11.3 动能和势能-2024-2025学年八年级物理下学期精品讲义（知识梳理+考点精讲）（人教版2024）

11.3动能和势能 1.能通过实例从做功的角度描述能量，能说出能量与做功的关系，记住能的单位。(物理观念) 2.能利用实例或实验初步认识动能、势能的概念，并能运用其解释相关的现象。(物理观念) 3.能通过实验探究，了解动能、势能的大小跟哪些因素有关。(物理观念、科学探究）。 知识点一：能量 1．定义：物体能够对外做功，表示这个物体具有能量，简称为“能”。 2．物体能够做的功越多，表示这个物体能量越大。 3．物理意义：能量是表示物体做功本领大小的物理量。 4．单位：焦耳，简称焦，符号J。 5.能与功的区别与联系 区别 功是一个过程量，能是一个状态量 功是描述力对 物体作用过程中取得的成效的物理量，是相对于一个过程而言的；能是描述一个物体做功本领的物理量，是一个状态量 具有能量的物体不一定做功，而正在做功的物体一定具有能量 联系 功是能量变化的量度 【点拨】能够做功”与“做了功”的区别 物体“能够做功”与“做了功”是两个不同的概念。“能够做功”表示物体具有做功本领，与做不做功没关系；“做了功”表示结果，是物体对另一个物体施力并经过一段距离后取得了成效。 知识点二：动能 1．定义：物体由于运动而具有的能。一切运动的物体都具有动能。 2.实验探究：物体的动能跟哪些因素有关？ 提出问题 物体的动能跟哪些因素有关？ 猜想与假设 （1）“十次车祸九次快”，猜想动能可能与物体运动的速度有关； （2）同样速度的自行车和汽车，碰到行人后造成的伤害不同，猜想动能可能与物体的质量有关 设计实验与制订计划 用如图所示的装置探究钢球的动能与速度及质量的关系。实验中，通过换用不同质量的钢球来改变质量，让同一钢球从不同高度处滚下来改变速度。钢球动能的大小由木块被推动的距离远近来反映（转换法），木块被推动的越远，说明钢球的动能越大。 进行实验 （1）让同一钢球从斜面的不同高度处由静止开始滚下，推动木块移动，比较两次木块被推动距离的远近，如图甲、乙所示。 甲 乙 （2）换用质量不同的钢球，让它们从斜面的同一高度处由静止开始释放，滚下后推动木块移动，比较两次木块被推动距离的远近，如图丙、丁所示。 丙 丁 分析与论证 （1）同一钢球从不同高度处滚下，钢球碰撞木块时的速度不同。高度越高，钢球碰撞木块时速度越大，木块被推得越远，说明物体的动能与物体的速度有关； （2）不同钢球从同一高度处滚下，钢球碰撞木块时的速度相同。质量大的钢球将木块推得远，说明物体的动能与物体的质量有关。 实验结论 物体动能与物体的质量和运动的速度有关。质量相同的物体，运动速度越大，动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，动能越大。 3. 理解动能大小时应注意的问题 一切运动的物体都具有动能，物体的动能由物体质量和运动速度决定，在讨论物体动能大小时，必须同时分析两个因素。 知识点三：势能 1.重力势能概念：物体由于被举高而具有的能量，叫做重力势能。 2.重力势能大小与质量和高度有关。在质量一定时，高度越高，重力势能越大；在高度一定时，质量越大，重力势能越大。 3.弹性势能 （1）现象探究：物体发生弹性形变与做功 如图甲所示，弹弓上被拉长的橡皮筋存储了能量，能把“子弹”射出，且橡皮筋的弹性形变越大，“子弹”被射出的距离越远；如图乙所示，被压缩的弹簧存储了能量，能把小车弹开，且弹簧形变量越大，小车被弹开的距离越远。由此可知，发生弹簧形变的物体在恢复形变时可以对外做功，即发生弹性形变的物体具有能量。 甲 乙 （2）弹性势能的定义：物体由于发生弹性形变而具有的能叫做弹性势能。 （3）决定弹性势能大小的因素：物体弹性势能的大小与物体的弹性形变程度和物体本身的材料有关。对同一物体，弹性形变越大，弹性势能越大。 【点拨】弹性势能概念的理解 一个物体是否具有弹性势能，关键看该物体是否发生了弹性形变。若物体发生了弹性形变，则此物体具有弹性势能；若物体虽然发生了形变，但不是弹性形变，则没有弹性势能，如一捏就扁的的面团，就不具有弹性势能。 （4）弹性势能的应用 弹性势能的应用很广泛。如发条玩具，只要上紧玩具内的发条，松手后玩具就会再弹性势能的作用下动起来。 4.势能 重力势能与弹性势能是常见的两种势能。 5.动能和势能的异同点 概念 特点 决定因素 共同特点 动能 物体由于运动而具有的能 一切运动的物体都具有动能 质量、速度 具有能的物体都能够做功，三种形式的能单位都是焦耳（J） 势能 重力势能 物体由于受到重力并处在一定高度时所具有的能 一切受到重力且位于高处的物体都具有重力势能 质量、高度 弹性势能 物体由于发生弹性形变而具有的能 一切发生弹性形变的物体都具有弹性势能 弹性形变程度、材料 【拓展】势能和动能的相对性 1.物体所处的高度具有相对性，所以物体所具有的能也具有相对性。例如，放在书桌上课本，相当于地面来说有一定的高度，具有重力势能，而相对于桌面其高度为0，重力势能为0。 2.物体的运动速度大小与选取的参照物有关，即速度大小具有相对性，那么动能的大小也具有相对性。同一物体相对于不同参照物，动能一般是不同的。例如，疾驶的列车对乘客而言，桌面上放着的茶杯相对于乘客是静止的，对乘客无害，但是相对于列车外的行人，茶杯速度很大，动能很大，一旦掷出窗外砸到行人就会对行人造成严重的伤害。 【考点一：能量的概念】 1. 关于能量、功和功率说法错误的是（　　） A．能够做功的物体就一定具有能量 B．能量越大的物体做功越多，功率也越大 C．物体的功率越大表示其做功越快 D．有力作用在物体上且沿着力的方向上移动了一段距离，这个力就做了功 【答案】B 【详解】A．做功过程就是能量转化的过程，物体能够对外做功，就说物体具有能量，故A正确，不符合题意； B．能量越大的物体做功多，但不知道做功时间，做功不一定快，功率不一定大，故B错误，符合题意； C．功率表示物体做功的快慢，物体的功率越大，表示物体做功越快，故C正确，不符合题意； D．功等于力乘以力方向移动的距离，有力作用在物体上且沿着力的方向上移动了一段距离，这个力就做了功，故D正确，不符合题意。 故选B。 1-1下列关于功和能的关系的说法中，正确的是（　　） A．一个物体没有做功，它一定不具有能量 B．一个物体能够做的功越多，其动能一定越大 C．一个物体具有能量，说明它正在做功 D．一个物体能够做功，说明它具有能量 【答案】D 【详解】A．一个物体没有做功，可能具有能量，例如：静止在高处的苹果具有重力势能，故A错误；   B．物体能够做功，表示这个物体具有能量，能够做功越多，说明该物体具有的能量就越大，并不一定是动能越大，也有可能是重力势能，或其他形式的能，故B错误；   C．一个物体具有能量，说明它具有做功本领，但物体不一定做功，故C错误；   D．一个物体能够做功，具有做功的本领，说明它一定具有能，故D正确。   故选D。 1-2 关于能的概念，下列说法中正确的是（　　） A．一个物体能够做功，就说这个物体具有能 B．一个物体已做过的功越多，说明这个物体具有的能越多 C．一个物体做了功，说明这个物体具有能 D．用线悬挂着的小球，没有做功，所以没有能 【答案】A 【详解】A．由能量的概念可知，一个物体能够做功，就说明这个物体具有能量，简称能，故A正确； B． 物体能量我可以做更多的功，但一个物体已做的功越多，不能说明这个物体具有的能越多，故B错误； C．一个物体做了功，说明原来具有能量，但做功后不一定还具有能，故C错误； D．一用线悬挂着的小球，没有做功，但它有一定的高度，所以具有重力势能，故D错误。 故选A。 1-3下列说法正确的是（　　） A．具有能的物体一定在做功 B．具有能的物体一定做了功 C．具有能的物体一定能够做功 D．以上说法都正确 【答案】C 【解析】【详解】ABD．具有能的物体不一定正在做功，具有能的物体不一定做了功，比如：天花板上静止不动的吊灯具有重力势能，没有正在做功，也没有做了功，故ABD错误；C．一个物体能够对另一个物体做功，这个物体就具有能量，具有能的物体一定能够做功，故C正确。故选C。 【考点二：动能】 2. 下列选项中，具有动能的是（　　） A．滚动的足球 B．山上的石头 C．树上的小鸟 D．楼上听课的同学 【答案】A 【解答】解：A、滚动的足球，处于运动状态，具有动能；故A正确； B、山上的石头，静止在地面上，故没有动能；故B错误； C、树上的小鸟，处于静止状态，故不具有动能；故C错误； D、楼上听课的同学，由于处于静止状态，不具有动能；故D错误。 故选：A。 2-1. 体育课上，李华同学让铅球和足球在跑道上以相同的速度滚动，则（　　） A．铅球的动能大 B．足球的动能大 C．铅球、足球的动能一样大 D．无法比较 【答案】A 【解答】解：铅球和足球在跑道上的滚动速度相同，但铅球的质量大于足球的质量，所以铅球的动能大。 故选：A。 2-2. 在5月21日举行的长春市马拉松比赛中，运动员所穿跑鞋的底部有凹凸不平的花纹，这是为了 摩擦；临近终点加速冲刺时，运动员的惯性 ，动能 （均选填“增大”、“减小”或“不变”）。 【答案】 增大 不变 增大 【详解】[1]运动员所穿跑鞋的底部有凹凸不平的花纹，这是在压力一定时，通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦。 [2]临近终点加速冲刺时，运动员的质量不变，惯性不变。 [3]临近终点加速冲刺时，运动的质量不变，速度增大，动能增大。 2-3如图，为了无为市的环境卫生，定时有一辆在水平路面上匀速行驶的洒水车正在洒水作业，这辆车在作业过程中的动能 （选填“增大”、“减小”或“不变”）。 【答案】减小 【详解】一辆在水平路面上匀速行驶的洒水车正在洒水作业，洒水过程中质量在减小，速度不变，所以动能减小。 2-4如图，为了无为市的环境卫生，定时有一辆在水平路面上匀速行驶的洒水车正在洒水作业，这辆车在作业过程中的动能 （选填“增大”、“减小”或“不变”）。 【答案】减小 【详解】一辆在水平路面上匀速行驶的洒水车正在洒水作业，洒水过程中质量在减小，速度不变，所以动能减小。 【考点三：探究动能的影响因素】 3.近年来，渣土车因“多拉快跑”而引发的交通事故时有发生，引起了交通管理部门的高度重视。小彤设计了如图所示的实验来模拟汽车超速、超载带来的危害，通过电磁铁的控制，让质量分别为和（）的小钢球从圆弧轨道的一定高度（）由静止滚下，撞击水平面上的纸盒并将纸盒推动一段距离（实验中的圆弧轨道、水平面和纸盒均不变）。 （1）如图所示，该实验的研究对象是 （选填“钢球”或“纸盒”），分析甲、乙两图可知， （选填“甲”或“乙”），图中的小钢球在刚到达水平面时的速度更大； （2）比较甲、乙两图可得出的结论 ； （3）比较 两图可以模拟汽车超载带来的危害。 【答案】 钢球 乙 在质量一定时，速度越大，动能越大 乙、丙 【详解】（1）[1]如图所示，该实验的研究对象是小钢球，用纸盒移动距离来反映小钢球的能量大小，采用了转换法。 [2]由图可知，乙图中小球下落高度更高，小球的重力势能更大，更多的重力势能转化为动能，所以乙图中小钢球在刚到达水平面时的速度更大，纸盒被撞击后运动的距离更远。 （2）[3]由[2]可知，小球到达水平面时的速度越大，纸盒被撞击后移动的距离越远，故得出结论：在质量一定时，速度越大，动能越大，所以超速会带来危害。 （3）[4]由图乙、丙可知，两球下落高度相同，即两球到达水平面时的初速度相同，丙中小球质量更大，纸盒被撞击后移动的距离更远，可以用于模拟汽车超载带来的危害。 3-1.如图所示，在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中，让小钢球从高度为h的同一斜面上由静止开始滚下，推动同一小木块向前移动一段距离s后停下。完成甲、乙、丙所示的三次实验，其中，。    （1）小钢球在滚下斜面的过程中，它的动能 。（选填“变大”、“变小”或“不变”），其动能大小是通过 。（选填“高度h”或“距离s”）的大小来反映的，这种实验方法是 法； （2）分析比较甲、乙两组实验可得，物体质量相同时，速度越大，动能越 ； （3）分析比较 两组实验可得出物体的动能与质量的关系。 【答案】 变大 距离s 转换 大 甲和丙 【详解】（1）[1]小钢球在滚下斜面的过程中，高度越来越低，速度越来越大，重力势能转化为动能，所以动能增大。 [2][3]小钢球滚到水平面时，具有动能，对木块做功，动能越大，做功越多，木块移动的距离越大，所以动能大小是通过距离s的大小来反映的。这是转换法的应用。 （2）[4]甲、乙两组实验中，质量相同的小钢球从斜面的不同高度静止滚下，且h1>h2，则甲中小钢球到达水平面的速度大于乙中小钢球到达水平面的速度，甲中木块移动的距离比乙的大，由此可得：物体质量相同时，速度越大，动能越大。 （3）[5]要探究物体动能与质量的关系，需要让质量不同的小钢球从斜面的同一高度滚下，即小钢球到过水平面的速度相同，所以分析比较图甲和丙可达到探究目的。 3-2如图所示，某实验小组在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中，让小球从同一斜面某处由静止释放，并使木块向前移动一段距离后静止。 （1）实验中，探究的动能是指小球在 （选填“斜面上”“撞击木块时”或“撞击木块后”）所具有的动能，其大小是通过 来反映的； （2）分析 两图可知，当质量一定时，物体速度越大，动能越 ； （3）分析 两图实验现象，可以解释汽车超载行驶时危险性大的原因； （4）如果水平面绝对光滑，则本实验 （选填“能”或“不能”）达到探究的目的，理由是 。 【答案】 撞击木块时 木块移动的距离 甲、乙 大 甲、丙 不能 木块做匀速直线运动，无法测量移动的距离 【详解】（1）[1]根据题意可知，实验中小球从斜面上滚下撞击木块，所以探究的是小球撞击木块时的动能的大小。 [2]小球的动能大小是通过小木块移动的距离大小来反映的，这属于转换法的应用。 （2）[3][4]根据甲、乙两图可知，两球的质量相同，滚下的高度不同，高度越高，进入水平面时速度越大，木块移动的距离越远，则小球的动能越大，所以可得结论：当质量一定时，物体速度越大，动能越大。 （3）[5]为了探究物体动能的大小与质量的关系，需要控制速度相同，即小球滚下的高度相同，质量不同，故应选择甲、丙两图进行实验分析。 （4）[6][7]如果水平面绝对光滑，没有阻力作用，木块被撞击后将做匀速直线运动不会停下来，无法测量移动的距离，不能通过被撞击的距离来比较动能大小，则该实验就无法完成。 3-3小明同学做探究物体动能大小与哪些因素有关的实验，如图所示，第一次他将钢球从斜槽上的高 h 处由静止释放，在水平面上运动的钢球A 碰上木块B 后，能将B撞出一段距离s1。第二次让同一钢球从同一斜槽上的高1.5h处由静止释放，在水平面上运动的钢球A碰上木块B后 （第二次木块 B 碰撞前位置与第一次相同），能将B撞出一段距离S2。请结合本实验回答下列问题： （1）实验中通过 来反映钢球动能的大小； （2）在两次实验中，木块B移动时受到的摩擦力第一次为f1，第二次为f2，则f1 f2；（选填 “>”、“=”或“<”） （3）若两次木块B 被撞出的距离S1＜S2，则说明钢球的动能大小与钢球的 大小有关； （4）若想探究动能大小与质量是否有关，为了控制钢球速度相同，应将钢球从斜面上 释放。 【答案】 物块被撞击的距离 = 速度 同一高度 【详解】（1）[1]实验中通过物块被撞击的距离来反映钢球动能的大小，运用了转换法。 （2）[2]在两次实验中木块对水平面的压力不变，接触面的粗糙程度也不变，所以木块移动时受到的摩擦力不变，则。 （3）[3]两次是同一个钢球，所以质量相等，两次木块B 被撞出的距离S1＜S2，钢球下滑时的高度越高，具有的速度就越大，说明钢球的动能大小与钢球的速度大小有关。 （4）[4]探究动能大小与质量是否有关，需要控制钢球的质量不同，控制钢球速度相同，应将小球从斜面上同一高度释放，使钢球到达斜面底端的初速度相同。 【考点四：重力势能】 4. 如图所示，2023年5月28日，中国生产的C919大飞机（如图所示）实现了商业首飞，飞机在升空过程中，飞行员的重力势能 （选填“增大”、“不变”或“减小”）。飞机在空中飞行时，机翼上表面的空气流速大，压强 ，机翼的上下表面形成压力差，使飞机获得升力（选填“大”或“小”）。 【答案】 增大 小 【详解】[1]飞机上升过程中，质量不变，高度增加，故重力势能增大。 [2]根据流体压强与流速的关系：流速越大，压强越小；流速越小，压强越大；飞机在空中飞行时，机翼上表面的空气流速大，所以机翼上表面的压强就小。 4-1 我国颁布实施的《民法典》规定严禁高空抛物，这是由于高处的物体具有较大的 （填写一种能量形式的名称），因此高空抛物坠落往往会带来很大的社会危害。 【答案】重力势能 【详解】重力势能是指物体被举高而具有的能量，故高处的物体具有较大的重力势能。 4-2 如图所示，货架上放着ABCD四个体积相同的实心球，其中A和B为铝球，C和D为铁球，那么A和B两球相比较，　 　球的重力势能小；B和C两球相比较，做功本领更大的是 　 　球。（ρ铁＞ρ铝） 【答案】B；C 【解答】解：由于四个实心球的体积相同，A和B为铝球，C和D为铁球，ρ铝＜ρ铁，由m＝ρV可知，A、B两球的质量小于C、D两球的质量。A与B相比，质量相同，但A的高度更高，所以A球的重力势能大、B球的重力势能小； B与C相比，高度相同，C的质量更大，所以C球的重力势能大，故C球的做功本领更大。 故答案为：B；C。 【考点五：探究重力势能的影响因素】 5. 小明同学在体育活动中，从铅球下落陷入沙坑的深度情况受到启发，并产生了如下猜想。 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的下落高度有关。 猜想三：物体的重力势能与物体的运动路径有关。 为此小明设计了如图所示的实验。    用大小、形状相同的A、B、C、D四个金属小球，其中A、C、D三球的质量为m，B球质量为2m，让A、B两球从距沙表面高H处由静止下落，C球从距沙表面高2H处由静止下落，D球从距沙表面高2H处的光滑弯曲管道上端静止滑入，最后从管道下端竖直地落下。（球在光滑管道中运动时的能量损失不计）实验中测得A、B两球陷入沙中深度分别为和，C、D两球陷入沙中深度均为，且。 （1）本实验是通过观察 来判断重力势能大小的； （2）比较A、B两球，发现B球陷入沙中的深度更大，由此可得出的结论是 ； （3）为验证猜想二，应比较 两球，可得出结论，当物体质量相同时，下落的高度越高，物体的重力势能越大； （4）由B、C两球不能探究重力势能的大小与质量的关系，理由是 ； （5）比较C、D两球，发现两球运动的路径不同，但陷入沙中深度相同，由此可得出结论，物体的重力势能与物体运动的路径 （填“有关”或“无关”）； （6）实际情况下，管道还是粗糙的，摩擦力会导致小球D陷入沙子中的深度变小。在力学分析时，例如某一个力相对非常小，对物体运动状态影响不大时，物理学中经常采用忽略次要因素，建立理想模型的方法来研究问题。为了使管道对小球的摩擦力成为“次要因素”，除了使用更光滑的管道之外，本实验可以选用质量更 （填“大”或“小”）的小球进行实验。 【答案】 小球陷入沙中的深度 当下落高度一定时，物体的质量越大，重力势能越大 A、C 没有控制下落高度相同 无关 大 【详解】（1）[1]本实验中，根据转换法，小球重力势能的大小是通过小球陷入沙中的深度来反映的。 （2）[2]比较A、B两球，下落高度和运动路径相同，B球质量大于A球质量，发现B球陷入沙中的深度更大，由此可得出结论，当下落高度一定时，物体的质量越大，重力势能越大。 （3）[3]为验证猜想二，即研究重力势能与下落高度的关系，需要保持小球的质量和运动路径相同，改变下落的高度，由图可知应比较A、C两球。 （4）[4]研究物体重力势能与质量的关系时，需要保持物体下落高度和运动路径相同，改变物体的质量，而B、C两球下落的高度不同（即没有控制下落高度相同），所以不能研究物体重力势能与质量的关系。 （5）[5]比较C、D两球，两球的质量相同，下落高度也相同，而两球的运动路径不同，发现两球陷入沙中的深度相同，由此可得出结论，物体的重力势能与物体运动的路径无关。 （6）[6]为了使管道对铅球的摩擦力成为“次要因素”，可以使用更光滑的管道，除此之外，根据题意可知需要满足摩擦力比小球的重力小得多，所以还可以选用质量更大的小球进行实验。 5-1 某同学在探究“物体的重力势能与哪些因素有关”时，选用下列实验器材：一块厚泡沫，三个相同的铁钉，三个金属块m1、m2和m3（m1＝m2＜m3）。他做了如下实验：将铁钉插入泡沫的相同深度，分别将三个金属块由空中静止释放撞击铁钉，铁钉进入泡沫深度如图所示。 （1）金属块下落的过程中，将 　 　能转化为动能。实验中可以通过观察 　 　来比较金属块重力势能的大小。 （2）通过a、b两次实验可初步得出的结论是：在质量相同时，物体 　 　，重力势能越大。 （3）比较 　 　两次实验，说明金属块位置相同时，质量越大，金属块的重力势能越大。 【答案】（1）重力势；铁钉进入泡沫的深度；（2）被举得越高；（3）a、c。 【解答】解：（1）金属块下落的过程中质量不变，高度变小，速度变大，重力势能转化为动能；我们是通过观察比较铁钉进入泡沫的深度来间接比较金属块重力势能的大小，这是转换法的应用； （2）a、b中金属块的质量相同，高度不同，铁钉进入泡沫深度不同，故可得到的结论：在质量相同时，物体被举得越高，重力势能越大； （3）根据控制变量法可知，比较a、c两次实验，金属块高度相同时，质量越大，铁钉进入泡沫的深度，说明金属块的重力势能越大。 故答案为：（1）重力势；铁钉进入泡沫的深度；（2）被举得越高；（3）a、c。 【考点六：弹性势能】 6. 如图所示是小球刚接触弹簧到将弹簧压缩至最短的过程，这个过程中弹簧的弹性势能的变化情况是 ，要探究小球下落压缩弹簧时弹簧的最大压缩量与小球的质量的关系，需分别让质量不同的小球从 自由下落，压缩同一弹簧，并分别测出 通过比较，从而得出结论。 【答案】 变大 同一高度 弹簧的最大压缩量 【详解】（1）[1]由题意知，小球刚接触弹簧到将弹簧压缩至最短的过程中，弹簧的形变程度变大，弹簧的弹性势能变大。 （2）[2][3]要探究弹簧的最大压缩量与小球的质量的关系，采用控制变量法进行实验，即使用质量不同的小球，控制它们从同一高度自由下落，压缩同一弹簧，分别测出弹簧的最大压缩量进行比较。若最大压缩量不同，则说明最大压缩量与小球的质量有关，并得出最大压缩量与小球的质量的关系。 6-1 如图所示，运动员在射箭比赛时总是要把弓拉得很弯，其主要目的是（　　） A．增大箭的弹性势能 B．减小箭的动能 C．增大弓的弹性势能 D．使箭沿直线运动 【答案】C 【解答】解：物体的弹性形变程度越大，其弹性势能就越大；运动员在射箭比赛时总是要把弓拉得很弯，就是让弓的弹性形变程度增大，获得更大的弹性势能；题中只是说把弓拉得很弯，不能增大箭的弹性势能和弓的弹性，也无法使箭沿直线运动；故ABD错误，C正确。 故选：C。 6-2《天工开物》中写道：“凡弓弦取食柘叶蚕茧”，指出用多股蚕丝作为弓的弦，这是利用蚕丝的弹性好。拉弯的弓发生 　弹性形变　，对箭有弹力作用；放手后，弓恢复形变过程中，弓的 　弹性势　能转化为箭的 　动　能。 【答案】弹性形变；弹性势；动。 【解答】解：拉弯的弓发生弹性形变，对箭有弹力作用；放手后，弓恢复形变过程中，弓的弹性势能转化为箭的动能。 故答案为：弹性形变；弹性势；动。 6-3在探究弹性势能的大小跟哪些因素有关时，小明提出了如下猜想： 猜想一：弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有关； 猜想二：弹性势能的大小与弹簧的材料有关。 为此，小明选用材料不同的两根弹簧A和B（长度和粗细均相同）、小球（质量为m1）、木块和长刻度尺各一件，设计了如图所示的实验装置进行探究。实验中，木块起始位置相同。最后得出以下实验记录表。 实验次数 使用的弹簧 弹簧被压缩的长度 木块移动的距离 1 弹簧A 4 8 2 弹簧A 7 12 3 弹簧B 4 5 4 弹簧B 7 9 （1）由于弹性势能的大小不便用仪器测量，本实验中弹性势能的大小可以通过木块移动的距离来体现，这种研究方法叫 ； （2）为了探究猜想一，可选用实验次数1和2（或3和4）的数据进行比较分析，得出结论 ； （3）为了探究猜想二，可选用实验次数 的数据进行比较分析，说明弹性势能的大小与弹簧的材料有关； （4）在完成实验后，小明又找来一个质量为m2的小球（m1＞m2），用两小球在同一水平面上分别压缩同一根弹簧至相同位置后释放撞击同一木块，得到木块移动的距离分别为s1和s2，忽略小球自身摩擦和碰撞损失的能量对实验的影响。则s1和s2的大小关系为 。 【答案】 转换法 弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有关 1和3（或2和4） 【详解】（1）[1]弹性势能的大小是通过木块被弹开的远近来体现的，这种研究方法叫转换法。 （2）[2]根据实验次数1、2的数据可知弹簧相同，压缩的程度不同，小球被弹出后推动木块移动的距离不同，得出结论弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有关。 （3）[3]为了探究猜想二，必须控制弹簧被压缩程度相同，改变材料，可选用实验次数1和3（或2和4），木块被推动的距离不同说明弹性势能的大小与弹簧的材料有关。 （4）[4]因为压缩同一根弹簧至相同位置，所以弹簧的弹性势能相同，离开弹簧后小球具有的动能相同，所以木块移动的距离相同，即s1＝s2。 【考点7：动能和势能的相互转换】 7如图所示，完全相同的甲、乙两个小球，甲球由轻绳系住，乙球由橡皮条系住，都从水平位置由静止开始释放，当两球到达悬点正下方点时，橡皮条长度恰好与绳子长相等，则在点时两球的速度大小关系是（　　） A． B． C． D．无法确定 【答案】C 【详解】由题知，两球的质量相同，最初两球处于同一高度由静止开始释放，则两球的重力势能相等，下摆过程中，绳子不会伸长，而橡皮条会伸长，所以，可知小球达到正下方K点时，甲球的重力势能全部转化为动能，乙球的重力势能转化为动能和橡皮条的弹性势能，这样，在最低点时，甲球的动能大，其速度较大，即v甲＞v乙，故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 7-1 将一支内有弹簧的圆珠笔向下按压，放手后笔会向上弹起一定高度。下列关于该过程中能量变化的叙述，其中正确的是（　　） A．向下按笔的过程中，弹簧的弹性势能减小 B．向下按笔的过程中，笔的重力势能增大 C．笔向上弹起的过程中，笔的动能一直增大 D．笔向上弹起的过程中，笔的重力势能增大 【答案】D 【详解】A．向下按笔的过程中，弹簧的弹性形变程度变大，故其具有的弹性势能变大，故A错误； B．由于重力势能与质量、高度有关，所以向下按笔的过程中，笔的高度减小，故其重力势能减小，故B错误； C．笔向上弹起的过程中，笔的质量不变，速度先增大后减小，故笔的动能先增大后减小，故C错误； D．笔向上弹起的过程中，笔的质量不变，高度增加，故笔的重力势能增大，故D正确。 故选D。 7-2 2001年1月16日“神舟二号”无人飞船在环绕地球108圈顺利完成预定空间科学试验任务后，在内蒙古中部成功着陆。飞船穿越大气层时，若有一段为匀速降落过程，则在此过程中，飞船的（　　） A．动能减小，机械能增大 B．动能不变，机械能减小 C．动能增大，机械能减小 D．动能减小，机械能不变 【答案】B 【详解】飞船匀速降落过程中，质量不变，速度减小，高度降低，则动能不变，重力势能减小，机械能等于势能与动能之和，则机械能减小。 故选B。 7-3 如图是空军进行空中加油科目训练的情况，图中在同一高度匀速飞行的加油机正在给受油机加油。则加油过程中（　　） A．加油机的动能减小，重力势能减小 B．受油机的动能不变，重力势能不变 C．加油机的动能不变，重力势能不变 D．受油机的动能增加，重力势能减小 【答案】A 【解答】解：在同一高度匀速飞行的加油机正在给受油机加油，在加油的过程中，加油机的质量减小，速度不变，所以动能减小；由于质量减小，高度不变，所以重力势能减小，机械能减小。 在加油的过程中，受油机的质量增大，速度不变，所以动能增大；由于质量增大，高度不变，所以重力势能增大，机械能增大。 故BCD错误，A正确。 故选：A。 学科网（北京）股份有限公司 $$ 11.3动能和势能 1.能通过实例从做功的角度描述能量，能说出能量与做功的关系，记住能的单位。(物理观念) 2.能利用实例或实验初步认识动能、势能的概念，并能运用其解释相关的现象。(物理观念) 3.能通过实验探究，了解动能、势能的大小跟哪些因素有关。(物理观念、科学探究）。 知识点一：能量 1．定义：物体能够对外做功，表示这个物体具有能量，简称为“能”。 2．物体能够做的功越多，表示这个物体能量越大。 3．物理意义：能量是表示物体做功本领大小的物理量。 4．单位：焦耳，简称焦，符号J。 5.能与功的区别与联系 区别 功是一个过程量，能是一个状态量 功是描述力对 物体作用过程中取得的成效的物理量，是相对于一个过程而言的；能是描述一个物体做功本领的物理量，是一个状态量 具有能量的物体不一定做功，而正在做功的物体一定具有能量 联系 功是能量变化的量度 【点拨】能够做功”与“做了功”的区别 物体“能够做功”与“做了功”是两个不同的概念。“能够做功”表示物体具有做功本领，与做不做功没关系；“做了功”表示结果，是物体对另一个物体施力并经过一段距离后取得了成效。 知识点二：动能 1．定义：物体由于运动而具有的能。一切运动的物体都具有动能。 2.实验探究：物体的动能跟哪些因素有关？ 提出问题 物体的动能跟哪些因素有关？ 猜想与假设 （1）“十次车祸九次快”，猜想动能可能与物体运动的速度有关； （2）同样速度的自行车和汽车，碰到行人后造成的伤害不同，猜想动能可能与物体的质量有关 设计实验与制订计划 用如图所示的装置探究钢球的动能与速度及质量的关系。实验中，通过换用不同质量的钢球来改变质量，让同一钢球从不同高度处滚下来改变速度。钢球动能的大小由木块被推动的距离远近来反映（转换法），木块被推动的越远，说明钢球的动能越大。 进行实验 （1）让同一钢球从斜面的不同高度处由静止开始滚下，推动木块移动，比较两次木块被推动距离的远近，如图甲、乙所示。 甲 乙 （2）换用质量不同的钢球，让它们从斜面的同一高度处由静止开始释放，滚下后推动木块移动，比较两次木块被推动距离的远近，如图丙、丁所示。 丙 丁 分析与论证 （1）同一钢球从不同高度处滚下，钢球碰撞木块时的速度不同。高度越高，钢球碰撞木块时速度越大，木块被推得越远，说明物体的动能与物体的速度有关； （2）不同钢球从同一高度处滚下，钢球碰撞木块时的速度相同。质量大的钢球将木块推得远，说明物体的动能与物体的质量有关。 实验结论 物体动能与物体的质量和运动的速度有关。质量相同的物体，运动速度越大，动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，动能越大。 3. 理解动能大小时应注意的问题 一切运动的物体都具有动能，物体的动能由物体质量和运动速度决定，在讨论物体动能大小时，必须同时分析两个因素。 知识点三：势能 1.重力势能概念：物体由于，叫做重力势能。 2.重力势能大小与质量和高度有关。在质量一定时，高度越高，重力势能越大；在高度一定时，质量越大，重力势能越大。 3.弹性势能 （1）现象探究：物体发生弹性形变与做功 如图甲所示，弹弓上被拉长的橡皮筋存储了能量，能把“子弹”射出，且橡皮筋的弹性形变越大，“子弹”被射出的距离越远；如图乙所示，被压缩的弹簧存储了能量，能把小车弹开，且弹簧形变量越大，小车被弹开的距离越远。由此可知，发生弹簧形变的物体在恢复形变时可以对外做功，即发生弹性形变的物体具有能量。 甲 乙 （2）弹性势能的定义：物体由于发生弹性形变而具有的能叫做弹性势能。 （3）决定弹性势能大小的因素：物体弹性势能的大小与物体的弹性形变程度和物体本身的材料有关。对同一物体，弹性形变越大，弹性势能越大。 【点拨】弹性势能概念的理解 一个物体是否具有弹性势能，关键看该物体是否发生了弹性形变。若物体发生了弹性形变，则此物体具有弹性势能；若物体虽然发生了形变，但不是弹性形变，则没有弹性势能，如一捏就扁的的面团，就不具有弹性势能。 （4）弹性势能的应用 弹性势能的应用很广泛。如发条玩具，只要上紧玩具内的发条，松手后玩具就会再弹性势能的作用下动起来。 4.势能 重力势能与弹性势能是常见的两种势能。 5.动能和势能的异同点 概念 特点 决定因素 共同特点 动能 物体由于运动而具有的能 一切运动的物体都具有动能 质量、速度 具有能的物体都能够做功，三种形式的能单位都是焦耳（J） 势能 重力势能 物体由于受到重力并处在一定高度时所具有的能 一切受到重力且位于高处的物体都具有重力势能 质量、高度 弹性势能 物体由于发生弹性形变而具有的能 一切发生弹性形变的物体都具有弹性势能 弹性形变程度、材料 【拓展】势能和动能的相对性 1.物体所处的高度具有相对性，所以物体所具有的能也具有相对性。例如，放在书桌上课本，相当于地面来说有一定的高度，具有重力势能，而相对于桌面其高度为0，重力势能为0。 2.物体的运动速度大小与选取的参照物有关，即速度大小具有相对性，那么动能的大小也具有相对性。同一物体相对于不同参照物，动能一般是不同的。例如，疾驶的列车对乘客而言，桌面上放着的茶杯相对于乘客是静止的，对乘客无害，但是相对于列车外的行人，茶杯速度很大，动能很大，一旦掷出窗外砸到行人就会对行人造成严重的伤害。 【考点一：能量的概念】 1. 关于能量、功和功率说法错误的是（　　） A．能够做功的物体就一定具有能量 B．能量越大的物体做功越多，功率也越大 C．物体的功率越大表示其做功越快 D．有力作用在物体上且沿着力的方向上移动了一段距离，这个力就做了功 1-1下列关于功和能的关系的说法中，正确的是（　　） A．一个物体没有做功，它一定不具有能量 B．一个物体能够做的功越多，其动能一定越大 C．一个物体具有能量，说明它正在做功 D．一个物体能够做功，说明它具有能量 1-2 关于能的概念，下列说法中正确的是（　　） A．一个物体能够做功，就说这个物体具有能 B．一个物体已做过的功越多，说明这个物体具有的能越多 C．一个物体做了功，说明这个物体具有能 D．用线悬挂着的小球，没有做功，所以没有能 1-3下列说法正确的是（　　） A．具有能的物体一定在做功 B．具有能的物体一定做了功 C．具有能的物体一定能够做功 D．以上说法都正确 【考点二：动能】 2. 下列选项中，具有动能的是（　　） A．滚动的足球 B．山上的石头 C．树上的小鸟 D．楼上听课的同学 2-1. 体育课上，李华同学让铅球和足球在跑道上以相同的速度滚动，则（　　） A．铅球的动能大 B．足球的动能大 C．铅球、足球的动能一样大 D．无法比较 2-2. 在5月21日举行的长春市马拉松比赛中，运动员所穿跑鞋的底部有凹凸不平的花纹，这是为了 摩擦；临近终点加速冲刺时，运动员的惯性 ，动能 （均选填“增大”、“减小”或“不变”）。 2-3如图，为了无为市的环境卫生，定时有一辆在水平路面上匀速行驶的洒水车正在洒水作业，这辆车在作业过程中的动能 （选填“增大”、“减小”或“不变”）。 2-4如图，为了无为市的环境卫生，定时有一辆在水平路面上匀速行驶的洒水车正在洒水作业，这辆车在作业过程中的动能 （选填“增大”、“减小”或“不变”）。 【考点三：探究动能的影响因素】 3.近年来，渣土车因“多拉快跑”而引发的交通事故时有发生，引起了交通管理部门的高度重视。小彤设计了如图所示的实验来模拟汽车超速、超载带来的危害，通过电磁铁的控制，让质量分别为和（）的小钢球从圆弧轨道的一定高度（）由静止滚下，撞击水平面上的纸盒并将纸盒推动一段距离（实验中的圆弧轨道、水平面和纸盒均不变）。 （1）如图所示，该实验的研究对象是 （选填“钢球”或“纸盒”），分析甲、乙两图可知， （选填“甲”或“乙”），图中的小钢球在刚到达水平面时的速度更大； （2）比较甲、乙两图可得出的结论 ； （3）比较 两图可以模拟汽车超载带来的危害。 3-1.如图所示，在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中，让小钢球从高度为h的同一斜面上由静止开始滚下，推动同一小木块向前移动一段距离s后停下。完成甲、乙、丙所示的三次实验，其中，。    （1）小钢球在滚下斜面的过程中，它的动能 。（选填“变大”、“变小”或“不变”），其动能大小是通过 。（选填“高度h”或“距离s”）的大小来反映的，这种实验方法是 法； （2）分析比较甲、乙两组实验可得，物体质量相同时，速度越大，动能越 ； （3）分析比较 两组实验可得出物体的动能与质量的关系。 3-2如图所示，某实验小组在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中，让小球从同一斜面某处由静止释放，并使木块向前移动一段距离后静止。 （1）实验中，探究的动能是指小球在 （选填“斜面上”“撞击木块时”或“撞击木块后”）所具有的动能，其大小是通过 来反映的； （2）分析 两图可知，当质量一定时，物体速度越大，动能越 ； （3）分析 两图实验现象，可以解释汽车超载行驶时危险性大的原因； （4）如果水平面绝对光滑，则本实验 （选填“能”或“不能”）达到探究的目的，理由是 。 3-3小明同学做探究物体动能大小与哪些因素有关的实验，如图所示，第一次他将钢球从斜槽上的高 h 处由静止释放，在水平面上运动的钢球A 碰上木块B 后，能将B撞出一段距离s1。第二次让同一钢球从同一斜槽上的高1.5h处由静止释放，在水平面上运动的钢球A碰上木块B后 （第二次木块 B 碰撞前位置与第一次相同），能将B撞出一段距离S2。请结合本实验回答下列问题： （1）实验中通过 来反映钢球动能的大小； （2）在两次实验中，木块B移动时受到的摩擦力第一次为f1，第二次为f2，则f1 f2；（选填 “>”、“=”或“<”） （3）若两次木块B 被撞出的距离S1＜S2，则说明钢球的动能大小与钢球的 大小有关； （4）若想探究动能大小与质量是否有关，为了控制钢球速度相同，应将钢球从斜面上 释放。 【考点四：重力势能】 4. 如图所示，2023年5月28日，中国生产的C919大飞机（如图所示）实现了商业首飞，飞机在升空过程中，飞行员的重力势能 （选填“增大”、“不变”或“减小”）。飞机在空中飞行时，机翼上表面的空气流速大，压强 ，机翼的上下表面形成压力差，使飞机获得升力（选填“大”或“小”）。 4-1 我国颁布实施的《民法典》规定严禁高空抛物，这是由于高处的物体具有较大的 （填写一种能量形式的名称），因此高空抛物坠落往往会带来很大的社会危害。 4-2 如图所示，货架上放着ABCD四个体积相同的实心球，其中A和B为铝球，C和D为铁球，那么A和B两球相比较，　 　球的重力势能小；B和C两球相比较，做功本领更大的是 　 　球。（ρ铁＞ρ铝） 【考点五：探究重力势能的影响因素】 5. 小明同学在体育活动中，从铅球下落陷入沙坑的深度情况受到启发，并产生了如下猜想。 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的下落高度有关。 猜想三：物体的重力势能与物体的运动路径有关。 为此小明设计了如图所示的实验。    用大小、形状相同的A、B、C、D四个金属小球，其中A、C、D三球的质量为m，B球质量为2m，让A、B两球从距沙表面高H处由静止下落，C球从距沙表面高2H处由静止下落，D球从距沙表面高2H处的光滑弯曲管道上端静止滑入，最后从管道下端竖直地落下。（球在光滑管道中运动时的能量损失不计）实验中测得A、B两球陷入沙中深度分别为和，C、D两球陷入沙中深度均为，且。 （1）本实验是通过观察 来判断重力势能大小的； （2）比较A、B两球，发现B球陷入沙中的深度更大，由此可得出的结论是 ； （3）为验证猜想二，应比较 两球，可得出结论，当物体质量相同时，下落的高度越高，物体的重力势能越大； （4）由B、C两球不能探究重力势能的大小与质量的关系，理由是 ； （5）比较C、D两球，发现两球运动的路径不同，但陷入沙中深度相同，由此可得出结论，物体的重力势能与物体运动的路径 （填“有关”或“无关”）； （6）实际情况下，管道还是粗糙的，摩擦力会导致小球D陷入沙子中的深度变小。在力学分析时，例如某一个力相对非常小，对物体运动状态影响不大时，物理学中经常采用忽略次要因素，建立理想模型的方法来研究问题。为了使管道对小球的摩擦力成为“次要因素”，除了使用更光滑的管道之外，本实验可以选用质量更 （填“大”或“小”）的小球进行实验。 5-1 某同学在探究“物体的重力势能与哪些因素有关”时，选用下列实验器材：一块厚泡沫，三个相同的铁钉，三个金属块m1、m2和m3（m1＝m2＜m3）。他做了如下实验：将铁钉插入泡沫的相同深度，分别将三个金属块由空中静止释放撞击铁钉，铁钉进入泡沫深度如图所示。 （1）金属块下落的过程中，将 　 　能转化为动能。实验中可以通过观察 　 　来比较金属块重力势能的大小。 （2）通过a、b两次实验可初步得出的结论是：在质量相同时，物体 　 　，重力势能越大。 （3）比较 　 　两次实验，说明金属块位置相同时，质量越大，金属块的重力势能越大。 【考点六：弹性势能】 6. 如图所示是小球刚接触弹簧到将弹簧压缩至最短的过程，这个过程中弹簧的弹性势能的变化情况是 ，要探究小球下落压缩弹簧时弹簧的最大压缩量与小球的质量的关系，需分别让质量不同的小球从 自由下落，压缩同一弹簧，并分别测出 通过比较，从而得出结论。 6-1 如图所示，运动员在射箭比赛时总是要把弓拉得很弯，其主要目的是（　　） A．增大箭的弹性势能 B．减小箭的动能 C．增大弓的弹性势能 D．使箭沿直线运动 6-2《天工开物》中写道：“凡弓弦取食柘叶蚕茧”，指出用多股蚕丝作为弓的弦，这是利用蚕丝的弹性好。拉弯的弓发生 　 　，对箭有弹力作用；放手后，弓恢复形变过程中，弓的 　 　能转化为箭的 　 　能。 6-3在探究弹性势能的大小跟哪些因素有关时，小明提出了如下猜想： 猜想一：弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有关； 猜想二：弹性势能的大小与弹簧的材料有关。 为此，小明选用材料不同的两根弹簧A和B（长度和粗细均相同）、小球（质量为m1）、木块和长刻度尺各一件，设计了如图所示的实验装置进行探究。实验中，木块起始位置相同。最后得出以下实验记录表。 实验次数 使用的弹簧 弹簧被压缩的长度 木块移动的距离 1 弹簧A 4 8 2 弹簧A 7 12 3 弹簧B 4 5 4 弹簧B 7 9 （1）由于弹性势能的大小不便用仪器测量，本实验中弹性势能的大小可以通过木块移动的距离来体现，这种研究方法叫 ； （2）为了探究猜想一，可选用实验次数1和2（或3和4）的数据进行比较分析，得出结论 ； （3）为了探究猜想二，可选用实验次数 的数据进行比较分析，说明弹性势能的大小与弹簧的材料有关； （4）在完成实验后，小明又找来一个质量为m2的小球（m1＞m2），用两小球在同一水平面上分别压缩同一根弹簧至相同位置后释放撞击同一木块，得到木块移动的距离分别为s1和s2，忽略小球自身摩擦和碰撞损失的能量对实验的影响。则s1和s2的大小关系为 。 【考点7：动能和势能的相互转换】 7如图所示，完全相同的甲、乙两个小球，甲球由轻绳系住，乙球由橡皮条系住，都从水平位置由静止开始释放，当两球到达悬点正下方点时，橡皮条长度恰好与绳子长相等，则在点时两球的速度大小关系是（　　） A． B． C． D．无法确定 7-1 将一支内有弹簧的圆珠笔向下按压，放手后笔会向上弹起一定高度。下列关于该过程中能量变化的叙述，其中正确的是（　　） A．向下按笔的过程中，弹簧的弹性势能减小 B．向下按笔的过程中，笔的重力势能增大 C．笔向上弹起的过程中，笔的动能一直增大 D．笔向上弹起的过程中，笔的重力势能增大 7-2 2001年1月16日“神舟二号”无人飞船在环绕地球108圈顺利完成预定空间科学试验任务后，在内蒙古中部成功着陆。飞船穿越大气层时，若有一段为匀速降落过程，则在此过程中，飞船的（　　） A．动能减小，机械能增大 B．动能不变，机械能减小 C．动能增大，机械能减小 D．动能减小，机械能不变 7-3 如图是空军进行空中加油科目训练的情况，图中在同一高度匀速飞行的加油机正在给受油机加油。则加油过程中（　　） A．加油机的动能减小，重力势能减小 B．受油机的动能不变，重力势能不变 C．加油机的动能不变，重力势能不变 D．受油机的动能增加，重力势能减小 学科网（北京）股份有限公司 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