11.3 动能和势能（讲义）--【大单元教学】2024-2025学年八年级物理下册同步备课系列（人教版2024）

【八年级物理大单元设计】 11.3 动能和势能 目录 【学习目标】 2 【思维导图】 2 【知识梳理】 2 知识点1：能量 2 知识点2：动能 3 知识点3：势能 5 【课堂练习】 9 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1：能量 1.现象探究：什么情况下能够做功 现象 海啸冲击建筑物 被拉弯的弓能将箭射出去 举高的重锤能将木柱打进土里 分析 流动的水对建筑物做了功 弓对箭做了功 重锤对木桩做了功 归纳 物体都对外做了功 2.能量的概念及单位 （1）物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量，简称能。 （2）能量的单位与功的单位相同，在国际单位制中，能量的单位是焦耳（J）。 3.对能的理解 （1）能量是表示物体做功本领的物理量。 （2）物体做功过程实质上是能量转化或转移的过程，物体能够做功越多，表示这个物体所具有的能量越大。 4.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 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。 【典例1】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 知识点2：动能 1. 现象探究：运动的物体是否具有能？ 现象 分析 归纳 风吹着帆船移动 空气在流动的过程中对帆做功 风、流动的河水和飞行的子弹都能做功，它们都具有能量，分析这些物体的共同特点可知，这些物体都是由于运动而具有能量 河水把砂石冲走 水在流动过程中对砂石做功 子弹射穿鸡蛋 子弹在运动过程中对鸡蛋做功 2. 动能 物体由于运动而具有的能叫做动能。一切运动的物体都具有动能。例如，空中飞行的小鸟、行驶的汽车、流动的水等。 叙述动能的定义时，只能说“物体由于运动而具有的能”，不能说“运动的物体具有的能”，因为运动的物体除了具有动能外，还可能具有其他形式的能，如高空飞行的飞机除了具有动能外，还具有重力势能和内能等。 3. 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。 4. 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。 【典例2】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。 知识点3：势能 1. 重力势能 （1）现象探究：位于高处的物体具有能量与做功 现象 分析 归纳 从高空落下的陨石把地面砸出一个大坑 陨石对地面做了功，说明从高空落下的陨石具有能量 位于高处的物体下落时可以做功，表明位于高处的物体具有能量 水一直从高处往下滴，时间长了能把石头滴穿 位于高处的水滴对石头做功，说明高处的水滴具有能量 从高处落下的铅球落在沙地中能砸出坑 铅球对沙地做了功，说明从高处落下的铅球具有能量 （2）重力势能：在地球表面附近，物体由于受到重力并处在一定高度时所具有的能，叫做重力势能。 （3）实验探究：影响重力势能大小的因素 提出问题 重力势能的大小与哪些因素有关？ 猜想与假设 （1）生活中手机从几厘米高处跌落一般不会损坏，但从几米高处跌落，一般会造成较严重的损坏，由此猜想，重力势能的大小可能与高度有关； （2）下冰雹时，重冰雹比轻冰雹造成的危害大得多，由此猜想，重力势能的大小可能与物体的质量有关 设计实验与制订计划 将小方桌放置在沙箱中铺平的沙面上，让物体从某一高度自由下落撞击小方桌，小方桌下陷越深，说明下落的物体能够做的功越多（转换法），即物体具有的重力势能越大。改变同一物体下落的高度，或从同一高度释放不同质量的物体，比较物体对小方桌做功的多少。 进行实验 （1）让同一物体从不同高度处自由下落撞击小方桌，如图（b）、（c）所示。 （2）让不同物体从同一高度处自由下落撞击小方桌，如图（c）、（d）所示。 实验现象 （1）同一物体下落时的高度越高，小方桌下陷得越深。 （2）从同一高度下落时，质量大的物体比质量小的物体使小方桌下陷得更深。 分析与论证 （1）质量相等时，较高处物体使小方桌下陷的深度大，说明质量相等时，高度大的物体重力势能大； （2）高度相等时，质量大的物体使小方桌下陷的深度大，说明同一高度，质量大物体的重力势能大。 实验结论 同一高度，物体的质量越大，重力势能越大；同一质量物体，高度越大，物体的重力势能越大。 【典例3】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。 2.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。 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。 【典例4】同学们所用的笔，有些在靠近笔端的地方装有一个轻质弹簧（如图甲所示）。小文和小军各自拿自己装有弹簧的笔玩弹笔游戏，结果发现小军的笔弹得高一些，小文分析：笔弹起的高度与笔内弹簧的弹性势能的大小有关，那么弹簧弹性势能的大小又跟什么因素有关呢？小文提出如下猜想。 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； 猜想三：弹性势能的大小与弹簧的长度有关； 猜想四：弹性势能的大小与弹簧的粗细有关。 （1）为验证猜想一，他设计了如图乙、丙所示实验，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，分析比较 ，从而比较弹性势能的大小； （2）为验证猜想二，需选用 的两根弹簧，实验时将两根弹簧压缩 （选填“相同”或“不同”）的长度，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，对数据进行比较分析时，若 ，说明弹性势能的大小与弹簧的材料有关； （3）若水平面绝对光滑，本实验将 （选填“能”或“不能”）达到探究目的。 3.势能 重力势能与弹性势能是常见的两种势能。 4.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 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。 【变式5-2】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 故选B。 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 2．如图所示，一辆在水平路面上匀速行驶的洒水车正在洒水作业，则它的（　　） A．动能减小，重力势能减小 B．动能减小，重力势能增大 C．动能不变，重力势能减小 D．动能不变，重力势能不变 3．如图所示用力F将小球压至D点弹簧始终处于弹性限度内，撤去力F后，小球从静止开始向上运动，到达C位置时小球所受弹力大小等于重力，B位置是弹簧自身长度的位置，A位置是小球到达的最高点，整个过程不计空气阻力，下列说法中正确的是（　　）          A．在A位置小球不受力 B．在B位置小球处于平衡状态 C．从B到C位置过程中小球重力做功越来越快 D．从D到A位置过程中小球的动能先减小再增大后不变 4．下列选项能够表明被举高的物体具有能量的是（　　） A．打桩机能将桩打入地下 B．人被形变的撑杆弹起来 C．人被弯曲的跳板弹起来 D．箭被拉开的弓射出去 5．下列物体既具有动能又具有重力势能的是（　　） A．在空中飞行的子弹 B．被压缩的弹簧 C．水平地面上行驶的汽车 D．高山上的石头 6．如图所示为人拉弓射箭的示意图，下列说法正确的是（　　） A．在弹性限度内，弓弦拉得越弯，弓弦的弹性势能越大 B．弓弦张紧时，放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弓弦的重力势能 D．箭离弦后下落过程中，箭的动能转化为它的重力势能 7．同一辆汽车，行驶的速度增大时，动能 （选填“增大”“减小”或“不变”）。若小轿车和大货车均满载，且以相同的速度行驶，则动能较大的是 。 8．如图所示，弹簧的一端固定在竖直木板上，用手推小车将弹簧压缩后松手释放，小车被弹开。弹簧的弹性形变越 ，弹性势能越 ，小车滑行的距离越远。 9．如图所示，在一个罐子的盖和底各开两个小洞，将 （选填序号“A．质量较小的小泡沫块”或“B．质量较大的小金属块”）用细绳绑在橡皮筋的中部穿入罐中，橡皮筋两端穿过小洞用竹签固定，做好后将它从不太陡的斜面滚下，观察到罐子在斜面和水平面上来回滚动，直至停下来。当罐子在水平面上继续滚出去时，罐子的 能转化为橡皮筋的 能。 10．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．小球在斜面上的动能 B．小球撞击木块时的动能 C．小球撞击木块后的动能 D．木块被小球撞击时的动能 (2)实验中，通过观察木块被小球撞击后 来判断小球的动能大小。 (3)甲、丙两次实验，让质量不同的小球从斜面的同一高度滚下，目的是使两球到达水平面时有相同的 。 (4)对比 两次实验，可以研究物体的动能与速度的关系。 (5)分析图甲和图丙，得到的实验结论： 相同时，物体 越大，动能越大。 11．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”）。 第 1 页 共 2 页 学科网（北京）股份有限公司 $$ 【八年级物理大单元设计】 11.3 动能和势能 目录 【学习目标】 2 【思维导图】 2 【知识梳理】 2 知识点1：能量 2 知识点2：动能 3 知识点3：势能 5 【课堂练习】 10 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1：能量 1.现象探究：什么情况下能够做功 现象 海啸冲击建筑物 被拉弯的弓能将箭射出去 举高的重锤能将木柱打进土里 分析 流动的水对建筑物做了功 弓对箭做了功 重锤对木桩做了功 归纳 物体都对外做了功 2.能量的概念及单位 （1）物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量，简称能。 （2）能量的单位与功的单位相同，在国际单位制中，能量的单位是焦耳（J）。 3.对能的理解 （1）能量是表示物体做功本领的物理量。 （2）物体做功过程实质上是能量转化或转移的过程，物体能够做功越多，表示这个物体所具有的能量越大。 4.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 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。 【典例1】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。 知识点2：动能 1. 现象探究：运动的物体是否具有能？ 现象 分析 归纳 风吹着帆船移动 空气在流动的过程中对帆做功 风、流动的河水和飞行的子弹都能做功，它们都具有能量，分析这些物体的共同特点可知，这些物体都是由于运动而具有能量 河水把砂石冲走 水在流动过程中对砂石做功 子弹射穿鸡蛋 子弹在运动过程中对鸡蛋做功 2. 动能 物体由于运动而具有的能叫做动能。一切运动的物体都具有动能。例如，空中飞行的小鸟、行驶的汽车、流动的水等。 叙述动能的定义时，只能说“物体由于运动而具有的能”，不能说“运动的物体具有的能”，因为运动的物体除了具有动能外，还可能具有其他形式的能，如高空飞行的飞机除了具有动能外，还具有重力势能和内能等。 3. 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。 4. 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。 【典例2】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。 知识点3：势能 1. 重力势能 （1）现象探究：位于高处的物体具有能量与做功 现象 分析 归纳 从高空落下的陨石把地面砸出一个大坑 陨石对地面做了功，说明从高空落下的陨石具有能量 位于高处的物体下落时可以做功，表明位于高处的物体具有能量 水一直从高处往下滴，时间长了能把石头滴穿 位于高处的水滴对石头做功，说明高处的水滴具有能量 从高处落下的铅球落在沙地中能砸出坑 铅球对沙地做了功，说明从高处落下的铅球具有能量 （2）重力势能：在地球表面附近，物体由于受到重力并处在一定高度时所具有的能，叫做重力势能。 （3）实验探究：影响重力势能大小的因素 提出问题 重力势能的大小与哪些因素有关？ 猜想与假设 （1）生活中手机从几厘米高处跌落一般不会损坏，但从几米高处跌落，一般会造成较严重的损坏，由此猜想，重力势能的大小可能与高度有关； （2）下冰雹时，重冰雹比轻冰雹造成的危害大得多，由此猜想，重力势能的大小可能与物体的质量有关 设计实验与制订计划 将小方桌放置在沙箱中铺平的沙面上，让物体从某一高度自由下落撞击小方桌，小方桌下陷越深，说明下落的物体能够做的功越多（转换法），即物体具有的重力势能越大。改变同一物体下落的高度，或从同一高度释放不同质量的物体，比较物体对小方桌做功的多少。 进行实验 （1）让同一物体从不同高度处自由下落撞击小方桌，如图（b）、（c）所示。 （2）让不同物体从同一高度处自由下落撞击小方桌，如图（c）、（d）所示。 实验现象 （1）同一物体下落时的高度越高，小方桌下陷得越深。 （2）从同一高度下落时，质量大的物体比质量小的物体使小方桌下陷得更深。 分析与论证 （1）质量相等时，较高处物体使小方桌下陷的深度大，说明质量相等时，高度大的物体重力势能大； （2）高度相等时，质量大的物体使小方桌下陷的深度大，说明同一高度，质量大物体的重力势能大。 实验结论 同一高度，物体的质量越大，重力势能越大；同一质量物体，高度越大，物体的重力势能越大。 【典例3】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。 2.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。 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。 【典例4】同学们所用的笔，有些在靠近笔端的地方装有一个轻质弹簧（如图甲所示）。小文和小军各自拿自己装有弹簧的笔玩弹笔游戏，结果发现小军的笔弹得高一些，小文分析：笔弹起的高度与笔内弹簧的弹性势能的大小有关，那么弹簧弹性势能的大小又跟什么因素有关呢？小文提出如下猜想。 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； 猜想三：弹性势能的大小与弹簧的长度有关； 猜想四：弹性势能的大小与弹簧的粗细有关。 （1）为验证猜想一，他设计了如图乙、丙所示实验，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，分析比较 ，从而比较弹性势能的大小； （2）为验证猜想二，需选用 的两根弹簧，实验时将两根弹簧压缩 （选填“相同”或“不同”）的长度，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，对数据进行比较分析时，若 ，说明弹性势能的大小与弹簧的材料有关； （3）若水平面绝对光滑，本实验将 （选填“能”或“不能”）达到探究目的。 【答案】 不同 木块移动距离的大小 长度和粗细相同，材料不同 相同 木块移动的距离不相等 不能 【详解】 （1）[1][2]根据控制变量法的思想，为了探究弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度是否有关，应该在保证其他条件相同的前提下，使弹簧的压缩程度不同，松开后小球碰到同一位置的相同木块上，通过观察木块被推开的距离大小来判断弹簧的弹性势能是否相同。若木块被推开的距离大，说明弹性势能大。 （2）[3][4][5]根据控制变量法的思想，为了探究弹性势能的大小与弹簧的材料的关系，应该在保证其他条件相同的前提下，需选用长度和粗细相同，材料不同的两根弹簧，将两根弹簧压缩相同的长度，松开后小球碰到同一位置的相同木块上，通过观察木块被推开的距离大小来判断弹簧的弹性势能是否相同。若木块被推开的距离不同，说明弹性势能的大小与弹簧的材料有关。 （3）[6]由题意知，假如水平面绝对光滑，木块，在水平方向受到的阻力为0，其会在水平面上做匀速直线运动，因而无法比较木块移动距离的远近，不能比较弹性势能的大小，不能达到探究目的。 3.势能 重力势能与弹性势能是常见的两种势能。 4.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 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。 【变式5-2】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。 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 【详解】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。 2．如图所示，一辆在水平路面上匀速行驶的洒水车正在洒水作业，则它的（　　） A．动能减小，重力势能减小 B．动能减小，重力势能增大 C．动能不变，重力势能减小 D．动能不变，重力势能不变 【答案】A 【详解】由题意可知，一辆在水平路面上匀速行驶的洒水车正在洒水作业，质量减小、速度不变，所以动能减小；高度不变、质量减小，所以重力势能减小，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 3．如图所示用力F将小球压至D点弹簧始终处于弹性限度内，撤去力F后，小球从静止开始向上运动，到达C位置时小球所受弹力大小等于重力，B位置是弹簧自身长度的位置，A位置是小球到达的最高点，整个过程不计空气阻力，下列说法中正确的是（　　）          A．在A位置小球不受力 B．在B位置小球处于平衡状态 C．从B到C位置过程中小球重力做功越来越快 D．从D到A位置过程中小球的动能先减小再增大后不变 【答案】C 【详解】A．在A位置时，小球只受到重力作用，故A错误； B．B位置是弹簧自身长度的位置，此时弹簧弹力为0，但小球由于惯性会继续向上运动，小球只受重力，不是平衡状态，故B错误； C．从B到C位置过程中，小球速度越来越大，重力G不变，速度v增大，所以重力做功越来越快，故C正确； D．从D到C过程中，开始时弹簧弹力大于重力，小球所受合力向上，小球速度增大，动能增大；当弹簧弹力等于重力时，速度达到最大，动能最大；从C到A过程中，小球所受合力向下，速度减小，动能减小，所以从D到A位置过程中小球的动能先增大再减小，故D错误。 故选C。 4．下列选项能够表明被举高的物体具有能量的是（　　） A．打桩机能将桩打入地下 B．人被形变的撑杆弹起来 C．人被弯曲的跳板弹起来 D．箭被拉开的弓射出去 【答案】A 【详解】A．打桩机使用时，先高高举起，打桩机能将桩打入地下，对桩做功，说明被举高的打桩机具有能量，故A符合题意； B．人被形变的撑杆弹起来，此时的撑杆发生弹性形变，说明发生弹性形变的物体具有能量，故B不符合题意； C．人被弯曲的跳板弹起来，此时的跳板发生弹性形变，说明发生弹性形变的物体具有能量，故C不符合题意； D．箭被拉开的弓射出去，此时的弓发生弹性形变，说明发生弹性形变的物体具有能量，故D不符合题意。 故选A。 5．下列物体既具有动能又具有重力势能的是（　　） A．在空中飞行的子弹 B．被压缩的弹簧 C．水平地面上行驶的汽车 D．高山上的石头 【答案】A 【详解】A．在空中飞行的子弹，有高度也有速度，所以具有动能和重力势能，故A符合题意； B．被压缩的弹簧，弹簧发生弹性形变，具有弹性势能，故B不符合题意； C．在水平地面上行驶的汽车，有速度无高度，所以只具有动能，故C不符合题意； D．高山上的石头，有高度无速度，所以只具有重力势能，故D不符合题意。 故选A。 6．如图所示为人拉弓射箭的示意图，下列说法正确的是（　　） A．在弹性限度内，弓弦拉得越弯，弓弦的弹性势能越大 B．弓弦张紧时，放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弓弦的重力势能 D．箭离弦后下落过程中，箭的动能转化为它的重力势能 【答案】A 【详解】A．在弹性限度内，弓弦拉得越弯，弓弦的弹性形变程度越大，弓弦的弹性势能越大，故A正确； B．弓弦张紧时，弓弦具有弹性势能，放在弓弦上的箭没有弹性形变，没有弹性势能，故B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错误； 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A。 7．同一辆汽车，行驶的速度增大时，动能 （选填“增大”“减小”或“不变”）。若小轿车和大货车均满载，且以相同的速度行驶，则动能较大的是 。 【答案】 增大 大货车 【详解】[1]物体的动能与质量和速度有关，同一辆汽车，故质量不变，行驶的速度增大时，汽车的动能增大。 [2]小轿车和大货车均满载，大货车质量大，以相同的速度行驶时，质量大的动能大，所以大货车动能较大。 8．如图所示，弹簧的一端固定在竖直木板上，用手推小车将弹簧压缩后松手释放，小车被弹开。弹簧的弹性形变越 ，弹性势能越 ，小车滑行的距离越远。 【答案】 大 大 【详解】[1][2]弹簧具有弹性，小车将弹簧压缩后，弹簧发生了弹性形变，弹簧的弹性形变越大，具有的弹性势能越大，松手后对小车做功，小车滑行的距离越远。 9．如图所示，在一个罐子的盖和底各开两个小洞，将 （选填序号“A．质量较小的小泡沫块”或“B．质量较大的小金属块”）用细绳绑在橡皮筋的中部穿入罐中，橡皮筋两端穿过小洞用竹签固定，做好后将它从不太陡的斜面滚下，观察到罐子在斜面和水平面上来回滚动，直至停下来。当罐子在水平面上继续滚出去时，罐子的 能转化为橡皮筋的 能。 【答案】 B 动 弹性势 【详解】[1]物体的动能与质量有关，质量越大，动能越大。所以，为使实验现象更明显，应将质量较大的小金属块用细绳绑在橡皮筋的中部穿入罐中。 [2][3]当罐子在水平面上继续滚出去时，速度减小，动能变小，同时橡皮筋的弹性势能变大，罐子的动能转化橡皮筋的弹性势能。 10．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．小球在斜面上的动能 B．小球撞击木块时的动能 C．小球撞击木块后的动能 D．木块被小球撞击时的动能 (2)实验中，通过观察木块被小球撞击后 来判断小球的动能大小。 (3)甲、丙两次实验，让质量不同的小球从斜面的同一高度滚下，目的是使两球到达水平面时有相同的 。 (4)对比 两次实验，可以研究物体的动能与速度的关系。 (5)分析图甲和图丙，得到的实验结论： 相同时，物体 越大，动能越大。 【答案】(1)B (2)运动的距离 (3)速度 (4)甲、乙 (5) 速度 质量 【详解】（1）根据转换法，通过比较木块在同一水平面上被撞击的距离来比较小球到达水平面时动能的大小，所以探究的动能是小球撞击木块时的动能，故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 （2）实验中通过比较木块滑动的距离来反映小球动能的大小，这是转换法的应用，木块滑行的距离越远，小球的动能越大。 （3）实验时采用控制变量法，让质量不同的小球从斜面的同一高度滚下，小球到达水平面时动能大小相等，是为了使两球到达水平面时速度相等。 （4）研究物体的动能与速度的关系，要控制质量相同，小球从斜面下滑时的高度不同，由可知，应选择甲、乙两次实验。 （5）[1][2]图甲和图丙中，小球的质量不同，从斜面的同一高度滚下，小球到达水平面时速度相等，丙图中木块移动的距离远，所以丙图中小球撞击木块时的动能大，可以得到的结论是速度相同，质量越大，动能越大。 11．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 【详解】（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。 第 1 页 共 2 页 学科网（北京）股份有限公司 $$