11.4 动能和势能（讲义）物理新教材沪粤版九年级上册

本讲义聚焦初中物理“动能和势能”核心知识点，从能量定义切入，系统梳理动能（质量、速度影响）、重力势能（质量、高度影响）、弹性势能（形变程度影响）及机械能转化规律，构建“概念理解-实验探究-生活应用”的学习支架。 资料通过实验探究（如控制变量法、转换法探究动能影响因素）和分层练习（基础通关到迁移创新），培养科学探究与科学思维，结合扫地车、卫星运行等实例深化能量观念，课中辅助教学，课后助力学生查漏补缺。

第十一章 功与机械能 第4节 动能和势能 课标要点 知道动能、重力势能和弹性势能的概念。 通过实验探究，了解影响动能大小的因素（质量、速度）。 通过实验探究，了解影响重力势能大小的因素（质量、高度）。 了解弹性势能与弹性形变程度的关系。 知道机械能的概念，初步认识动能和势能的相互转化。 学习重难点 重点：动能、势能的概念；探究影响动能和势能大小的因素。 难点：设计实验探究动能大小的影响因素（控制变量法、转换法的应用）；分析生活中动能和势能的转化实例。 知识点 能量 1. 定义：物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量，简称能。 2. 单位：能量的单位与功的单位相同，也是 焦耳 ，符号是J。 3. 理解：一个物体能够做的功越多，表示这个物体的能量越大。“能够做功”是指具有做功的本领，不一定正在做功。 特别提醒 “能够做功”不等于“正在做功”。例如，高山上静止的石头具有重力势能，虽然它此刻没有做功，但它具备做功的能力。 随学随练 1．（多选）焦耳是下列哪些物理量的单位（     ） A．功 B．功率 C．压强 D．机械能 【答案】AD 【详解】AD．功、各种能量的单位都是焦耳（J），故AD符合题意； B．功率的单位是瓦特（W），故B不符合题意； C．压强的单位是帕斯卡（Pa），故C不符合题意； 故选AD。 2．如图所示，流水推动水车转动，对水车_______（选填“做了功”或“没做功”），流水_______（选填“具有”或“不具有”）能量。 【答案】 做了功 具有 【详解】[1]流水推动水车转动，流水给水车的力使水车叶轮沿力方向移动距离，所以流水对水车做了功。 [2]流水能够对水车做功，所以具有能量。 知识点 动能（重点） 1. 定义：物体由于运动而具有的能叫做动能。 2．影响因素：动能的大小与物体的质量和速度有关。 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，它的动能越大。 ３．实验探究：探究动能的大小与哪些因素有关 ４．实验方法：控制变量法和转换法。 转换法：通过观察 木块被撞击后移动的距离 来反映小球动能的大小。木块移动得越远，说明小球对木块做的功越多，小球的动能越大。 控制变量法： 探究动能与速度的关系：让同一小球从斜面的不同高度由静止滚下（控制质量不变，改变速度）。 探究动能与质量的关系：让不同质量的小球从斜面的同一高度由静止滚下（控制速度不变，改变质量）。 ５．实验结论： 质量相同时，速度越大，动能越 大 。 速度相同时，质量越大，动能越 大 。 注意：实验中让小球从斜面滚下而不是推下，是为了保证小球到达水平面时的初速度仅由高度决定。 ６．易错提醒 在探究动能与质量关系时，必须让不同质量的小球从同一高度滚下，目的是使它们到达水平面时的速度相同。若高度不同，则无法控制速度这一变量。 随学随练 3．某款电动无人扫地车在平直路面上匀速前进并将地面上的落叶吸入车内，此过程中，扫地车整体的动能__________（选填“不变”、“变大”或“变小”）。 【答案】 变大 【详解】动能的大小与物体的质量和速度有关，扫地车在平直路面匀速前进，其速度保持不变；在吸入落叶的过程中，扫地车整体的质量逐渐变大。当速度不变时，质量越大，动能越大，因此扫地车整体的动能变大。 4．在“探究影响动能大小的因素”实验中，如图所示，将小球从高度为h的同一斜面上由静止开始滚下，推动同一小木块在水平面上向前移动一段距离s后停下，完成甲、乙、丙三次实验。（其中，） (1)实验中探究物体的动能是指________（选填字母） A．小球在斜面上的动能 B．小球撞击木块时的动能 C．木块被撞击后的动能 (2)将质量不同的小球从同一斜面的相同高度由静止释放的目的是使小球到达水平面时________相同；此过程涉及到的实验方法是________； (3)由甲、乙两次实验得出的结论可以解释下列哪种现象________； A．安全驾驶莫超载 B．十次车祸九次快 (4)由甲、丙两次实验得出的结论是：________________________________ (5)若水平面绝对光滑________（选填“能”或“不能”）达到实验探究的目的。 【答案】(1)B (2) 速度 控制变量法 (3)B (4)当物体的速度相同时，物体的质量越大，动能越大。 (5)不能 【详解】（1）本实验探究的是小球撞击木块时的动能大小，通过木块被推动的距离来反映该动能的大小，故B符合题意，AC不符合题意。 故选B。 （2）让不同小球从同一斜面相同高度由静止释放，小球的重力势能转化为动能，到达水平面时的速度大小相等。 探究动能和质量的关系时控制速度不变，只改变质量，这种实验方法是控制变量法。 （3）甲、乙两次实验中，小球质量相同，释放高度不同，到达水平面的速度不同，甲的速度更大，木块被推动得更远，说明质量相同时，物体速度越大动能越大，对应“十次车祸九次快”的现象，故B符合题意，A不符合题意。 故选B。 （4）甲、丙两次实验中，小球从同一高度释放，到达水平面的速度相同，C球质量更大，木块被推动得更远，因此得出结论：当物体的速度相同时，物体的质量越大，动能越大。 （5）若水平面绝对光滑，木块被小球撞击后将不受摩擦力，会一直做匀速直线运动，无法通过木块移动的距离来比较小球的动能大小，因此不能达到实验目的。 知识点 势能 1. 重力势能 定义：物体由于被举高而具有的能叫做重力势能。 影响因素：重力势能的大小与物体的 质量 和 被举高的高度 有关。 质量相同的物体，被举得越高，重力势能越 大 。 高度相同的物体，质量越大，重力势能越 大 。 参考平面：通常以地面为参考平面，但也可以选取其他平面。 2. 弹性势能 定义：物体由于发生 弹性形变 而具有的能叫做弹性势能。 影响因素：弹性势能的大小与物体发生弹性形变的程度有关。 对于同一弹性物体，弹性形变越大，弹性势能越 大 。 注意：超过弹性限度后，物体可能无法恢复原状，此时不再讨论弹性势能。 教材延伸 打桩机的重锤被举高后具有重力势能，下落时将重力势能转化为动能，进而对桩做功。射箭时，拉弯的弓具有弹性势能，松手后转化为箭的动能。 随学随练 5．小强将一物体从地面匀速提升到高处，在此过程中，下列说法正确的是（     ） A．物体的动能增大 B．物体的重力势能不变 C．物体的重力势能增大 D．物体的动能减小 【答案】C 【详解】AD．将物体从地面匀速提升到高处，物体的质量不变，速度不变，故物体的动能不变，故AD错误； BC．将物体从地面匀速提升到高处，物体的质量不变，高度增大，物体的重力势能增大，故B错误，C正确。 故选C。 6．下列物体具有弹性势能的是（　　） A．飞行的小鸟 B．被拉开的弹弓 C．水平行驶的汽车 D．举高的杠铃 【答案】B 【详解】A．飞行的小鸟具有重力势能和动能，但没有发生弹性形变，故不具有弹性势能，故A不符合题意； B．被拉开的弹弓发生了弹性形变，具有弹性势能，故B符合题意； C．水平行驶的汽车具有动能，但没有发生弹性形变，不具有弹性势能，故C不符合题意； D．举高的杠铃具有重力势能，但没有发生弹性形变，不具有弹性势能，故D不符合题意。 故选B。 知识点 机械能及其转化 1. 机械能：动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。 2. 动能和势能的转化： 动能 重力势能：物体上升过程（如向上抛出的球），速度减小，高度增加， 动 能转化为 重力势 能。 重力势能 动能：物体下落过程（如自由落体），高度减小，速度增加， 重力势 能转化为 动 能。 动能 弹性势能：如弹簧振子、蹦床运动。压缩/拉伸弹簧时， 动 能转化为 弹性势 能；恢复原状时， 弹性势 能转化为 动 能。 3. 机械能守恒： 如果只有动能和势能相互转化，而没有摩擦阻力等外力做功，机械能的总量保持不变。 实际生活中，由于存在空气阻力和摩擦，部分机械能会转化为内能，导致机械能总量减小。 特别提醒 卫星在大气层外绕地球运行时，不受空气阻力，机械能守恒。在近地点时，速度最大，动能最大，势能最小；在远地点时，速度最小，动能最小，势能最大。 随学随练 7．关于机械能，下列说法正确的是（     ） A．质量大的物体动能一定大 B．被举高的物体具有重力势能 C．静止的物体没有机械能 D．物体的机械能一定保持不变 【答案】B 【详解】A．动能大小由质量和速度两个因素共同决定，质量大的物体如果速度很小，动能也不一定大，故A错误； B．重力势能的定义是物体由于被举高而具有的能，因此只要被举高的物体都具有重力势能，故B正确； C．机械能是动能与势能的总和，静止的物体动能为零，但如果物体被举高，就会具有重力势能，因此仍然拥有机械能，故C错误； D．当物体克服摩擦做功时，机械能会转化为内能，机械能减小，因此机械能不一定保持不变，故D错误。 故选B。 8．如图所示，小明将铁锁用细绳悬挂起来，把铁锁拉近鼻子，头保持不动，由静止释放，铁锁来回摆动。在此过程中，下列说法正确的是（     ） A．最低点时，动能为零 B．最低点时，重力势能最大 C．从最高点摆到最低点，重力势能转化为动能 D．铁锁摆回时，机械能不变 【答案】C 【详解】A．铁锁在最低点时速度最大，质量不变，因此动能最大，不为零，故A错误； B．重力势能和高度有关，质量不变，铁锁在最低点时高度最低，重力势能最小，故B错误； C．从最高点摆到最低点的过程中，铁锁质量不变，高度降低、重力势能减小，速度增大、动能增大，是重力势能转化为动能，故C正确； D．铁锁来回摆动的过程中，需要克服空气阻力做功，一部分机械能会转化为其它形式的能，因此机械能不断减小，故D错误。 故选C。 题型 生活中的能量分析 1. 能量的单位是焦耳，符号是J。 2. 一个物体能够做的功越多，表示这个物体的能量越大。“能够做功”是指具有做功的本领，不一定正在做功。 活学活用 1．风是流动的空气。如图所示，风可以吹动风力发电机转动，则风_______（选填“具有”或“不具有”）能量。 【答案】具有 【详解】风可以推动风力发电机转动，所以风能对风力发电机做功；一个物体如果能够对外做功，就具有能量；风可以对外做功，所以具有能量。 2．关于能的概念，下列说法正确的是（     ） A．一个物体能够对外做功，我们就说它具有能量 B．物体具有的能量越多，做的功就越多 C．物体做了功，它具有的能量就减少了 D．能量不是一个物体本身具有的，与它是否做功有关 【答案】A 【详解】A．物体能够做功，说明它具有能量，故A正确； B．物体能量越多，代表它能够对外做的功越多，不代表它实际已经做了更多功，故B错误； C．只有物体对外做功时，自身能量才会减少，故C错误； D．能量是物体本身具有的属性，只和物体的状态有关，和物体是否做功无关，故D错误。 故选A。 题型 机械能的变化分析 动能 重力势能：物体上升过程（如向上抛出的球），速度减小，高度增加，动能转化为重力势能。 重力势能 动能：物体下落过程（如自由落体），高度减小，速度增加，重力势能转化为动能。 动能 弹性势能：如弹簧振子、蹦床运动。压缩/拉伸弹簧时，动能转化为弹性势能；恢复原状时，弹性势能转化为动能。 机械能守恒：如果只有动能和势能相互转化，而没有摩擦阻力等外力做功，机械能的总量保持不变。 活学活用 3．如图所示是我国神舟二十二号载人飞船返回舱返回地球时穿越大气层加速下降的模拟情景，返回舱与大气摩擦使其外壳的温度升高。下列有关返回舱在加速下降过程中，说法正确的是（     ） A．返回舱的动能保持不变 B．返回舱的重力势能减小 C．返回舱的动能转化为重力势能 D．返回舱的机械能守恒 【答案】B 【详解】ABC．返回舱加速下降时，质量不变，速度增大，动能增大，高度减小，重力势能减小，重力势能转化为动能，故AC错误，B正确； D．返回舱与大气摩擦，克服摩擦做功，一部分机械能转化为其它形式的能，机械能不守恒，故D错误。 故选B。 4．毽子踢出后，在竖直上升和竖直下落的过程中，均受到空气阻力的作用，且空气阻力随速度的增大而增大。毽子在上升和下降过程中（     ） A．速度先减小后增大 B．重力势能先减小后增大 C．机械能一直在减小 D．合力一直在减小 【答案】C 【解析】A．上升过程合力向下，速度持续减小到0；下落过程先加速，当阻力等于重力后匀速，速度并非一直增大，故A不符合题意； B．重力势能随高度升高而增大，毽子上升时高度增加、下落时高度降低，重力势能先增大后减小，故B不符合题意； C．上升和下落过程中，空气阻力始终与运动方向相反，毽子一直克服空气阻力做功，机械能不断转化为内能，因此机械能一直在减小，故C符合题意； D．上升过程合力，阻力随速度减小而减小，合力减小；下落过程合力，阻力随速度增大而增大，合力减小，当后合力为0保持不变，不是一直减小，故D不符合题意。 故选C。 5．如图所示把一个铁锁用绳子悬挂起来，将铁锁拉到鼻子附近，稳定后松手，铁锁从A点摆动到B点，然后从B点摆回，下列有关运动过程中（忽略空气阻力）的铁锁说法正确的是（     ） A．从A点摆动到B点，动能增大 B．从A点摆动到B点，只有动能和重力势能相互转化 C．在A点的机械能大于B点的机械能 D．摆回时的高度低于A点的高度，所以不会打到鼻子 【答案】B 【详解】A．A、B是摆动过程的两个最高点，铁锁从A到B的过程为：最低点。下落过程动能增大，上升过程动能减小，因此整个过程动能先增大后减小，不是一直增大，故A错误； B．忽略空气阻力时，摆动过程中绳子拉力对铁锁不做功，只有重力做功，因此只有动能和重力势能的相互转化，机械能守恒，故B正确； C．忽略空气阻力，机械能守恒，因此A点的机械能等于B点的机械能，故C错误； D．忽略空气阻力，机械能守恒，摆回时最高能到达和A点相同高度，因此“摆回时的高度低于A点”的结论错误，故D错误。 故选B。 基础通关 1．在国际单位制中，功与能量的单位是相同的，它们的单位是（     ） A．焦耳 B．瓦特 C．牛顿 D．帕斯卡 【答案】A 【详解】功与能量的国际单位都是焦耳（J）；瓦特是功率的国际单位、牛顿是力的国际单位、帕斯卡是压强的国际单位。故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 2．关于功和能下列说法错误的是（　　） A．能量的单位是焦耳 B．物体能够对外做功，则物体具有能量 C．具有能的物体一定正在做功 D．物体能够做的功越多，它具有的能就越大 【答案】C 【详解】A．能量和功的单位都是焦耳，故A正确，不符合题意； B．物体能够对外做功，就说明物体具有能量，故B正确，不符合题意； C．具有能量只代表物体具备对外做功的本领，不一定正在做功，故C错误，符合题意； D．能量反映物体做功的本领，物体能做的功越多，它具有的能量就越大，故D正确，不符合题意。 故选C。 3．如图所示，2026年5月17日，在世界超级摩托车锦标赛（捷克站）中，重庆制造的张雪机车820RR-RS赛车再次夺冠。在某次训练过程中，机车从坡顶加速下滑到坡底的过程中，下列说法正确的是（     ） A．动能减小，重力势能减小 B．动能增大，重力势能减小 C．动能增大，重力势能增大 D．动能减小，重力势能增大 【答案】B 【详解】机车下滑过程中质量不变，题目明确说明是加速下滑，速度不断增大，因此动能增大； 重力势能的影响因素是质量和高度：机车从坡顶到坡底，质量不变，所处的高度不断降低，因此重力势能减小。 故选B。 4．一款农用喷药无人机正在匀速前行进行喷药作业，请判断它的动能将如何变化（     ） A．变大 B．变小 C．不变 D．无法判断 【答案】B 【详解】动能的大小与物体的质量和运动速度有关，速度一定时，物体质量越小，动能越小。本题中无人机匀速作业，速度不变，喷药过程中无人机不断喷出农药，自身总质量减小，因此动能变小|。 故选B。 5．如图所示，小红在家玩“套圈”游戏，套圈从a点运动到c点的过程中（不计空气阻力）（    ） A．在a点的重力势能最大 B．在b点时的动能为0 C．在c点的机械能大于在a点的机械能 D．由b点到c点的过程中，重力势能转化为动能 【答案】D 【详解】A．重力势能的大小与物体的质量和高度有关，套圈的质量不变，由图可知，套圈在b点时的高度最高，故此时套圈的重力势能最大，故A不符合题意； B．由于套圈在b点时在水平方向仍有一定的速度，此时套圈的动能不为零，故B不符合题意； C．由于不计空气阻力，在整个过程中，套圈的机械能不变，故套圈在c点的机械能等于在a点的机械能，故C不符合题意； D．由b点到c点的过程中，套圈的质量不变，高度降低，重力势能减小，速度增大，动能增大，此过程中将重力势能转化为动能，故D符合题意。 故选D。 6．华山为我国著名的五岳之一，有着“奇险天下第一山”的美誉。小明假期和家人游览华山时乘坐缆车上山。在缆车匀速直线上升过程中，坐在缆车内的小明相对于缆车是___________（选填“运动”或“静止”）的，小明的重力势能___________，机械能___________。（后两空均选填“增大”“减小”或“不变”） 【答案】 静止 增大 增大 【详解】判断物体运动状态需依据其相对参照物的位置变化。以缆车为参照物，小明与缆车的相对位置未发生改变，因此小明是静止的。 重力势能的大小与物体质量和高度有关，小明的质量不变，缆车上升过程中小明的高度不断升高，所以重力势能增大。 机械能等于动能与重力势能之和，小明做匀速直线运动，其质量和速度均不变，故动能不变，结合重力势能增大的结论，可知机械能增大。 7．学校运动会上同学们大显身手、佳绩频出。小华抛出的实心球划过完美的曲线，实心球从小华手中飞出后，小华对实心球_____（选填“做功”或“不做功”），实心球运动到最高点时_____（选填“有”或“没有”）动能。小华如脱缰的野马，加速后起跳，成功越过横杆，小华越过横杆后下落时，小华的_____能转化为动能。 【答案】 不做功 有 重力势 【详解】做功的两个必要条件是物体受到力的作用，且物体在力的方向上通过一段距离，实心球飞出后，小华不再对其施加力，因此小华对实心球不做功。 实心球在最高点时，水平方向仍有速度，因此具有动能。 小华下落过程中，质量不变，高度减小，重力势能减小；速度增大，动能增大，所以是重力势能转化为动能。 8．现代农业利用无人机给庄稼喷洒农药，极大地提高了工作效率。如图所示，无人机在稻田上方沿水平方向匀速飞行并喷洒农药，此过程中，无人机的动能______，机械能______。（均选填“变大”“变小”或“不变”） 【答案】 变小 变小 【详解】[1]动能的大小与物体的质量和速度有关，无人机速度不变，由于喷洒了农药，总质量减小，故它的动能减小。 [2]机械能是动能和势能的总和。无人机高度不变，质量减小，重力势能减小。动能也在变小，势能与动能的和，机械能也在减小。 9．如图，小林在“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，撞击同一水平面上的同一木块，木块移动一段距离后停止。 (1)甲、乙两图设计实验的目的是研究_______（选填“小球”或“木块”）动能的大小与速度的关系； (2)实验是通过观察_____________________________，说明钢球对木块做功的多少，从而得出结论； (3)小林用图丙所示的方案进行实验：用质量不同的两个钢球将同一弹簧压缩到相同程度，放手后将小球弹出去撞击放在同一位置的木块。 ①此过程中将弹簧的_______________转化为钢球的动能； ②这样做___________（填“能”或“不能”）验证动能与质量的关系。 【答案】(1)小球 (2)木块被撞击后移动距离的远近 (3) 弹性势能 不能 【详解】（1）甲、乙两图中，控制了质量相同；让小球从不同高度滑下，是为了使小球到达水平面时具有不同的速度。因此，该实验的目的是研究小球的动能大小与速度的关系。 （2）实验中采用了转换法，通过观察木块被推动的距离来反映钢球对木块做功的多少；木块被推动的距离越远，说明钢球的动能越大。 （3）①弹簧被压缩后具有弹性势能，放手后弹簧恢复原状，将弹性势能转化为钢球的动能。 ②研究动能与质量的关系需控制速度相同；用同一弹簧压缩相同程度，弹性势能相同，转化的动能相同，钢球质量不同，则速度不同，未控制速度相同，故不能验证。 10．小明同学在探究“重力势能的大小与哪些因素有关”时，把小桌放在透明的沙箱中，让重物（重物A质量小于重物B）从高处由静止自由落下打击小桌，如图所示。 (1)实验中探究的是______（选填“重物”或“小桌”）的重力势能，通过观察__________________来判断物体重力势能的大小； (2)比较图乙、丙两实验，可以探究重力势能的大小与____________的关系； (3)比较图甲、乙两实验，可得出的结论是：其他条件一定时，物体____________，重力势能越大。 【答案】(1) 重物 桌腿陷入沙子的深度 (2)质量 (3)高度越高 【详解】（1）被举高的物体有重力势能，让重物从高处落下，撞击桌面的中心部位，桌腿陷入沙子，实验中探究的是重物的重力势能。通过比较桌腿进入沙子的深浅来比较重力势能的大小。 （2）重力势能与两个因素有关，一是物体质量，二是物体被举高度，根据控制变量法，保持高度相同，改变物体的质量是在探究重力势能与质量的关系， （3）比较图甲、乙两次实验，物体的质量相同，乙图中物体的高度较大，桌腿进入沙子较深，说明它的重力势能较大，因此可以得到结论：其他条件一定时，物体的高度越高，重力势能越大。 素养提升 11．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 【详解】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能量，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．能量的转化需要通过做功来实现，所以做功的本质是能量的转化，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。 12．如图是冰壶比赛场地的示意图。运动员从点推动冰壶由静止开始前进，到点时松手，冰壶滑行到点静止。不计空气阻力，下列说法不正确的是（     ） A．从点到点的过程中，推力对冰壶做了功 B．从点到点的过程中，冰壶的动能一直减小 C．从点到点的过程中，冰壶的机械能减小 D．从点到点的过程中，人对冰壶没有做功 【答案】B 【详解】A．从点到点的过程中，在推力的方向上移动了一段距离，推力对冰壶做了功，故A正确； B．从点到点的过程中，冰壶加速运动，动能增大，从点到点的过程中，冰壶减速运动，动能减小，故B错误； C．从点到点的过程中，冰壶受到摩擦力，做减速运动，动能减小，冰壶的高度不变，重力势能不变，冰壶的机械能减小，故C正确； D．从点到点的过程中，冰壶已经脱离了人手，人对冰壶没有力的作用，人对冰壶没有做功，故D正确。 本题选不正确的选项，故选B。 13．生活中竖直掉在地上的弹性小球会跳起，但是弹起的高度会越来越低。如图所示是小球弹跳的频闪照片，小球在A、B位置的高度一样，则小球（     ） A．A、B两个位置的重力势能不相等 B．C位置动能大于B位置动能 C．C位置机械能大于A位置机械能 D．在弹跳过程中机械能不守恒 【答案】D 【详解】A．小球质量不变，A、B两个位置的高度相同，所以重力势能相等，故A不符合题意。 B．C位置在第一次弹起的最高点，小球瞬时速度为0，动能为0；B位置小球仍在运动，动能大于0，因此C位置动能小于B位置动能，故B不符合题意。 C．小球弹跳过程中不断克服空气阻力、摩擦做功消耗机械能，整体机械能持续减小，C点的运动时间晚于A点，因此C位置的机械能小于A位置的机械能，故C不符合题意。 D．小球每次弹起的高度越来越低，说明机械能不断转化为内能等其他形式的能量，在弹跳过程中机械能不守恒，故D符合题意。 故选D 14．如图为小孩子玩蹦床的照片及其简化示意图，点是小孩由最高点开始自由下落的起始位置，点是蹦床不发生形变时的位置，点是小孩受到的重力与蹦床对小孩的弹力相等的位置，点是小孩到达的最低位置。若忽略空气阻力，则（     ） A．在点时，小孩受力平衡 B．从点到点的过程中，小孩的重力势能一直增大 C．从点到点的过程中，蹦床的弹性势能一直增大 D．从点到点的过程中，小孩的动能先增大后减小 【答案】C 【详解】A．O点是小孩下落的起始最高点，忽略空气阻力，小孩在O点只受重力作用，合力不为零，不是平衡状态，受力不平衡，故A不符合题意； B．重力势能的大小与物体质量和高度有关，从A点到C点的过程中，小孩质量不变，高度持续降低，因此重力势能一直减小，故B不符合题意； C．弹性势能的大小与弹性形变程度有关，从A点到C点的过程中，蹦床的弹性形变程度逐渐增大，因此蹦床的弹性势能一直增大，故C符合题意； D．从O点到A点的过程中，忽略空气阻力，小孩只受向下的重力，速度一直增大，小孩质量不变，因此动能一直增大，故D不符合题意。 故选C。 15．小明同学用如图甲所示的实验装置“探究影响动能大小的因素”，将小车从斜面上高h处由静止释放，运动到水平木板上后与木块碰撞。 (1)此实验研究的是__________（选填“碰撞前小车”、“碰撞后小车”或“碰撞后木块”）的动能，通过__________来反映动能的大小。 (2)图乙中比较场景①和②，可探究动能大小与__________的关系；移去木块后，进行场景③和④实验时，小车滑行的距离不同，此时小车在水平面上克服摩擦力做的功分别为、，则__________（选填“＞”、“＝”或“＜”）。 (3)小明同学尝试改用图丙所示装置探究“物体动能大小与质量的关系”，设计方案是：用质量不同的钢球将同一弹簧压缩相同程度后由静止释放，撞击同一木块，比较木块被撞击的距离。该方法__________（选填“可行”或“不可行”），请说明你的判断依据：____________________。 【答案】(1) 碰撞前小车 木块被小车撞击后推动的距离 (2) 速度 ＜ (3) 不可行 弹簧压缩程度相同时弹性势能相同，转化的动能相同，木块移动的距离相同 【详解】（1）本实验的探究对象是碰撞前小车的动能，实验使用转换法，通过木块被小车推动后移动的距离，间接反映小车动能的大小：动能越大，木块被推得越远。 （2）场景①和②中，小车质量相同，从斜面不同高度滑下，到达水平面时速度不同，因此探究的是动能大小与速度的关系； 小车最终停下时，动能全部用来克服摩擦力做功；小车下滑到停止的过程中，动能由重力势能转化而来；场景③中小车总质量小于场景④，同一高度下，总质量越小，初始重力势能越小，因此克服摩擦力做功越小，故。 （3）该方案违背控制变量法的要求：弹簧压缩相同程度时，弹簧的弹性势能相同，释放后弹性势能转化为钢球的动能，因此不同质量钢球获得的动能相同，撞击木块后木块移动距离相同，无法得出动能和质量的关系，因此方案不可行。 16．建造房屋、桥梁时，总要在水泥中不同部位掺入适量钢筋。为探究水泥中钢筋掺入位置与掺入钢筋的直径是否会影响其牢固程度，兴趣小组制作了厚度、面积均相同的样品，用下图所示实验装置进行探究，探究时通过控制器让重锤从高处下落，对样品进行多次撞击直至样品下表面出现断裂，数据记录如下表。 实验次序 样品的厚度/cm 掺入钢筋的直径/mm 掺入位置 撞击次数 1 50 无钢筋 无 18 2 50 2.2 只掺入上部 21 3 50 2.2 只掺入中部 61 4 50 2.2 只掺入底部 117 5 50 1.6 只掺入底部 90 6 50 0,9 只掺入底部 60 (1)重锤撞击水泥样品时的动能是由____________能转化来的，样品的牢固程度可以通过比较样品断裂时所承受的________________________进行判断。 (2)通过比较___________三次实验数据，可以得出结论：将钢筋掺入水泥的___________部，样品最牢固。 (3)通过比较___________三次实验数据，可以得到样品的牢固程度和所掺入钢筋的直径有关。在其他情况相同时，掺入钢筋的直径越____________，样品越牢固。 (4)为了减少样品断裂前被撞击的次数，可采用的方法是_______________________________（合理即可）。 【答案】(1) 重力势 撞击次数 (2) 2、3、4 底 (3) 4、5、6 大 (4)增加重锤下落时的高度（或增加重锤质量） 【详解】（1）[1][2]将重锤通过控制器从某一高度处由静止释放，对水泥样品进行连续撞击，直至水泥样品断裂，故重锤撞击水泥样品时的动能是由重力势能转化来的；实验时通过水泥样品断裂时所承受的撞击次数来比较水泥样品的牢固程度。 （2）[1][2]由表中2、3、4三次实验数据可知，将钢筋掺入水泥的底部，样品最牢固。 （3）[1][2]分析比较4、5、6三次实验数据可知，样品的厚度、样品面积、水泥中钢筋掺入位置均相同时，掺入钢筋的直径不同，样品的牢固程度不同，且掺入钢筋的直径越大，水泥样品越牢固。 （4）为减少撞击次数，应增大重锤的重力势能，可增大重锤下落时的高度，或增加重锤质量。 迁移创新 17．嫦娥五号返回器关闭发动机后，用“打水漂”的方式着陆地球，其着陆过程的轨迹简化为如图所示，进入大气层后到达A点，接着由B点离开大气层，再由C点进入大气层，随后经过D点后着陆。CD段重力势能减少量________CD段动能的增加量（选填“大于”“等于”或“小于”）。 【答案】大于 【详解】在CD段，返回器的质量不变，高度变小，重力势能变小，重力势能转化为动能，在大气层中受到空气的阻力，需要克服阻力做功，机械能变小，因此返回器重力势能减少量大于动能的增加量。 18．多米诺骨牌起源于我国北宋时期。玩时将骨牌按一定间距排列，轻轻碰倒第一张骨牌，其余骨牌将会依次倒下。如图所示，在第一张骨牌倒下且未碰到第二张骨牌的过程中，忽略空气阻力，关于第一张骨牌，下列说法正确的是（     ） A．机械能不变 B．机械能增大 C．机械能减小 D．动能转化为重力势能 【答案】A 【详解】第一张骨牌倒下过程，重心降低，重力势能减小，重力势能转化为动能；在第一张骨牌倒下且未碰到第二张骨牌的过程中，忽略空气阻力，只有动能和势能相互转化，机械能总量保持不变，故BCD错误，A正确。 故选 A。 19．如图甲所示，篮球被投出先后经过A、B、C、D四个位置的运动轨迹。如图乙所示，用柱状图表示篮球在B、D位置能量分布，分析可知篮球在B点的速度_______在D点的速度（选填“=”、“>”或“<”）；篮球从A点运动到C点过程中将______能转化成重力势能，总的机械能______（选填“不变”、“变小”或“变大”）。 【答案】 ＞ 动 变小 【详解】动能的大小和物体质量、速度有关，篮球质量不变，从图乙可知B点的动能大于D点的动能，因此B点的速度大于D点的速度。 篮球从A运动到C的过程中，高度升高、速度减小，动能逐渐减小，重力势能逐渐增大，是将动能转化为重力势能。 篮球运动过程中需要克服空气阻力做功，一部分机械能会转化为内能，因此总的机械能变小。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第十一章 功与机械能 第4节 动能和势能 课标要点 知道动能、重力势能和弹性势能的概念。 通过实验探究，了解影响动能大小的因素（质量、速度）。 通过实验探究，了解影响重力势能大小的因素（质量、高度）。 了解弹性势能与弹性形变程度的关系。 知道机械能的概念，初步认识动能和势能的相互转化。 学习重难点 重点：动能、势能的概念；探究影响动能和势能大小的因素。 难点：设计实验探究动能大小的影响因素（控制变量法、转换法的应用）；分析生活中动能和势能的转化实例。 知识点 能量 1. 定义：物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量，简称能。 2. 单位：能量的单位与功的单位相同，也是 ，符号是J。 3. 理解：一个物体能够做的功越多，表示这个物体的能量越大。“能够做功”是指具有做功的本领，不一定正在做功。 特别提醒 “能够做功”不等于“正在做功”。例如，高山上静止的石头具有重力势能，虽然它此刻没有做功，但它具备做功的能力。 随学随练 1．（多选）焦耳是下列哪些物理量的单位（     ） A．功 B．功率 C．压强 D．机械能 2．如图所示，流水推动水车转动，对水车_______（选填“做了功”或“没做功”），流水_______（选填“具有”或“不具有”）能量。 知识点 动能（重点） 1. 定义：物体由于运动而具有的能叫做动能。 2．影响因素：动能的大小与物体的质量和速度有关。 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，它的动能越大。 ３．实验探究：探究动能的大小与哪些因素有关 ４．实验方法：控制变量法和转换法。 转换法：通过观察 来反映小球动能的大小。木块移动得越远，说明小球对木块做的功越多，小球的动能越大。 控制变量法： 探究动能与速度的关系：让同一小球从斜面的不同高度由静止滚下（控制质量不变，改变速度）。 探究动能与质量的关系：让不同质量的小球从斜面的同一高度由静止滚下（控制速度不变，改变质量）。 ５．实验结论： 质量相同时，速度越大，动能越 。 速度相同时，质量越大，动能越 。 注意：实验中让小球从斜面滚下而不是推下，是为了保证小球到达水平面时的初速度仅由高度决定。 ６．易错提醒 在探究动能与质量关系时，必须让不同质量的小球从同一高度滚下，目的是使它们到达水平面时的速度相同。若高度不同，则无法控制速度这一变量。 随学随练 3．某款电动无人扫地车在平直路面上匀速前进并将地面上的落叶吸入车内，此过程中，扫地车整体的动能__________（选填“不变”、“变大”或“变小”）。 4．在“探究影响动能大小的因素”实验中，如图所示，将小球从高度为h的同一斜面上由静止开始滚下，推动同一小木块在水平面上向前移动一段距离s后停下，完成甲、乙、丙三次实验。（其中，） (1)实验中探究物体的动能是指________（选填字母） A．小球在斜面上的动能 B．小球撞击木块时的动能 C．木块被撞击后的动能 (2)将质量不同的小球从同一斜面的相同高度由静止释放的目的是使小球到达水平面时________相同；此过程涉及到的实验方法是________； (3)由甲、乙两次实验得出的结论可以解释下列哪种现象________； A．安全驾驶莫超载 B．十次车祸九次快 (4)由甲、丙两次实验得出的结论是：________________________________ (5)若水平面绝对光滑________（选填“能”或“不能”）达到实验探究的目的。 知识点 势能 1. 重力势能 定义：物体由于被举高而具有的能叫做重力势能。 影响因素：重力势能的大小与物体的 和 有关。 质量相同的物体，被举得越高，重力势能越 。 高度相同的物体，质量越大，重力势能越 。 参考平面：通常以地面为参考平面，但也可以选取其他平面。 2. 弹性势能 定义：物体由于发生 而具有的能叫做弹性势能。 影响因素：弹性势能的大小与物体发生弹性形变的程度有关。 对于同一弹性物体，弹性形变越大，弹性势能越 。 注意：超过弹性限度后，物体可能无法恢复原状，此时不再讨论弹性势能。 教材延伸 打桩机的重锤被举高后具有重力势能，下落时将重力势能转化为动能，进而对桩做功。射箭时，拉弯的弓具有弹性势能，松手后转化为箭的动能。 随学随练 5．小强将一物体从地面匀速提升到高处，在此过程中，下列说法正确的是（     ） A．物体的动能增大 B．物体的重力势能不变 C．物体的重力势能增大 D．物体的动能减小 6．下列物体具有弹性势能的是（　　） A．飞行的小鸟 B．被拉开的弹弓 C．水平行驶的汽车 D．举高的杠铃 知识点 机械能及其转化 1. 机械能：动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。 2. 动能和势能的转化： 动能 重力势能：物体上升过程（如向上抛出的球），速度减小，高度增加， 能转化为 能。 重力势能 动能：物体下落过程（如自由落体），高度减小，速度增加， 能转化为 能。 动能 弹性势能：如弹簧振子、蹦床运动。压缩/拉伸弹簧时， 能转化为 能；恢复原状时， 能转化为 能。 3. 机械能守恒： 如果只有动能和势能相互转化，而没有摩擦阻力等外力做功，机械能的总量保持不变。 实际生活中，由于存在空气阻力和摩擦，部分机械能会转化为内能，导致机械能总量减小。 特别提醒 卫星在大气层外绕地球运行时，不受空气阻力，机械能守恒。在近地点时，速度最大，动能最大，势能最小；在远地点时，速度最小，动能最小，势能最大。 随学随练 7．关于机械能，下列说法正确的是（     ） A．质量大的物体动能一定大 B．被举高的物体具有重力势能 C．静止的物体没有机械能 D．物体的机械能一定保持不变 8．如图所示，小明将铁锁用细绳悬挂起来，把铁锁拉近鼻子，头保持不动，由静止释放，铁锁来回摆动。在此过程中，下列说法正确的是（     ） A．最低点时，动能为零 B．最低点时，重力势能最大 C．从最高点摆到最低点，重力势能转化为动能 D．铁锁摆回时，机械能不变 题型 生活中的能量分析 1. 能量的单位是焦耳，符号是J。 2. 一个物体能够做的功越多，表示这个物体的能量越大。“能够做功”是指具有做功的本领，不一定正在做功。 活学活用 1．风是流动的空气。如图所示，风可以吹动风力发电机转动，则风_______（选填“具有”或“不具有”）能量。 2．关于能的概念，下列说法正确的是（     ） A．一个物体能够对外做功，我们就说它具有能量 B．物体具有的能量越多，做的功就越多 C．物体做了功，它具有的能量就减少了 D．能量不是一个物体本身具有的，与它是否做功有关 题型 机械能的变化分析 动能 重力势能：物体上升过程（如向上抛出的球），速度减小，高度增加，动能转化为重力势能。 重力势能 动能：物体下落过程（如自由落体），高度减小，速度增加，重力势能转化为动能。 动能 弹性势能：如弹簧振子、蹦床运动。压缩/拉伸弹簧时，动能转化为弹性势能；恢复原状时，弹性势能转化为动能。 机械能守恒：如果只有动能和势能相互转化，而没有摩擦阻力等外力做功，机械能的总量保持不变。 活学活用 3．如图所示是我国神舟二十二号载人飞船返回舱返回地球时穿越大气层加速下降的模拟情景，返回舱与大气摩擦使其外壳的温度升高。下列有关返回舱在加速下降过程中，说法正确的是（     ） A．返回舱的动能保持不变 B．返回舱的重力势能减小 C．返回舱的动能转化为重力势能 D．返回舱的机械能守恒 4．毽子踢出后，在竖直上升和竖直下落的过程中，均受到空气阻力的作用，且空气阻力随速度的增大而增大。毽子在上升和下降过程中（     ） A．速度先减小后增大 B．重力势能先减小后增大 C．机械能一直在减小 D．合力一直在减小 5．如图所示把一个铁锁用绳子悬挂起来，将铁锁拉到鼻子附近，稳定后松手，铁锁从A点摆动到B点，然后从B点摆回，下列有关运动过程中（忽略空气阻力）的铁锁说法正确的是（     ） A．从A点摆动到B点，动能增大 B．从A点摆动到B点，只有动能和重力势能相互转化 C．在A点的机械能大于B点的机械能 D．摆回时的高度低于A点的高度，所以不会打到鼻子 基础通关 1．在国际单位制中，功与能量的单位是相同的，它们的单位是（     ） A．焦耳 B．瓦特 C．牛顿 D．帕斯卡 2．关于功和能下列说法错误的是（　　） A．能量的单位是焦耳 B．物体能够对外做功，则物体具有能量 C．具有能的物体一定正在做功 D．物体能够做的功越多，它具有的能就越大 3．如图所示，2026年5月17日，在世界超级摩托车锦标赛（捷克站）中，重庆制造的张雪机车820RR-RS赛车再次夺冠。在某次训练过程中，机车从坡顶加速下滑到坡底的过程中，下列说法正确的是（     ） A．动能减小，重力势能减小 B．动能增大，重力势能减小 C．动能增大，重力势能增大 D．动能减小，重力势能增大 4．一款农用喷药无人机正在匀速前行进行喷药作业，请判断它的动能将如何变化（     ） A．变大 B．变小 C．不变 D．无法判断 5．如图所示，小红在家玩“套圈”游戏，套圈从a点运动到c点的过程中（不计空气阻力）（    ） A．在a点的重力势能最大 B．在b点时的动能为0 C．在c点的机械能大于在a点的机械能 D．由b点到c点的过程中，重力势能转化为动能 6．华山为我国著名的五岳之一，有着“奇险天下第一山”的美誉。小明假期和家人游览华山时乘坐缆车上山。在缆车匀速直线上升过程中，坐在缆车内的小明相对于缆车是___________（选填“运动”或“静止”）的，小明的重力势能___________，机械能___________。（后两空均选填“增大”“减小”或“不变”） 7．学校运动会上同学们大显身手、佳绩频出。小华抛出的实心球划过完美的曲线，实心球从小华手中飞出后，小华对实心球_____（选填“做功”或“不做功”），实心球运动到最高点时_____（选填“有”或“没有”）动能。小华如脱缰的野马，加速后起跳，成功越过横杆，小华越过横杆后下落时，小华的_____能转化为动能。 8．现代农业利用无人机给庄稼喷洒农药，极大地提高了工作效率。如图所示，无人机在稻田上方沿水平方向匀速飞行并喷洒农药，此过程中，无人机的动能______，机械能______。（均选填“变大”“变小”或“不变”） 9．如图，小林在“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，撞击同一水平面上的同一木块，木块移动一段距离后停止。 (1)甲、乙两图设计实验的目的是研究_______（选填“小球”或“木块”）动能的大小与速度的关系； (2)实验是通过观察_____________________________，说明钢球对木块做功的多少，从而得出结论； (3)小林用图丙所示的方案进行实验：用质量不同的两个钢球将同一弹簧压缩到相同程度，放手后将小球弹出去撞击放在同一位置的木块。 ①此过程中将弹簧的_______________转化为钢球的动能； ②这样做___________（填“能”或“不能”）验证动能与质量的关系。 10．小明同学在探究“重力势能的大小与哪些因素有关”时，把小桌放在透明的沙箱中，让重物（重物A质量小于重物B）从高处由静止自由落下打击小桌，如图所示。 (1)实验中探究的是______（选填“重物”或“小桌”）的重力势能，通过观察__________________来判断物体重力势能的大小； (2)比较图乙、丙两实验，可以探究重力势能的大小与____________的关系； (3)比较图甲、乙两实验，可得出的结论是：其他条件一定时，物体____________，重力势能越大。 素养提升 11．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 12．如图是冰壶比赛场地的示意图。运动员从点推动冰壶由静止开始前进，到点时松手，冰壶滑行到点静止。不计空气阻力，下列说法不正确的是（     ） A．从点到点的过程中，推力对冰壶做了功 B．从点到点的过程中，冰壶的动能一直减小 C．从点到点的过程中，冰壶的机械能减小 D．从点到点的过程中，人对冰壶没有做功 13．生活中竖直掉在地上的弹性小球会跳起，但是弹起的高度会越来越低。如图所示是小球弹跳的频闪照片，小球在A、B位置的高度一样，则小球（     ） A．A、B两个位置的重力势能不相等 B．C位置动能大于B位置动能 C．C位置机械能大于A位置机械能 D．在弹跳过程中机械能不守恒 14．如图为小孩子玩蹦床的照片及其简化示意图，点是小孩由最高点开始自由下落的起始位置，点是蹦床不发生形变时的位置，点是小孩受到的重力与蹦床对小孩的弹力相等的位置，点是小孩到达的最低位置。若忽略空气阻力，则（     ） A．在点时，小孩受力平衡 B．从点到点的过程中，小孩的重力势能一直增大 C．从点到点的过程中，蹦床的弹性势能一直增大 D．从点到点的过程中，小孩的动能先增大后减小 15．小明同学用如图甲所示的实验装置“探究影响动能大小的因素”，将小车从斜面上高h处由静止释放，运动到水平木板上后与木块碰撞。 (1)此实验研究的是__________（选填“碰撞前小车”、“碰撞后小车”或“碰撞后木块”）的动能，通过__________来反映动能的大小。 (2)图乙中比较场景①和②，可探究动能大小与__________的关系；移去木块后，进行场景③和④实验时，小车滑行的距离不同，此时小车在水平面上克服摩擦力做的功分别为、，则__________（选填“＞”、“＝”或“＜”）。 (3)小明同学尝试改用图丙所示装置探究“物体动能大小与质量的关系”，设计方案是：用质量不同的钢球将同一弹簧压缩相同程度后由静止释放，撞击同一木块，比较木块被撞击的距离。该方法__________（选填“可行”或“不可行”），请说明你的判断依据：____________________。 16．建造房屋、桥梁时，总要在水泥中不同部位掺入适量钢筋。为探究水泥中钢筋掺入位置与掺入钢筋的直径是否会影响其牢固程度，兴趣小组制作了厚度、面积均相同的样品，用下图所示实验装置进行探究，探究时通过控制器让重锤从高处下落，对样品进行多次撞击直至样品下表面出现断裂，数据记录如下表。 实验次序 样品的厚度/cm 掺入钢筋的直径/mm 掺入位置 撞击次数 1 50 无钢筋 无 18 2 50 2.2 只掺入上部 21 3 50 2.2 只掺入中部 61 4 50 2.2 只掺入底部 117 5 50 1.6 只掺入底部 90 6 50 0,9 只掺入底部 60 (1)重锤撞击水泥样品时的动能是由____________能转化来的，样品的牢固程度可以通过比较样品断裂时所承受的________________________进行判断。 (2)通过比较___________三次实验数据，可以得出结论：将钢筋掺入水泥的___________部，样品最牢固。 (3)通过比较___________三次实验数据，可以得到样品的牢固程度和所掺入钢筋的直径有关。在其他情况相同时，掺入钢筋的直径越____________，样品越牢固。 (4)为了减少样品断裂前被撞击的次数，可采用的方法是_______________________________（合理即可）。 迁移创新 17．嫦娥五号返回器关闭发动机后，用“打水漂”的方式着陆地球，其着陆过程的轨迹简化为如图所示，进入大气层后到达A点，接着由B点离开大气层，再由C点进入大气层，随后经过D点后着陆。CD段重力势能减少量________CD段动能的增加量（选填“大于”“等于”或“小于”）。 18．多米诺骨牌起源于我国北宋时期。玩时将骨牌按一定间距排列，轻轻碰倒第一张骨牌，其余骨牌将会依次倒下。如图所示，在第一张骨牌倒下且未碰到第二张骨牌的过程中，忽略空气阻力，关于第一张骨牌，下列说法正确的是（     ） A．机械能不变 B．机械能增大 C．机械能减小 D．动能转化为重力势能 19．如图甲所示，篮球被投出先后经过A、B、C、D四个位置的运动轨迹。如图乙所示，用柱状图表示篮球在B、D位置能量分布，分析可知篮球在B点的速度_______在D点的速度（选填“=”、“>”或“<”）；篮球从A点运动到C点过程中将______能转化成重力势能，总的机械能______（选填“不变”、“变小”或“变大”）。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $