11.4 动能和势能(课件)2025-2026学年沪粤版九年级物理上册

11.4 动能和势能 第十一章 功与机械能 逐点 导讲练 课堂小结 作业提升 课时讲解 1 课时流程 2 能量 动能 势能 机械能的转化 知识点 能量 知1－讲 1 如图1所示，被拉开的弓、发生形变的跳板、从高处下落的重锤、流动的水，都能对其他物体做功。 知1－讲 我们如何描述物体能够对外做功的这种能力呢？ 1. 定义 物体能够对别的物体做功，我们就说这个物体具有能量，能量简称能。 2. 能量和功的关系 能量大小可以通过做功多少来体现。一个物体能够做的功越多，表明它具有的能量越大。 3. 单位 能的单位就是功的单位，国际单位是焦耳(J)。 知1－讲 方法点拨 一个物体是否具有能量，具有能量的多少，是不能直接观察或测量的。 通过转换法，我们利用物体能对外做功的多少来反映或测量物体具有能量的多少。 知1－讲 深度理解 具有能量的物体可以不在做功，甚至就没有做功。例如，拉弯的弓具有能量，但手松开之前，弓没有对箭做功。 知1－练 例 1 下列关于能量的叙述，不正确的是( ) A. 弯弓射箭，弓具有能量 B. 高空坠物伤人，坠物具有能量 C. 风吹船行，风具有能量 D. 激流冲走巨石，激流没有能量，巨石具有能量 知1－练 解题秘方：利用概念辨析法解答：判断物体是否具有能量，关键是看物体能否对外做功。 解析：弓对箭做功，坠落的物体对人做功，风对船做功，激流对石头做功 , 它们都能够做功，都具有能量。 答案：D 知1－练 1. 关于功和能的关系，下列说法正确的是( ) A. 物体具有的能越多，它做的功越多 B. 物体具有能就一定正在做功 C. 做功的物体一定具有能 D. 物体能够做功的多少与它具有的能无关 C 知2－讲 知识点 动能 2 1. 定义 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。 知2－讲 2. 探究动能的大小与哪些因素有关 (1)探究动能大小与速度大小的关系 实验设计：如图2所示，让同一小球分别从斜面的不同高度由静止开始滚下，撞击置于水平面上的木块，观察木块移动距离的长短。 知2－讲 实验现象：由较高位置释放的小球，推动木块移动的距离长。 分析论证：同一小球分别从斜面的不同高度由静止开始滚下，位置越高，小球到达水平面的速度越大，小球推动木块移动的距离越长，表明小球的动能越大。 实验结论：质量相同时，速度大的物体能做的功多，它具有的动能更大。 知2－讲 (2)探究动能大小与质量大小的关系 实验设计：如图3所示，先让不同质量的小球先后从斜面上同一高度处由静止开始滚下，比较它们在水平面上运动速度的大小；然后让这两个小球从斜面上同一高度处由静止开始滚下后撞击置于水平面上的木块，观察木块移动距离的长短。 知2－讲 实验现象：斜面上同一高度由静止开始滚下的小球到达水平面的速度相同。质量较大的小球，推动木块移动的距离长。 分析论证：速度相同时，质量越大的小球推动木块移动的距离越长，表明质量越大的小球的动能越大。 实验结论：速度相同时, 质量大的物体能做的功多，它具有的动能更大。 知2－讲 总结：物体的动能与速度和质量有关，速度越大, 质量越大，它具有的动能越大。 知2－讲 方法点拨 控制变量法：让同一小球从斜面的不同高度由静止滚下，从而控制小球撞击木块的速度不同，即质量相同时，改变速度进行对比实验。 转换法：通过木块移动的距离来比较小球动能的大小。 知2－讲 易错提醒 影响动能的因素有质量和速度，描述动能与质量(或速度)的关系时，注意控制变量的思想。例如，不能说“质量越大，动能越大”，应该说“速度相同时，质量越大，动能越大”。 知2－练 如图4 是“探究物体的动能跟物体的质量、速度关系”的实验装置图。 例 2 解题秘方：对于以教材实验为基础的探究题，必须综合教材实验的体验和实验探究的方法进行分析思考。 知2－练 (1)实验中通过观察木块B____________来判断钢球A动能的大小，这种物理研究方法叫________(填“控制变量法”或“转换法”)。 解析：实验中，通过比较木块B移动的距离来比较钢球A动能的大小，物理学上称这种实验方法为转换法。 移动的距离 转换法 知2－练 (2)在探究动能与速度的关系时，让同一钢球A分别从斜面的不同高度由静止开始滚下，高度h越高，钢球运动到水平面时的速度越____(填“大”或“小”)，木块B被撞得越远。该实验的结论是_____________________________。 大 质量相同时，速度越大动能越大 知2－练 解析：钢球A放置位置越高，钢球A由静止滚动到水平面的速度越大，将木块B撞击得越远，这表明动能的大小与速度有关，质量相同时，速度越大动能越大。 知2－练 (3)为了探究动能与质量的关系，要选择两个质量_______ (填“ 相同”或“ 不同”)的钢球，并让它们分别从同一斜面的______(填“相同”或“不同”)高度处由静止开始滚下。 解析：在探究动能与质量的关系时，需要控制速度不变，将质量不同的钢球从同一斜面的相同高度由静止滚下，滚到水平面的速度相同。 不同 相同 知2－练 2. [中考·潍坊] 为探究物体的动能跟哪些因素有关，利用斜槽、钢球、木块等器材在同一水平面上进行探究活动。钢球从高为h的斜槽上滚下，在水平面上运动，运动的钢球碰上木块后，能将木块撞出一段距离s，如图所示。 知2－练 (1)实验中探究的“物体的动能”是指______(填选项前的字母)。 A. 钢球在斜面上的动能 B. 钢球撞击木块时的动能 C. 木块被撞击后的动能 B 知2－练 (2)若水平面是光滑的，______(填“能”或“不能”)达到探究目的。 (3)实验过程中，发现木块移动的距离较短而不易进行观察和比较。对此请你写出一条改进措施：____________________。 不能 增大斜面的倾斜程度 知3－讲 知识点 势能 3 1. 势能 重力势能和弹性势能统称为势能。 (1)重力势能：物理学中，把高处的物体由于受重力作用而具有的能叫做重力势能。一切被举高的物体都具有重力势能。 (2)弹性势能：物体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。 知3－讲 深度理解 重力势能是“被举高”这个原因而产生的，一定不要把它理解成“被举高的物体具有的能量叫重力势能”。例如在空中飞行的飞机，不仅有重力势能，还具有其他形式的能。 知3－讲 2. 探究重力势能的大小与哪些因素有关 实验设计：(1)如图5所示，先让同一个重物在不同高度处从静止开始下落, 打击小木桩, 观察和 比较小木桩被打入沙中的深度。 (2)让质量不同的重物分别在同一高度处， 从静止开始下落，打击小木桩, 观察和比 较小木桩被打入沙中的深度。 知3－讲 实验现象：(1)质量相同的重物，从较高位置静止下落时，小木桩被打入沙中深度大。 (2)从相同高度静止下落，质量较大的重物打击小木桩陷入沙中深度大。 知3－讲 实验结论：(1)质量相同时，高度越高，物体的重力势能越大。 (2)高度相同时，质量越大，物体的重力势能越大。 总结：物体的重力势能大小与物体的质量和高度有关, 物体的位置越高，质量越大，具有的重力势能就越大。 知3－讲 3. 对弹簧、橡皮筋等弹性物体而言，弹性形变越大，物体的弹性势能就越大。 知3－讲 易错提醒 影响重力势能的因素有质量和高度，描述重力势能和质量或高度的关系时，需要质量和高度全盘考虑。 例如，不能说“质量越大，重力势能越大”，应该说“高度相同时，质量越大，重力势能越大”。 知3－练 如图6所示是“探究影响重力势能大小因素”的实验过程。(容器中装有沙子，A和B为实心铁块，A的质量比B的质量小) 例 3 知3－练 解题秘方：对于不同于教材实验的实验探究题，既要注意将其和教材中的探究实验相比较，基于试题和教材内容的异同分析推理，还要注意运用实验探究的基本方法。 知3－练 (1)由_______两图可探究重力势能的大小与质量的关系，得出的关系是____________________________________ _________。 乙、丙 在高度相同时，质量越大，物体的重力 势能越大 知3－练 解析：探究重力势能的大小与质量的关系，需控制物体释放的高度相同，由图知，乙、丙符合此条件。结论是当高度一定时，质量越大，物体的重力势能越大。 知3－练 (2)由甲、丙两图_____(填“能”或“不能”)探究重力势能的大小与高度的关系，理由是________________________。 不能 没有控制A、B的质量相等 知3－练 解析：要探究重力势能的大小与高度的关系，要控制物体的质量相同，由甲、丙两图可知，A、B 的质量不相等，因此不能探究重力势能的大小与质量的关系。 知3－练 (3)本实验是通过________________________来判断重力势能大小的，这是物理探究过程中较常用的______法。 桌腿在沙子中下陷的程度 转换 解析：在此实验中，通过观察桌腿陷入沙子中的深度来比较各铁块重力势能的大小，这种方法叫做转换法。 知3－练 3. [北京顺义区期中] 在探究“物体的重力势能与高度、质量是否有关”的实验中，小明准备了四块相同的花泥，两个体积相同但质量不同(m钢＞ m玻)的小球。 知3－练 (1)如图甲所示，将钢球、玻璃球从距花泥h1高处由静止释放，砸在花泥上，砸出深浅不同的痕迹，由图可知，实验的自变量是___________，控制不变的量是________________。 小球的质量 释放球的高度 知3－练 (2)如图乙所示，将钢球分别从距花泥h1和h2(h1＞h2)高处由静止释放，砸在花泥上，砸出深浅不同的痕迹，据图得出结论：当______相同时，重力势能与______有关。 质量 高度 知4－讲 知识点 机械能的转化 4 1. 机械能 物体的动能和势能统称为机械能。一个物体可以同时具有动能和势能。例如，空中飞行的客机具有动能和重力势能；瀑布的水具有重力势能和动能。 知4－讲 深度理解 动能、重力势能和弹性势能是机械能的三种形式，分别起因于物体的运动、被举高和弹性形变。 知4－讲 2. 研究动能与重力势能的转化 (1)如图7所示，摆球左右摆动过程中，位置和速度不断发生变化。 知4－讲 (2)实验分析： 运动方向 高度 速度 重力势能 动能 能的转化 下降 A→O’ B→O’ 变低 变大 变小 变大 重力势能转化为动能 上升 O’→A O’→B 变高 变小 变大 变小 动能转化为重力势能 (3)实验归纳：在一定条件下，动能和势能可以相互转化。 知4－讲 深度理解 能的转化过程中，总是变小的那种形式的能转化为变大的那种形式的能。 动能和势能的相互转化，可以发生在同一个物体上，也可以发生在不同物体之间。 知4－讲 3. 动能与势能转化的应用 图示 知4－讲 续表 现 象 探 究 如图所示，在玩过山车时：①过山车从轨道高处向低处运动时，过山车的高度减小，速度增大，重力势能转化为动能。②过山车从轨道低处向高处运动时， 过山车的高度增大，速度减小，动能转化为重力势能 如图所示，在玩蹦床时： ①当人从高处下落的过程中，人的高度减小，速度增大，重力势能转化为动能。②当人从接触蹦床到蹦床被压到最低的过程中，人的速度减小，高度减小，蹦床的形变增大，说明此过程中人的动能、重力势能减小，蹦床的弹性势能增大，人的动能、重力势能转化为蹦床的弹性势能。 知4－讲 续表 现 象 探 究 ③当人被弹起来的过程中(未离开蹦床)，人的速度增大，高度增加，蹦床的形变减小，说明此过程中蹦床的弹性势能减小，人的动能增大，重力势能增大，蹦床的弹性势能转化为人的动能和重力势能 总结 动能、重力势能和弹性势能之间可以相互转化 知4－讲 特别提示 在分析有关物体动能和势能大小的变化时，要同时考虑影响它们的所有因素，不能只考虑其中一个因素，以偏概全。 知4－讲 分析思考 图7中摆球摆起的最大高度越来越低，最终静止在O＇位置，什么原因导致机械能总量减少？ 分析成果 现实生活中，由于摩擦阻力的存在，动能和势能相互转化的过程中要克服摩擦阻力做功，将部分机械能转化为其他形式的能，使机械能总量减少。 知4－讲 4. 机械能守恒 (1)大量研究表明，如果只有动能和势能相互转化，尽管动能、势能的大小会变化，但机械能的总和不变，或者说，机械能是守恒的。 (2)机械能守恒的条件：只有动能和势能的相互转化，即动能的增减量等于势能的减增量；或者说，没有机械能转化为其他形式的能，也没有其他形式的能转化为机械能。 知4－讲 5. 机械能与其他形式的能之间的转化 机械能与其他形式的能之间也可以相互转化。水力发电是水的机械能转化为电能；电动机工作时，是电能转化为机械能。 知4－练 例 4 [合肥二模] 如图8所示，在一根细绳一端拴一个小球，绳子的另一端固定在悬挂点O上，做成 一个单摆。拉动小球到A处，松手后使 它摆动起来，B点为摆动过程中的最 低点，C为右侧最高点，不计空气 阻力， 知4－练 则小球在摆动过程中，下列说法正确的是(　　) A. 小球运动到最低处B时的动能最小 B. 小球从B运动到C的过程中重力势能转化为动能 C. 小球运动到右侧的最高点C比A点的位置高 D. 小球在摆动过程的任一位置机械能守恒 知4－练 解题秘方：不计空气阻力，动能和势能的转化过程中，机械能守恒。 知4－练 解析：小球运动到最低处B时，速度最大，动能最大，故 A错误；小球从B运动到C的过程中，速度减小、高度增加，动能转化为重力势能，故 B 错误；不计空气阻力，小球的机械能守恒，小球运动到右侧的最高点C与A点的位置等高，故C错误；不计空气阻力，小球在摆动过程中只有动能和势能的相互转化，小球在任一位置的机械能都守恒，故D正确。 答案：D 知4－练 4. [中考·宜宾] 如图所示，人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行，当卫星从近地点向远地点运动的过程中(　　) A. 速度增大 B. 动能转化为重力势能 C. 机械能增大 D. 重力势能减小 B 知4－练 例 5 如图9所示，小球从左侧斜面的P点由静止释放，在右侧斜面上能到达的最高位置是Q点，M、N是小球运动过程中先后通过的两个等高点， 知4－练 下列关于该过程的说法中正确的是(　　) A. 小球在左侧斜面向下运动时，重力势能全部转化为动能 B. 小球从P点向Q点运动的过程中，机械能保持不变 C. 小球从P点向Q点运动的过程中，机械能总量不断减小 D. 小球通过M、N两点时的速度大小相等 知4－练 解题秘方：图中右侧的最高点低于左侧的最高点，隐含小球运动过程中机械能不守恒，有机械能损耗。 知4－练 解析：由图可知，小球从P点由静止释放，能到达右侧的Q点，Q点的高度小于P点的高度，则小球在Q点的重力势能要小于在P点的重力势能，小球的速度为0，动能为0，则小球在Q点的机械能要小于在P点的机械能，这说明小球在运动的过程中，机械能变小了；小球在左侧斜面向下运动的过程中，质量不变，高度变小，重力势能变小，速度变大，动能变大，由于机械能逐渐变小， 知4－练 所以重力势能没有全部转化为动能；小球通过M、N两点时，高度相同，质量不变，则重力势能相同，由于机械能逐渐变小，则 M点的机械能要大于N点的机械能，所以M点的动能要大于 N点的动能，即M点的速度大于N点的速度。 答案：C 知4－练 5. 小制作某科技兴趣小组用两个输液用的葡萄糖瓶子，从瓶口以下约6 cm处截断，将截断处用胶水黏合在一起，再从瓶口的橡胶塞中心穿一根长约20 cm 的细木棒，用两条悬线拴住木棒的两端，将悬线固定在支架上，就构成了如图所示的滚摆。 知5－练 则滚摆从上到下运动的过程中重力势能主要转化为______能；滚摆每次上升的高度逐渐减小，说明滚摆的机械能_________(填“变大”“变小”或“不变”)。 动 变小 动能和势能 机械能 物体做功的过程就 是能的转化过程 动能 势能 重力势能 弹性势能 产生原因 影响因素 能量 功 $$