11.4 动能和势能（导学案）物理沪粤版2024九年级上册

该初中物理导学案聚焦动能与势能及其转化，以“能量”为核心概念，通过情境引入、实验探究和实例分析层层递进，构建从现象到规律的认知支架。从物体做功引出能量定义，再分步探究动能、重力势能、弹性势能的影响因素，最后整合为机械能并理解其转化过程，逻辑清晰，衔接自然。 本资料突出科学思维与科学探究的深度融合，注重模型建构与证据推理能力培养，如用木块移动距离反映动能大小体现转换法，控制变量设计实验强化逻辑推理。例题设置紧扣课标要求，覆盖基础巩固与能力提升，尤其在蹦床、过山车等真实情境中引导学生动态分析能量转化，凸显物理观念的迁移应用价值，助力学生形成系统化的能量认知体系。

11.4 动能和势能（导学案） 【学习目标】 2022年课程标准 物理素养 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：形成动能、势能（重力势能、弹性势能）、机械能的概念，理解动能、势能大小的影响因素，掌握动能与势能相互转化的规律，构建机械能相关的物理观念体系，能运用这些观念解释生活中如过山车运动、蹦床弹跳等机械能转化的现象。 科学思维：通过探究动能、重力势能大小影响因素的实验，经历猜想、设计实验、进行实验、分析论证等过程，提升科学探究中的逻辑思维能力；在分析动能与势能转化实例时，培养归纳、推理能力，运用科学思维方法认识机械能转化的本质。 科学探究：经历“探究动能的大小与哪些因素有关”“探究重力势能的大小与哪些因素有关”等实验，学会控制变量法的运用，提升制定实验方案、收集和处理实验数据、分析论证的科学探究能力。 科学态度与责任：通过对生活中机械能现象的探究，激发对物理学科的兴趣，养成尊重事实、严谨认真的科学态度；认识机械能转化在生活和科技中的应用（如水力发电），体会物理知识对社会发展的作用，增强社会责任感。 【学习重点】 1．理解动能、重力势能、弹性势能的概念，能准确判断物体具有何种形式的能； 2．掌握动能、重力势能大小的影响因素，通过实验探究并总结出“质量越大、速度越大，动能越大；质量越大、高度越高，重力势能越大”等结论； 3．理解动能与势能（重力势能、弹性势能）相互转化的过程，能分析生活中如摆球摆动、过山车运动等典型实例的能量转化情况。 【学习难点】 1．探究实验中，如何精准控制变量（如让小球从同一高度滚下保证速度相同，选用不同质量小球改变质量等），以及如何通过木块被推动的距离、木桩被打入的深度等间接反映动能、重力势能大小（转换法的理解与运用）； 2．全面、动态地分析复杂情境中动能与势能的相互转化，如蹦床运动中，小孩下落、接触蹦床、弹起等多个阶段，动能、重力势能、弹性势能的连续转化过程，准确把握每个阶段能量的变化及转化关系； 3．理解有摩擦等阻力时，机械能转化过程中机械能总量减少这一规律，能解释摆球摆动高度逐渐降低等现象，并区分理想情况与实际情况中机械能转化的差异。 【自主预习】阅读教材，完成以下问题： 1．物体能够____________，这个物体就具有能量，能量简称能。物体能够________越多，表示它具有的能量就越大。在国际单位制中，能的单位是____。 2．物体由于____而具有的能叫做动能。物体的____越大，____越大，它具有的动能就越大。 3．物理学中把____的物体由于受____作用而具有的能叫做重力势能。物体的____越高，____越大，它具有的重力势能就越大。 4．物体发生________而具有的能叫做弹性势能。弹性物体的____越强，____越大，它具有的弹性势能就越大。 5．重力势能和弹性势能统称为____。 【课堂探究】 探究一、能量的初步认识与动能的影响因素——辨现象、探规律 1．探究目标 通过分析物体做功的情景，理解“能量”的物理含义及单位。结合实验探究，明确动能的影响因素（质量、速度），推导动能与因素的定量关系。 2．探究过程 情景分析：认识“能量” 观察教材图11-4-1（a：拉弓射箭、b：形变跳板弹起运动员、c：重锤打桩、d：流水发电），小组讨论并完成下表： 物体（或情景） 是否能对其他物体做功 具有能量的判断（是/否） 能量的表现形式（运动/形变/位置） 被拉开的弓 是（能将箭射出） 是 形变 形变的跳板 是（能弹起运动员） 是 形变 下落的重锤 是（能打入铁桩） 是 运动+位置 流动的水 是（能推动水轮机） 是 运动 结合讨论提炼概念： 能量：物体能够对其他物体做功，就说该物体具有能量（简称“能”）；物体能做的功越多，能量越大。 能量单位：与功的单位一致，为焦耳（J）。 实验探究：动能的影响因素（教材活动1） 动能定义：物体由于运动而具有的能，称为动能（如运动的球、流动的水）。需通过控制变量法探究其影响因素。 （1）探究动能与“速度”的关系（控制质量不变） （2）探究动能与“质量”的关系（控制速度不变） 实验器材：斜面、同一小球、木块、刻度尺。 实验步骤： ①让同一小球从斜面A处（较低高度）由静止滚下，观察小球在平面的运动速度，记录木块被推开的距离； ②让同一小球从斜面B处（较高高度）由静止滚下，重复上述操作，对比两次木块距离。 数据记录与分析： 小球质量（控制变量） 斜面高度（影响速度） 小球速度大小（快/慢） 木块被推开的距离（远/近） 动能大小判断（大/小） 相同（同一小球） A处（低） 慢 近 小 相同（同一小球） B处（高） 快 远 大 结论：质量相同时，物体速度越大，动能越大。 实验器材：斜面、不同质量小球（如100g和200g）、木块、刻度尺。 实验步骤： ①让100g小球从斜面同一高度由静止滚下，记录木块被推开的距离； ②让200g小球从斜面同一高度（保证速度相同）由静止滚下，重复操作并对比。 数据记录与分析： 斜面高度 （控制速度） 小球质量 （大/小） 小球速度大小 （相同/不同） 木块被推开的距离 （远/近） 动能大小判断 （大/小） 相同 100g（小） 相同 近 小 相同 200g（大） 相同 远 大 结论：速度相同时，物体质量越大，动能越大。 拓展讨论：教材“想一想” 问题：以同样速度行驶的大货车和小汽车，哪个动能大？行驶时哪个危险性更高？ 分析：大货车质量远大于小汽车，根据“速度相同时质量越大动能越大”，大货车动能更大；若发生碰撞，大货车能做的功更多，破坏力更强，故大货车危险性更高。 3．探究结论 能量的核心：“能做功”，单位为焦耳（J）。动能的影响因素：与质量和速度有关，质量越大、速度越大，动能越大。 【例题1】如图所示，在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中，将小钢球从高度为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h1=h3>h2，mA=mB<mC。 (1)小钢球在滚下斜面的过程中，它的动能大小是通过 （选填“高度h”或“距离s”）大小来反映的； (2)分析比较甲和乙两组实验可得，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； (4)综合上述可知，如图丁所示的交通标志牌是交通管理部门对不同车型设定的最高 。 探究二、势能的分类与重力势能的影响因素——分类型、找关联 1．探究目标 区分重力势能与弹性势能，明确两者的定义及常见实例。通过实验探究重力势能的影响因素（质量、高度），理解弹性势能的影响条件。 2．探究过程 概念辨析：势能的两种形式 结合教材图11-4-4（a：升高的重锤、b：变形的撑竿）及图11-4-1，小组讨论并定义： 重力势能：物体由于被举高（受重力作用）而具有的能（如升高的重锤、空中的飞机）。 弹性势能：物体由于发生弹性形变而具有的能（如拉开的弓、变形的撑竿、压缩的弹簧）。 统称：重力势能和弹性势能统称为势能。 实验探究：重力势能的影响因素（教材活动2 实验器材：不同质量的重物（如50g、100g钩码）、小木桩、沙盘、刻度尺。 实验原理：重物下落时的重力势能越大，对木桩做功越多，木桩被打入沙中的深度越深。 （1）探究重力势能与“高度”的关系（控制质量不变） （2）探究重力势能与“质量”的关系（控制高度不变） 实验步骤： ①让同一重物（如100g钩码）从较低高度由静止下落，记录木桩打入深度； ②让同一重物从较高高度由静止下落，重复操作并对比深度。 结论：质量相同时，物体被举得越高，重力势能越大。 实验步骤： ①让50g钩码从同一高度由静止下落，记录木桩打入深度； ②让100g钩码从同一高度由静止下落，重复操作并对比深度。 结论：高度相同时，物体质量越大，重力势能越大。 弹性势能的影响条件（理论分析） 结合教材实例（拉开的弓、变形的撑竿）讨论： 弓拉得越满（弹性形变越大），能将箭射得越远（弹性势能越大）； 撑竿形变越大、弹性越强，能将运动员弹得越高（弹性势能越大）。 总结：弹性势能与弹性形变大小和物体弹性强弱有关，形变越大、弹性越强，弹性势能越大。 3．探究结论 势能分类：重力势能（与质量、高度有关）、弹性势能（与形变、弹性有关）。 重力势能规律：质量越大、高度越高，重力势能越大；弹性势能规律：形变越大、弹性越强，弹性势能越大。 【例题2】【实验名称】探究影响重力势能大小的因素。 【猜想】在探究影响重力势能大小的因素时，某同学提出了如下猜想： 猜想一：重力势能的大小可能与物体的质量有关。 猜想二：重力势能的大小可能与物体所在的高度有关。 猜想三：重力势能的大小可能与物体的运动路径有关。 【证据】他为了验证猜想，准备了如下实验器材：花泥（易产生塑性形变）若干块，刻度尺一把，体积相同、质量为m的小球三个和质量为2m的小球一个。所用实验装置如图甲、乙所示： 为验证猜想，他首先让质量分别为m、2m的小球A、B从距花泥表面高H处由静止下落，测得A、B小球陷入花泥的深度分别为和，如图甲所示；然后让质量为m的小球C从距花泥表面高3H处由静止下落，质量为m的小球D从距花泥表面高3H的光滑弯曲管道上端由静止滑入，最后从管道下端竖直落下（球在光滑管道中运动的能量损失不计），测得C、D小球陷入花泥的深度均为，且。 【解释】 (1)本实验是通过观察 来判断重力势能大小的； (2)分析图甲所示的实验现象，可得出结论：当物体的运动路径、 相同时， 越大，重力势能越大； (3)分析图乙所示的实验现象，发现两个球运动的路径不同，但陷入花泥的深度相同，由此可知物体的重力势能与物体运动的路径 （选填“有关”或“无关”）； (4)比较 两个球，可得出结论：当物体质量相同时，高度越高，物体具有的重力势能越大； 【交流】 (5)本实验中主要采用的实验方法有转换法和 法； (6)由B、C两个球不能探究重力势能的大小与质量的关系，理由是没有控制 。 【例题3】如图所示是“探究物体重力势能与哪些因素有关”的实验，其中m甲=m乙<m丙，木桩起始位置高度相同。 (1)甲、乙、丙都由静止释放，目的是控制物体的初始动能为 J； (2)实验通过 来反映物体重力势能的大小，这种方法在初中物理学习中经常用到，请再举一例： ； (3)比较A、C两次实验，可以初步得出结论： ； (4)小明认为比较A、B两次实验，也可得出“质量相同时物体速度越大动能越大”，你认为这个观点是 的；（选填“正确”或“错误”） (5)比较B、C两次实验，可知乙的重力势能 丙的重力势能（选填“大于”、“等于”或“小于”）；小明认为比较B、C两次实验，也可得出“物体重力势能与高度有关”，你认为这个观点是 的。（选填“正确”或“错误”） 探究三、机械能及其转化——析转化、明损耗 1．探究目标 理解“机械能”的组成（动能+势能），能识别物体同时具有的机械能形式。通过实验与实例分析，掌握动能与势能的转化规律，了解摩擦对机械能的影响。 2．探究过程 概念构建：机械能的组成 结合实例分析（教材描述）： 空中飞行的飞机：有“运动速度”（动能）+“被举高”（重力势能）→同时具有动能和重力势能； 摆动的摆球：运动时（动能）+有高度变化（重力势能）→同时具有动能和重力势能。 定义：物体的动能和势能统称为机械能。 实验探究：动能与势能的转化（教材活动3） （1）摆球的转化实验 实验器材：单摆（带细线的小球）、刻度尺。 实验步骤： ①将小球拉到A点（最高处）静止释放，观察小球摆动到B点（另一侧最高处）和C点（最低点）的运动状态； ②记录小球每次上升的最大高度，对比“第一次A点高度”与“后续B点高度”。 状态分析（填写下表）： 摆球位置 速度大小 （快/慢/零） 高度（高/低） 动能大小 （大/小/零） 重力势能大小 （大/小/零） 能量转化方向 A点（释放前） 零 最高 零 最大 —— A→C 逐渐变快 逐渐变低 逐渐变大 逐渐变小 重力势能→动能 C点（最低点） 最快 最低 最大 最小 —— C→B 逐渐变慢 逐渐变高 逐渐变小 逐渐变大 动能→重力势能 关键现象：小球每次上升的B点高度，都比前一次A点高度低一些。 原因分析：空气阻力对摆球做功，部分机械能转化为其他形式的能（如热能），导致机械能减少。 实例分析：生活中的机械能转化 结合教材图11-4-7（a：过山车、b：小孩玩蹦床），小组讨论转化过程： 过山车（沿轨道运动）： 从“高处起点”→“低处轨道”：重力势能减小，速度增大→重力势能→动能； 从“低处轨道”→“高处轨道”：速度减小，高度增大→动能→重力势能。 小孩玩蹦床： 小孩下落时：高度降低，速度增大→重力势能→动能； 接触蹦床后：速度减小，蹦床形变增大→动能→弹性势能； 蹦床恢复形变时：形变减小，小孩速度增大→弹性势能→动能； 小孩上升时：速度减小，高度增大→动能→重力势能。 拓展讨论：教材“想一想” 问题：跳水运动员从跳板上跳起到落水的过程中，能量如何转化？ 分析：跳板形变→运动员上升：弹性势能→动能→重力势能；运动员下落→落水：重力势能→动能。 3．探究结论 机械能组成：机械能=动能+势能（重力势能/弹性势能）。 转化规律：动能与势能可以相互转化（重力势能↔动能、动能↔弹性势能）。 机械能损耗：存在摩擦（或空气阻力）时，部分机械能会转化为其他形式的能，导致机械能减少；无摩擦时，机械能总量保持不变（理想情况）。 【例题4】如图所示，小球在A点由静止开始释放，向右侧摆动，B点是小球摆动的最低点，C点是小球摆动到右侧的最高点，且A、C两点到B点的竖直距离。在小球从B点摆动到C点的过程中，下列说法正确的是（　　） A．小球的运动状态保持不变 B．小球受到的重力和拉力对小球做了功 C．小球的机械能总量逐渐减小 D．小球的动能全部转化为重力势能 【例题5】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，在A点弹性绳正好处于原长；在B点运动员受到的重力与弹性绳对运动员的拉力大小相等；在C点是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）则从O点到C点的过程中，运动员的动能 （选填“增大”“减小”“不变”或“先增大后减小”）。 【归纳整理】 【课堂练习】 题组A 基础过关练 1.下列有关功和能的关系的说法中，正确的是( ) A.物体具有的能量越大，做的功越多 B. 具有能量的物体一定做功 C. 做功的物体一定具有能量 D. 物体不做功就没有能量。 2.下列物体具有弹性势能的是( ) A.在水平公路上行驶的小轿车 B. 悬挂在天花板上的电灯 C. 被拉开的弹弓 D. 在空中飞行的飞机。 3.下列关于动能、势能的说法正确的是( ) A.在空中飞行的飞机只具有动能 B. 质量和速度相同的物体具有的动能一样大 C.炮弹具有的动能一定比子弹具有的动能大 D. 质量大的物体具有的重力势能一定大. 4.三峡水库修建大坝，提高水位是为了增加水的（ ） A.内能 B. 重力势能 C. 弹性势能 D. 动能 5．人骑自行车下坡时，速度会越来越快，在这过程中（ ） A.人和车动能保持不变 B.人和车动能增大 C.人和车动能减小 D.人和车重力势能增大 6．下面的四幅图中属于动能转化为重力势能的是: ( ) 7.火箭点火后，载着神八加速上升过程中，神八的机械能变化情况是（　　） A．动能减小，重力势能增大 B．动能减小，重力势能减小 C．动能增大，重力势能减小 D．动能增大，重力势能增大 题组B 能力提升练 1．（多选）如图所示，斜面与水平面在M点通过小圆弧相连，弹簧左端固定，原长时右端在N点，小物块从斜面上P点由静止滑下，与弹簧碰撞后又返回到P点，则（　　） A．小物块从P向M运动过程中，重力势能减少 B．小物块从P向M运动过程中，机械能减少 C．小物块从P向M运动过程中，机械能不变 D．弹簧被压缩到最短时，弹簧的弹性势能最大 2.把篮球抛向空中，忽略空气阻力，哪一图象能正确反映球离手后至落回地面前机械能（E）与篮球离地—高度（h）的关系（　　） A． B． C． D． 3.小红猜想动能的大小可能与物体质量和运动速度有关，于是设计了如图11-10甲、乙所示的实验，探究动能的大小与哪些因素有关。 图11-10 （1）让质量相同的两个小球沿同一光滑斜面分别从A处和B处开始向下运动，然后与放在水平面上的纸盒相碰，纸盒在水平面上移动一段距离后静止，如图11-10甲所示。 （2）让不同质量的两个小球沿同一光滑斜面分别从B处开始向下运动，然后与放在水平面上的纸盒相碰，纸盒在水平面上移动一段距离后静止，如图11-10乙所示。 上述甲、乙两组实验中： ①乙图中让不同质量的两个小球从同一高度滚下的目的是两球到达水平面时，具有相同的 。 ②选用图甲探究的是动能与 的关系，理由是：两球 相等；得出的结论是： 。 ③选用图乙探究的是动能与 的关系，得出的结论是： 。 ④物理研究方法有许多，如等效替代法、类比法、对比法、控制变量法；本实验中运用了两种研究方法，一是 法；二是转换法，就是用纸盒移动的距离长短来表示小球动能的大小。 1/1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 11.4 动能和势能（导学案） 【学习目标】 2022年课程标准 物理素养 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：形成动能、势能（重力势能、弹性势能）、机械能的概念，理解动能、势能大小的影响因素，掌握动能与势能相互转化的规律，构建机械能相关的物理观念体系，能运用这些观念解释生活中如过山车运动、蹦床弹跳等机械能转化的现象。 科学思维：通过探究动能、重力势能大小影响因素的实验，经历猜想、设计实验、进行实验、分析论证等过程，提升科学探究中的逻辑思维能力；在分析动能与势能转化实例时，培养归纳、推理能力，运用科学思维方法认识机械能转化的本质。 科学探究：经历“探究动能的大小与哪些因素有关”“探究重力势能的大小与哪些因素有关”等实验，学会控制变量法的运用，提升制定实验方案、收集和处理实验数据、分析论证的科学探究能力。 科学态度与责任：通过对生活中机械能现象的探究，激发对物理学科的兴趣，养成尊重事实、严谨认真的科学态度；认识机械能转化在生活和科技中的应用（如水力发电），体会物理知识对社会发展的作用，增强社会责任感。 【学习重点】 1．理解动能、重力势能、弹性势能的概念，能准确判断物体具有何种形式的能； 2．掌握动能、重力势能大小的影响因素，通过实验探究并总结出“质量越大、速度越大，动能越大；质量越大、高度越高，重力势能越大”等结论； 3．理解动能与势能（重力势能、弹性势能）相互转化的过程，能分析生活中如摆球摆动、过山车运动等典型实例的能量转化情况。 【学习难点】 1．探究实验中，如何精准控制变量（如让小球从同一高度滚下保证速度相同，选用不同质量小球改变质量等），以及如何通过木块被推动的距离、木桩被打入的深度等间接反映动能、重力势能大小（转换法的理解与运用）； 2．全面、动态地分析复杂情境中动能与势能的相互转化，如蹦床运动中，小孩下落、接触蹦床、弹起等多个阶段，动能、重力势能、弹性势能的连续转化过程，准确把握每个阶段能量的变化及转化关系； 3．理解有摩擦等阻力时，机械能转化过程中机械能总量减少这一规律，能解释摆球摆动高度逐渐降低等现象，并区分理想情况与实际情况中机械能转化的差异。 【自主预习】阅读教材，完成以下问题： 1．物体能够对别的物体做功，这个物体就具有能量，能量简称能。物体能够做的功越多，表示它具有的能量就越大。在国际单位制中，能的单位是焦耳（J）。 2．物体由于运动而具有的能叫做动能。物体的速度越大，质量越大，它具有的动能就越大。 3．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。物体的位置越高，质量越大，它具有的重力势能就越大。 4．物体发生弹性形变而具有的能叫做弹性势能。弹性物体的弹性越强，形变越大，它具有的弹性势能就越大。 5．重力势能和弹性势能统称为势能。 【课堂探究】 探究一、能量的初步认识与动能的影响因素——辨现象、探规律 1．探究目标 通过分析物体做功的情景，理解“能量”的物理含义及单位。结合实验探究，明确动能的影响因素（质量、速度），推导动能与因素的定量关系。 2．探究过程 情景分析：认识“能量” 观察教材图11-4-1（a：拉弓射箭、b：形变跳板弹起运动员、c：重锤打桩、d：流水发电），小组讨论并完成下表： 物体（或情景） 是否能对其他物体做功 具有能量的判断（是/否） 能量的表现形式（运动/形变/位置） 被拉开的弓 是（能将箭射出） 是 形变 形变的跳板 是（能弹起运动员） 是 形变 下落的重锤 是（能打入铁桩） 是 运动+位置 流动的水 是（能推动水轮机） 是 运动 结合讨论提炼概念： 能量：物体能够对其他物体做功，就说该物体具有能量（简称“能”）；物体能做的功越多，能量越大。 能量单位：与功的单位一致，为焦耳（J）。 实验探究：动能的影响因素（教材活动1） 动能定义：物体由于运动而具有的能，称为动能（如运动的球、流动的水）。需通过控制变量法探究其影响因素。 （1）探究动能与“速度”的关系（控制质量不变） （2）探究动能与“质量”的关系（控制速度不变） 实验器材：斜面、同一小球、木块、刻度尺。 实验步骤： ①让同一小球从斜面A处（较低高度）由静止滚下，观察小球在平面的运动速度，记录木块被推开的距离； ②让同一小球从斜面B处（较高高度）由静止滚下，重复上述操作，对比两次木块距离。 数据记录与分析： 小球质量（控制变量） 斜面高度（影响速度） 小球速度大小（快/慢） 木块被推开的距离（远/近） 动能大小判断（大/小） 相同（同一小球） A处（低） 慢 近 小 相同（同一小球） B处（高） 快 远 大 结论：质量相同时，物体速度越大，动能越大。 实验器材：斜面、不同质量小球（如100g和200g）、木块、刻度尺。 实验步骤： ①让100g小球从斜面同一高度由静止滚下，记录木块被推开的距离； ②让200g小球从斜面同一高度（保证速度相同）由静止滚下，重复操作并对比。 数据记录与分析： 斜面高度 （控制速度） 小球质量 （大/小） 小球速度大小 （相同/不同） 木块被推开的距离 （远/近） 动能大小判断 （大/小） 相同 100g（小） 相同 近 小 相同 200g（大） 相同 远 大 结论：速度相同时，物体质量越大，动能越大。 拓展讨论：教材“想一想” 问题：以同样速度行驶的大货车和小汽车，哪个动能大？行驶时哪个危险性更高？ 分析：大货车质量远大于小汽车，根据“速度相同时质量越大动能越大”，大货车动能更大；若发生碰撞，大货车能做的功更多，破坏力更强，故大货车危险性更高。 3．探究结论 能量的核心：“能做功”，单位为焦耳（J）。动能的影响因素：与质量和速度有关，质量越大、速度越大，动能越大。 【例题1】如图所示，在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中，将小钢球从高度为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h1=h3>h2，mA=mB<mC。 (1)小钢球在滚下斜面的过程中，它的动能大小是通过 （选填“高度h”或“距离s”）大小来反映的； (2)分析比较甲和乙两组实验可得，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； (4)综合上述可知，如图丁所示的交通标志牌是交通管理部门对不同车型设定的最高 。 【答案】(1)距离；(2)大；(3)甲、丙；(4)车速 【解析】（1）小钢球从斜面滚下的过程中，其动能大小是通过小木块移动的距离大小来反映的，移动的距离越大，说明小钢球的动能越大。 （2）由甲、乙两组实验可知，高度h越大，小钢球到水平面时的初速度越大，小木块向前移动的距离s越远，说明小钢球的动能越大，故分析比较甲和乙两组实验可得，物体质量相同时，速度越大，动能越大。 （3）根据控制变量法可知，若想分析物体的动能与质量的关系，应控制速度相同、质量不同，甲、丙两组实验中小钢球的质量不同，其高度相同，小球到水平面的初速度相同，故由甲、丙实验可得出物体的动能与质量的关系。 （4）速度相同时，质量越大物体的动能越大，故图中所示的交通标志牌是交通管理部门对不同车型设定的最高车速。 探究二、势能的分类与重力势能的影响因素——分类型、找关联 1．探究目标 区分重力势能与弹性势能，明确两者的定义及常见实例。通过实验探究重力势能的影响因素（质量、高度），理解弹性势能的影响条件。 2．探究过程 概念辨析：势能的两种形式 结合教材图11-4-4（a：升高的重锤、b：变形的撑竿）及图11-4-1，小组讨论并定义： 重力势能：物体由于被举高（受重力作用）而具有的能（如升高的重锤、空中的飞机）。 弹性势能：物体由于发生弹性形变而具有的能（如拉开的弓、变形的撑竿、压缩的弹簧）。 统称：重力势能和弹性势能统称为势能。 实验探究：重力势能的影响因素（教材活动2 实验器材：不同质量的重物（如50g、100g钩码）、小木桩、沙盘、刻度尺。 实验原理：重物下落时的重力势能越大，对木桩做功越多，木桩被打入沙中的深度越深。 （1）探究重力势能与“高度”的关系（控制质量不变） （2）探究重力势能与“质量”的关系（控制高度不变） 实验步骤： ①让同一重物（如100g钩码）从较低高度由静止下落，记录木桩打入深度； ②让同一重物从较高高度由静止下落，重复操作并对比深度。 结论：质量相同时，物体被举得越高，重力势能越大。 实验步骤： ①让50g钩码从同一高度由静止下落，记录木桩打入深度； ②让100g钩码从同一高度由静止下落，重复操作并对比深度。 结论：高度相同时，物体质量越大，重力势能越大。 弹性势能的影响条件（理论分析） 结合教材实例（拉开的弓、变形的撑竿）讨论： 弓拉得越满（弹性形变越大），能将箭射得越远（弹性势能越大）； 撑竿形变越大、弹性越强，能将运动员弹得越高（弹性势能越大）。 总结：弹性势能与弹性形变大小和物体弹性强弱有关，形变越大、弹性越强，弹性势能越大。 3．探究结论 势能分类：重力势能（与质量、高度有关）、弹性势能（与形变、弹性有关）。 重力势能规律：质量越大、高度越高，重力势能越大；弹性势能规律：形变越大、弹性越强，弹性势能越大。 【例题2】【实验名称】探究影响重力势能大小的因素。 【猜想】在探究影响重力势能大小的因素时，某同学提出了如下猜想： 猜想一：重力势能的大小可能与物体的质量有关。 猜想二：重力势能的大小可能与物体所在的高度有关。 猜想三：重力势能的大小可能与物体的运动路径有关。 【证据】他为了验证猜想，准备了如下实验器材：花泥（易产生塑性形变）若干块，刻度尺一把，体积相同、质量为m的小球三个和质量为2m的小球一个。所用实验装置如图甲、乙所示： 为验证猜想，他首先让质量分别为m、2m的小球A、B从距花泥表面高H处由静止下落，测得A、B小球陷入花泥的深度分别为和，如图甲所示；然后让质量为m的小球C从距花泥表面高3H处由静止下落，质量为m的小球D从距花泥表面高3H的光滑弯曲管道上端由静止滑入，最后从管道下端竖直落下（球在光滑管道中运动的能量损失不计），测得C、D小球陷入花泥的深度均为，且。 【解释】 (1)本实验是通过观察 来判断重力势能大小的； (2)分析图甲所示的实验现象，可得出结论：当物体的运动路径、 相同时， 越大，重力势能越大； (3)分析图乙所示的实验现象，发现两个球运动的路径不同，但陷入花泥的深度相同，由此可知物体的重力势能与物体运动的路径 （选填“有关”或“无关”）； (4)比较 两个球，可得出结论：当物体质量相同时，高度越高，物体具有的重力势能越大； 【交流】 (5)本实验中主要采用的实验方法有转换法和 法； (6)由B、C两个球不能探究重力势能的大小与质量的关系，理由是没有控制 。 【答案】(1)小球陷入花泥中的深度；(2)高度 质量；(3)无关；(4)A、C；(5)控制变量；(6)下落高度相同 【详解】（1）小球的重力势能难以直接观察，可以观察小球陷入花泥中深度来间接反映，利用了转换法。 （2）[1][2]分析图甲所示的实验现象，两球高度相同，质量不同，质量大的陷入花泥中更深，根据控制变量法，可得出结论：当物体的运动路径、高度相同时，质量越大，重力势能越大。 （3）分析图乙所示的实验现象，质量和高度相同，两个球运动的路径不同，陷入花泥的深度相同，由此可知物体的重力势能与物体运动的路径无关。 （4）根据控制变量法，探究重力势能大小与高度的关系时，应保持质量相同，高度不同，故应选择A、C两球进行实验。 （5）小球的重力势能难以直接观察，可以观察小球陷入花泥中深度来间接反映，利用了转换法，重力势能的大小与质量和高度有关，每次只探究其中一个，另一个保持相同，应用了控制变量法，故本实验中主要采用的实验方法有转换法和控制变量法。 （6）探究重力势能的大小与质量的关系，根据控制变量法，应保持高度相同，质量不同，B、C两个球质量不同，下落高度也不相同，故不能完成探究重力势能的大小与质量的关系实验。 【例题3】如图所示是“探究物体重力势能与哪些因素有关”的实验，其中m甲=m乙<m丙，木桩起始位置高度相同。 (1)甲、乙、丙都由静止释放，目的是控制物体的初始动能为 J； (2)实验通过 来反映物体重力势能的大小，这种方法在初中物理学习中经常用到，请再举一例： ； (3)比较A、C两次实验，可以初步得出结论： ； (4)小明认为比较A、B两次实验，也可得出“质量相同时物体速度越大动能越大”，你认为这个观点是 的；（选填“正确”或“错误”） (5)比较B、C两次实验，可知乙的重力势能 丙的重力势能（选填“大于”、“等于”或“小于”）；小明认为比较B、C两次实验，也可得出“物体重力势能与高度有关”，你认为这个观点是 的。（选填“正确”或“错误”） 【答案】(1)0；(2)木桩下陷程度 见解析；(3)见解析；(4)正确；(5)等于 正确 【详解】（1）动能的大小与质量和速度有关，甲、乙、丙开始处于静止状态，开始的动能为零。 （2）[1]铁块的重力势能就越大，撞击木桩陷入沙坑越深，通过木桩下陷的深度来反映物体重力势能的大小，用到转换法。 [2]在探究声音产生的条件时，通过乒乓球的振动反映音叉的振动；在探究动能的影响因素时，通过推动木块移动的距离来反映动能的大小等也都用到了转换法。 （3）比较A、C两次实验，开始的高度相同，丙的质量较大，木桩下陷的深度较大，说明丙的重力势能较大。可以得到：高度相同时，质量越大，物体的重力势能越大。 （4）比较A、B两次实验，甲乙的质量相同，乙的高度较大，撞击木桩时的速度较大，木桩下陷的深度较大，说明乙的重力势能较大。物体下落过程中，重力势能转化为动能，乙下落过程中重力势能转化的动能较大，所以也可以得到质量相同时物体速度越大动能越大，小明的观点是正确的。 （5）[1]比较B、C两次实验，木桩下陷的深度相同，说明乙和丙的重力势能相等。 [2]比较B、C两次实验，丙的质量大，高度小，乙的质量小，高度大，但乙和丙都能使木桩下陷的深度相同，则乙和丙的重力势能相等，在已得出重力势能与质量的关系情况下，可以说明重力势能与高度有关，小明的观点正确。 探究三、机械能及其转化——析转化、明损耗 1．探究目标 理解“机械能”的组成（动能+势能），能识别物体同时具有的机械能形式。通过实验与实例分析，掌握动能与势能的转化规律，了解摩擦对机械能的影响。 2．探究过程 概念构建：机械能的组成 结合实例分析（教材描述）： 空中飞行的飞机：有“运动速度”（动能）+“被举高”（重力势能）→同时具有动能和重力势能； 摆动的摆球：运动时（动能）+有高度变化（重力势能）→同时具有动能和重力势能。 定义：物体的动能和势能统称为机械能。 实验探究：动能与势能的转化（教材活动3） （1）摆球的转化实验 实验器材：单摆（带细线的小球）、刻度尺。 实验步骤： ①将小球拉到A点（最高处）静止释放，观察小球摆动到B点（另一侧最高处）和C点（最低点）的运动状态； ②记录小球每次上升的最大高度，对比“第一次A点高度”与“后续B点高度”。 状态分析（填写下表）： 摆球位置 速度大小 （快/慢/零） 高度（高/低） 动能大小 （大/小/零） 重力势能大小 （大/小/零） 能量转化方向 A点（释放前） 零 最高 零 最大 —— A→C 逐渐变快 逐渐变低 逐渐变大 逐渐变小 重力势能→动能 C点（最低点） 最快 最低 最大 最小 —— C→B 逐渐变慢 逐渐变高 逐渐变小 逐渐变大 动能→重力势能 关键现象：小球每次上升的B点高度，都比前一次A点高度低一些。 原因分析：空气阻力对摆球做功，部分机械能转化为其他形式的能（如热能），导致机械能减少。 实例分析：生活中的机械能转化 结合教材图11-4-7（a：过山车、b：小孩玩蹦床），小组讨论转化过程： 过山车（沿轨道运动）： 从“高处起点”→“低处轨道”：重力势能减小，速度增大→重力势能→动能； 从“低处轨道”→“高处轨道”：速度减小，高度增大→动能→重力势能。 小孩玩蹦床： 小孩下落时：高度降低，速度增大→重力势能→动能； 接触蹦床后：速度减小，蹦床形变增大→动能→弹性势能； 蹦床恢复形变时：形变减小，小孩速度增大→弹性势能→动能； 小孩上升时：速度减小，高度增大→动能→重力势能。 拓展讨论：教材“想一想” 问题：跳水运动员从跳板上跳起到落水的过程中，能量如何转化？ 分析：跳板形变→运动员上升：弹性势能→动能→重力势能；运动员下落→落水：重力势能→动能。 3．探究结论 机械能组成：机械能=动能+势能（重力势能/弹性势能）。 转化规律：动能与势能可以相互转化（重力势能↔动能、动能↔弹性势能）。 机械能损耗：存在摩擦（或空气阻力）时，部分机械能会转化为其他形式的能，导致机械能减少；无摩擦时，机械能总量保持不变（理想情况）。 【例题4】如图所示，小球在A点由静止开始释放，向右侧摆动，B点是小球摆动的最低点，C点是小球摆动到右侧的最高点，且A、C两点到B点的竖直距离。在小球从B点摆动到C点的过程中，下列说法正确的是（　　） A．小球的运动状态保持不变 B．小球受到的重力和拉力对小球做了功 C．小球的机械能总量逐渐减小 D．小球的动能全部转化为重力势能 【答案】C 【解析】A．小球摆动过程中运动速度和方向不断变化，所以小球的运动状态在变化，故A错误； B．小球在摆动过程中，拉力与小球的运动方向始终是垂直的，所以绳子的拉力对小球不做功，重力做功，故B错误； CD．小球在最高点时，动能为0，由于A、C两点到B点的竖直距离，这说明小球在最高点时重力势能不相等，机械能不相等，原因是摆动过程中小球与空气有摩擦，一部分机械能转化为内能，所以小球的内能变大，机械能总量减少，小球的动能不可能全部转化为重力势能；故C正确，D错误。 故选C。 【例题5】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，在A点弹性绳正好处于原长；在B点运动员受到的重力与弹性绳对运动员的拉力大小相等；在C点是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）则从O点到C点的过程中，运动员的动能 （选填“增大”“减小”“不变”或“先增大后减小”）。 【答案】先增大后减小 【解析】O点到A点，运动员自由下落，其重力势能转化为动能，动能增大，A点到B点的过程中，重力大于弹性绳对运动员拉力，因此速度越来越大，动能越来越大，到达B时速度达到最大，动能最大，B点到C点的过程中，弹力大于重力，速度减小，动能减小，从O点到C点的过程中，运动员的动能先增大后减小。 【归纳整理】 【课堂练习】 题组A 基础过关练 1.下列有关功和能的关系的说法中，正确的是( ) A.物体具有的能量越大，做的功越多 B. 具有能量的物体一定做功 C. 做功的物体一定具有能量 D. 物体不做功就没有能量。 【答案】C 【解析】A. 物体本身能量多，只是用少部分能量做功，那么物体做的功就少；故A错误； B. 物体本身具有能量但不表示一定会对另外一个物体做功，故B错误； C. 只要能够对另外的物体做功，我们就可以认定该物体具有能量，故C正确； D. 物体有没有做功不能决定，该物体是否有能量，故D错误。故选C。 2.下列物体具有弹性势能的是( ) A.在水平公路上行驶的小轿车 B. 悬挂在天花板上的电灯 C. 被拉开的弹弓 D. 在空中飞行的飞机。 【答案】C 【解析】A.小轿车具有动能，故A错误；B.点灯具有重力势能，故B错误；C.弹弓由于被拉开发生形变，因此具有弹性势能，故C正确；D.飞行的飞机具有动能和重力势能，故D错误。故选C. 3.下列关于动能、势能的说法正确的是( ) A.在空中飞行的飞机只具有动能 B. 质量和速度相同的物体具有的动能一样大 C.炮弹具有的动能一定比子弹具有的动能大 D. 质量大的物体具有的重力势能一定大. 【答案】B 【解析】A．在空中飞行的飞机具有动能和重力势能，故A说法错误； B．动能的影响因素为质量和速度，速度和质量相同，动能一定相同，所以B说法正确； C．动能的影响因素为质量和速度，质量大的物体动能不一定大，还要考虑速度，C说法错误； D．重力势能的影响因素高度和质量，质量大的物体重力势能不一定大，还要考虑物体的高度，故D说法正确。故选B。 4.三峡水库修建大坝，提高水位是为了增加水的（ ） A.内能 B. 重力势能 C. 弹性势能 D. 动能 【答案】B 【解析】重力势能的影响因素高度和质量，提高水位增高了高度，重力势能增大； 5．人骑自行车下坡时，速度会越来越快，在这过程中（ ） A.人和车动能保持不变 B.人和车动能增大 C.人和车动能减小 D.人和车重力势能增大 【答案】B 【解析】人骑着自行车下坡，高度逐渐减小，速度越来越快，由重力势能转化为动能，故人和车动能增大；故选B。 6．下面的四幅图中属于动能转化为重力势能的是: ( ) 【答案】C 【解析】A.弹弓射出子弹过程中弹性势能转化为动能；故A错误；B.小明从高处下滑由重力势能转化为动能，故B错误；C.轻轨车滑上站台动能转化为重力势能，故C正确；D.子弹水平穿过苹果动能转化为内能，故D错误。故选D。 7.火箭点火后，载着神八加速上升过程中，神八的机械能变化情况是（　　） A．动能减小，重力势能增大 B．动能减小，重力势能减小 C．动能增大，重力势能减小 D．动能增大，重力势能增大 【答案】D。 【解析】火箭在加速上升的过程中，由于速度增大，其动能变大；由于上升时高度变大，其重力势能变大；故动能与重力势能的和--机械能变大；故选D。 题组B 能力提升练 1．（多选）如图所示，斜面与水平面在M点通过小圆弧相连，弹簧左端固定，原长时右端在N点，小物块从斜面上P点由静止滑下，与弹簧碰撞后又返回到P点，则（　　） A．小物块从P向M运动过程中，重力势能减少 B．小物块从P向M运动过程中，机械能减少 C．小物块从P向M运动过程中，机械能不变 D．弹簧被压缩到最短时，弹簧的弹性势能最大 【答案】ACD 【解析】A．小物块从P向M运动过程中，质量不变，高度变小，重力势能减小，故A正确； BC．物块从P到N碰撞后还能返回到P说明没能量损失，机械能守恒；小物块从P向M运动过程中，重力势能转化为动能，机械能不变；故B错误，C正确； D．弹簧被压缩到最短时，弹簧的弹性形变达到最大限度，弹性势能最大，故D正确。 2.把篮球抛向空中，忽略空气阻力，哪一图象能正确反映球离手后至落回地面前机械能（E）与篮球离地—高度（h）的关系（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【解析】把篮球抛向空中，忽略空气阻力，只有动能和势能的相互转化，机械能守恒，机械能不变。故选A。 3.小红猜想动能的大小可能与物体质量和运动速度有关，于是设计了如图11-10甲、乙所示的实验，探究动能的大小与哪些因素有关。 图11-10 （1）让质量相同的两个小球沿同一光滑斜面分别从A处和B处开始向下运动，然后与放在水平面上的纸盒相碰，纸盒在水平面上移动一段距离后静止，如图11-10甲所示。 （2）让不同质量的两个小球沿同一光滑斜面分别从B处开始向下运动，然后与放在水平面上的纸盒相碰，纸盒在水平面上移动一段距离后静止，如图11-10乙所示。 上述甲、乙两组实验中： ①乙图中让不同质量的两个小球从同一高度滚下的目的是两球到达水平面时，具有相同的 。 ②选用图甲探究的是动能与 的关系，理由是：两球 相等；得出的结论是： 。 ③选用图乙探究的是动能与 的关系，得出的结论是： 。 ④物理研究方法有许多，如等效替代法、类比法、对比法、控制变量法；本实验中运用了两种研究方法，一是 法；二是转换法，就是用纸盒移动的距离长短来表示小球动能的大小。 【答案】（1）速度；（2）小球速度，质量，当小球质量相同时，小球速度越大，动能越大；（3）小球质量，当小球速度相同时，小球质量越大，动能越大；（4）控制变量法 【解析】（1）小球在相同高度下滑时是为了保证到达水平面时具有相同的速度；（2）、（3）动能的大小与物体的质量和速度有关，用控制变量法来表达实验结论（4）探究动能大小的影响因素与物体质量和速度有关，多变量实验应该用控制变量法来探究。 1/1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $