中，弓弦的弹性形变程度减小，弓弦的弹性势能减小，箭的速度变大，箭的动能变大，弓弦的弹性势能转化为箭的动能，故C正确； D．箭离弦后下落过程中，箭的质量不变，高度减小，重力势能减小，速度增大，动能增大，箭的重力能转化为它的动能，故D错误。 故选C。 4．一个物体对其他物体能够做功，我们就说这个物体具有 。 【答案】能量 【解析】如果一个物体能对其他物体做功，我们就说这个物体具有能量，简称能，物体做功的过程就是能的转化或转移的过程。 5．为了提高环境质量，无锡经常有喷雾车在街道上喷洒水雾。喷雾车工作时以较小的速度匀速直线行驶，此过程中喷雾车的动能 （选填“变大”、“变小”或“不变”，下同），喷雾车的机械能 。 【答案】 变小 变小 【解析】[1]该车在水平路面匀速直线行驶时，向高空喷洒水雾，在此过程中车的质量减小，速度不变，则动能变小。 [2]由于喷雾车的质量减小，喷雾车的重力重力势能减小，机械能为动能和势能的总和，则喷雾车的机械能减小。 6．质量较大的老鹰和质量较小的燕子在天空中自由飞翔。如果它们的动能相同，则 飞行的速度较大；如果它们飞行的高度相同，则 的重力势能较大。 【答案】 燕子 老鹰 【解析】[1]动能与质量和速度有关，物体的速度越大，质量越大，则动能越大。老鹰与燕子动能相等，老鹰的质量大，燕子的质量小，所以燕子的速度较快。 [2]高度相同时，物体的质量越大，重力势能越大。老鹰的质量大于燕子的质量，高度相同，则老鹰的重力势能较大。 7．熟透了的苹果从树上落下，在加速下落的过程中，苹果的动能 ，重力势能 。（均选填“增加”“减少”或“不变”） 【答案】 增加 减少 【解析】[1]动能大小与质量和速度有关，熟透了的苹果从树上落下，在加速下落过程中，苹果的质量不变，速度变大，则动能变大。 [2]重力势能的大小与质量和高度有关，高度减小，质量不变，则重力势能减少。 8．如图所示的是我国古代的一种攻击武器——床弩。被拉弯的弩弦具有 能，射出的箭斜向上运动时动能转化为 能。 【答案】 弹性势 重力势 【解析】[1][2]拉弯的弓，发生了弹性形变，从而具有了弹性势能。射出的箭斜向上运动时，箭的质量不变，高度变大，重力势能变大，速度变小，动能变小，是动能转化重力势能。 【素养提升】 1．如图甲所示是“探究物体的动能与哪些因素有关”的实验，让小球从同一斜面由静止开始滚下，推动同一木块在水平面向前移动一段距离后停下。 (1)实验中，小球的动能是由 能转化来的； (2)图甲中（a）、（c）实验让小球从斜面的相同高度下滑，目的是 ； (3)图甲中（b）、（c）实验无法探究动能和速度的关系，理由是 ； (4)如图乙所示，若将质量为m的小球从一光滑轨道OAB的O点自由滚下，依次经过A、B两点到达C点（忽略空气阻力），设A、B两点的机械能分别为EA和EB，则EA和EB的大小关系是EA EB。当小球从B点运动到最高点C时，假设小球所受的外力全部消失，则小球将沿 （选填“a”、“b”或“c”）轨迹运动。 【答案】(1)重力势 (2)小球到达水平面速度相同 (3)没有控制质量相同 (4) = a 【解析】（1）小球下滑过程中，高度降低，重力势能减小，速度加快，动能增加，小球的动能是由重力势能转化来的。 （2）使质量不同的小球从斜面的同一高度由静止滚下，目的使小球到达水平面的速度相同。 （3）探究动能与速度的关系时，应控制质量相同，而（b）、（c）两实验没有控制质量相同，不能达到目的。 （4）[1]将小球从一光滑斜槽轨道（OAB）O点自由滚下（图乙），依次经过A、B两点到达C点（忽略空气阻力），设A、B两点的机械能分别为EA和EB，实验过程不存在能的损耗，则EA＝EB。 [2]当小球从B点做斜抛运动到达最高点C时，小球具有水平方向的速度，竖直方向速度为0，假设小球所受的外力全部消失，根据牛顿一定律可知，小球将沿a轨迹做匀速直线运动。 2．如图所示是某学习小组“探究物体的动能大小与哪些因素有关”的实验装置图，其中，。 (1)实验中，探究的动能是指______（填序号）； A．小球撞击木块后小球的动能 B．小球撞击木块后木块的动能 C．小球在斜面上的动能 D．小球到达水平面时的动能 (2)由甲、乙两图可知，使质量相同的小球从斜面上不同高度处自由滚下，是为了研究动能大小与 的关系。 【答案】(1)D (2)速度 【解析】（1）小球从斜面上滑下时，具有速度，故小球具有动能，小球推动木块做功，故探究的动能是小球到达水平面时的动能。 （2）使质量相同的小球从斜面上不同高度处自由滚下时，重力势能转化为动能，高度越高，重力势能越大，转化后的动能越大，故小球的速度越大，故探究的动能与速度的关系。 3．亲爱的同学，请你运用所学知识解答下列问题： (1)某校物理兴趣小组的同学要进行“估测自己上楼的功率”的实验，他们将从一楼走到三楼。 ①实验器材：体重计（磅秤）、秒表、 。 ②以下是小明设计的测量步骤，其中多余的是 （填字母）。 A．测出自己的质量m        B．测出楼梯的总长度L C．测出一楼到三楼的高度h    D．测出自己上楼所用的时间t E．算出上楼的功率P ③请你帮小明设计一个实验记录表格 。 (2)在探究“重力势能的大小与哪些因素有关”的实验中，重物A、B、C的质量关系为，木桩相同。木桩和重物的位置如图甲所示。重物静止释放后，木桩被打击陷入沙中的情形如图乙所示。 ①比较重物A、B将木桩打入沙中的深度，可判断重力势能的大小和 的关系。 ②根据图甲、乙所示的实验，我们 （选填“能”或“不能”）比较出图甲中重物B、C的重力势能的大小，理由是 。 【答案】(1) 卷尺 B 自己的质量 一楼到三楼的高度h/m 上楼所用的时间 上楼的功率 (2) 高度 能 两根木桩被打入沙中的深度相同，B、C两个重物的重力势能相等 【解析】（1）[1][2]估测自己上楼的功率，根据计算功率，因此需要测量的物理量有自己的质量m，一楼到三楼的高度h，自己上楼所用的时间t，因此需要的测量工具有体重计、秒表和卷尺，多余的步骤是B。 [3]表格重需要记录的数据有自己的质量m，一楼到三楼的高度h，自己上楼所用的时间t和最终算出的功率P，因此表格如下： 自己的质量 一楼到三楼的高度h/m 上楼所用的时间 上楼的功率 （2）[1]本实验通过木桩被打入沙中的深度来反映物体重力势能的大小，用到了转换法，由题意可知，A、B两物体质量相等，高度不同，因此探究的是重力势能与高度的关系，通过比较重物A、B将木桩打入沙中的深度不同，可判断重力势能的大小和高度的关系。 [2][3]由乙图可以看出重物B、C将两根木桩打入沙中的深度相同，所以可以判断出重物B、C的重力势能相等。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$