第三节动能和势能
动能和势能的主题增强
动能定律
能量
一个物体只有定义了，它才能对外做功，我们说这个物体有能量，简称能量。
单位为，简称，符号为__J__。
【表盘】 （1）能量是表示物体做功能力的数学量，即可以用多少能量来做功来判断。
(2)“能做功”的对象不一定“做功”，也不是“正在做功”或“已经做功”。 例如：山上静止的石头有能量，但它不做功，也不必做功。
二次动能
物体由于__运动__而拥有的能量称为动能。
影响感应器的物体的动能与物体的__质量__和__移动速度__有关。 对于具有相同__质量__的物体，运动速度越大，其动能越大； 对于具有相同运动速度的物体，其质量越大，其动能就越大。
三种势能
1.重力势能
(1)定义：在月球表面附近，物体因__高度__而拥有的能量称为重力势能。
(2)影响原因：物体的重力势能的大小与物体的__质量__和__高度__有关。 对于同一高度的物体，质量越大，重力势能越大； 对于相同的质量， 越高，重力势能越大。
2.弹性势能
(1)定义：物体因__弹性变形__而具有的能量称为弹性势能。
(2)影响原因：在弹性极限内，__变形度__越大，变形物体的弹性势能越大。
3. 重力势能和弹性势能也称为__势能__。
类型 1 动能和势能
例1 我国研制的“歼20”隐身战斗机首飞成功，标志着我国在客机研制和制造领域取得了巨大成就。 战机减速降落过程中()
图 11-3-8
A．战斗机动能降低，重力势能降低
B．战斗机动能降低，重力势能降低
C．战斗机动能降低，重力势能降低
D．战机动能不变，重力势能不变
[分析]影响B动能的因素是质量和速度。 质量越大，速度越大，动能也越大。 重力势能的影响是质量和提升的高度。 质量越大，高度越高，重力势能也越大。 战斗机在减速着陆过程中，质量不变，速度减小，高度减小，因此动能减小，重力势能减小。
【定律提要】 （1）一切运动的物体都具有动能，一个物体的动能越大，它对其他物体所做的功就越大。
(2)动能与势能的优劣如下表所示：
项目
动能
势能
不同之处
有
原因
运动的
高或弹性变形
决定
原因
质量和速度
质量和高度或弹性变形程度
同点
它们都是一种特定的能量形式，都具有做功的能力
影响动能的第 2 类激励
例2 用图11-3-9所示的装置研究影响物体动能的原因。 在这个实验中，通过比较来比较球的动能大小。 在研究动能大小与质量的关系时，应选择两个质量小的球从斜坡的高处滚下； 在研究动能大小与速度的关系时，应选择两个质量小的球滚下斜坡的高度。 （最后四个空格都可以随意填写“相同”或“不同”）
图 11-3-9
【答】铁块被打后连接距离的长度是一样的，一样的是不同的
【规律总结】 （1）小球动能的大小不能直接显示，可以通过小球推动铁块沟通的距离来反映。 铁块被推得越远，小球的动能就越大。 使用转换方法。
(2)借助控制变量法研究动能的影响因素。 在研究动能大小与质量的关系时，控制质量不同，速度保持不变； 在研究动能大小与速度的关系时，控制速度不同，质量不变。 速度控制是通过控制球在斜坡上的高度来实现的。
影响势能的第 3 类激励
例3 小明在学习势能时，对影响物体重力势能大小的原因作了如下猜测：
①可能与物体的质量有关；
②可能与物体的高度有关；
③可能与对象的地理位置有关。
小明在验证推测①是否正确时，将橡皮泥铺在水平面上，让三个质量不同的小球从同一高度自由落下，并记录下实验结果如下表：
实验次数
球重/kg
橡皮泥点蚀度
1个
0.5
打火机
2个
1.0
较暗
3个
1.5
很深
(1)判断球的重力势能大小的依据是。
(2) 通过对实验数据的分析可以得出的推论是：
.
【答案】（1）橡皮泥坑的程度（2）高度相同时，物体质量越大，重力势能越大
【分析】（1）用换算法的思想，通过橡皮泥坑的大小来表现球的重力势能的大小。
(2)根据表中数据，当高度相同时，球的质量越大，橡皮泥的点蚀程度越大，即球的重力势能越大。 同时，物体的质量越大，其引力势能就越大。
【规律提要】一个物体所具有的能量大小动能和势能的区别，可以通过它对外做的功的多少来体现，即换算方式； 解题时要注意对影响探索的变量的控制，即控制变量法。
知识点？ 了解动能和势能
1、学习了势能知识后，小明列出了以下物品：（1）举起的大锤； (2)弯曲的跳板； (3) 拉伸弹簧； (4) 顺坝流下的水； （五）移动车辆； (6) 一个在地上滚动的足球。 其中，有具有弹性势能的，也有具有重力势能的。 （填写序列号）
[答案](2)(3)(1)(4)
【分析】（1）大锤因被举得高而具有重力势能；
(2)弯曲的跳板因弹性变形而具有弹性势能；
(3) 被拉伸的弹簧因弹性变形而具有弹性势能；
(4) 在大坝上流下的水具有重力势能和动能；
(5) 行驶中的车辆，因为在运动中，所以具有动能；
(6) 在地上滚动的篮球因为在运动中所以具有动能。
知识点？ 影响动能大小的激励
2、如图11-3-10所示，是“探究物体动能的大小与哪些激励相关”的实验示意图。
图 11-3-10
(1) 本实验是探讨物体动能的大小与物体的关系。
(2) 在本实验中，物体的动能是指物体所拥有的能量（选择“A”或“B”）。
(3) 在本实验中，物体的动能由 反映。
(4) 本实验中，物体的速度是指物体A从斜坡上静止下来，与物体B发生碰撞的时间（选择“碰撞前A”、“碰撞后A”、“碰撞前” B”或“after B”），由（可选的“”或“mass”）改变。
(5) 实验中，当物体在斜面上同一高度多次从静止状态滚下时，应改变（选择“物体A”或“物体B”）的质量，这是为了研究物体的动能与物体质量的关系。
【答案】（1）速度与质量（2）A（3）铁块B被砸后连接距离的距离（4）碰撞前A的高度（5）物体A
知识点？ 影响势能大小的激励
3、放在卧室围栏上的花盘，因有能量，有误伤人的危险。 弹簧用手压得越紧，松手弹起的弹力就越大，因为物体越大，它所具有的弹性势能就越大。
【答案】重力势能弹性变形
图 11-3-11
4、为了探究“物体重力势能的大小与什么诱因有关”，让质量为m和2m的重物从不同高度落下，将同一根木桩打入土中的情况如图11-3-11所示。 观察对比实验A和实验B，我们可以知道，物体所拥有的重力势能与物体的重力势能有关； 观察并比较实验A和实验C，我们可以知道物体所拥有的重力势能与物体的能量有关。
[答] 高质量
1.选择题
1、关于能量的概念，下列说法错误的是（ ）
A、一个物体做的功越多，它的能量就越大
B．动能和势能的单位是焦耳
C．用绳子悬着的静止的球不起作用，球不
D．物体A的速度大于物体B的速度，但物体A的动能不一定比物体B大
【解析】C 一个物体做的功越多，这个物体的能量就越大。 这也说明功是能量转换的量度，A是正确的。 动能和势能的单位是焦耳，B是正确的。 一个用绳子悬着的静止的球是不做功的，但是它有重力势能，球是有能量的。 C错了。 物体的动能是由它的质量和速度决定的，而物体的动能不能只考虑速度来确定。 D 是正确的。
2.下列关于能量的说法不正确的是（ ）
A、挂在屋顶的电灯具有重力势能
B．行驶中的火车具有动能
C．踢出的毽子有动能和势能
D．水平放置的弹簧一定具有弹性势能
【答案】D
3. 质量较大的肉鸽和质量较小的燕子在空中飞行，如果动能相等，则()
A、燕子比鸽子飞得快
B、鸽子飞得比燕子快
C．燕子飞得比鸽子高
D、鸽子飞得比燕子高
【分析】 A.一只质量较大的肉鸽和一只质量较小的燕子在空中飞翔。 如果它们的速度相同，则肉鸽的动能更大； 如果它们的动能相等，肉鸽的速度一定要低。
4.骑自行车下坡前，通常需要踩几下踏板，这是为（）
A。 减少惯性 b.减少动能
C。 减少势能 D.减少力量
【分析】B为了减慢速度用力推，从而减少动能。
图 11-3-12
5、如图11-3-12所示，当乌龟跳到地面时，它的重力势能()
A.总是减少
B．仍然减少
C．先减后减
D、先减后减
【答案】C
6. 小明从家里去学习，如图11-3-13是他在学习途中的距离-时间图像。 请判断小明在哪段时间动能最大()
图 11-3-13
A．t1~t2时间段，小明的动能最大
B．t2~t3时间段，小明的动能最大
C．0到t1时间段，小明的动能最大
D、难以判断
【分析】C 因为小明的质量不变，所以他动能的大小由他的速度决定。 比较哪段时间的动能最大，就是比较小明哪段时间的速度最大。 找出图像中速度最快的时间段，也就是小明的动能最大的时间段。
2.填空
7、在下列现象中：
A。 在煤矿中，高压水枪喷出的水用于开采；
B． 举重运动员使用跳板来降低跳跃高度；
C。 骑自行车的人经常在下坡前先踩几次；
D、举高的重锤下落时能将木桩打入地下。
物体的动能做功，物体的重力势能做功，弹性势能做功。
【答案】A、国开行
8、妈妈的体重是爸爸的三倍，某楼有五层（每层高度相同）。 当他们都站在顶层时，父亲的重力势能（可选填写“小于”、“大于”或“等于”）母亲的重力势能； 要使它们的重力势能相等，可以采取的方法是。
【答案】小小爸爸站在二楼，老公站在四楼
【分析】由于父亲的体重是父亲的三倍，当他们的重力势能相等时，父亲的身高应该是父亲的三倍，所以让父亲站在二楼，父亲站在四楼。
9.在水平地面上铺一张纸，将小球表面涂黑，让它从不同高度自由落下，纸上留下白色圆点
A、B，如图11-3-14所示。 小球从高处落下所产生的圆点就是图中的那个（选择“A”或“B”），由此可知重力势能的大小与 有关。
图 11-3-14
【答案】B身高
10.在某射击活动的电视娱乐节目中，某嘉宾以图11-3-15所示的形式射出三支箭。 结果，第一支箭落在了靶子前2米处，第二支箭落在了靶子前，第三支箭射中了靶子。 小明看完有如下感想，请完成：
图 11-3-15
(1)弓箭射击是根据弓的能力。
(2) 第一个结果对应的操作是一个图，第三个结果对应的操作是一个图。
(3) 结合A、B、C三张图，我们可以推论：
.
【答案】（1）弹性势能（2）A和C
(3)物体弹性变形程度越大，其弹性势能越大，做功的能力越强，能做的功也越大
三、实验研究问题
11、如图11-3-16(a)所示，是探索“物体动能大小与什么诱因有关”的实验装置。 铁块； 如图（b）所示，是探索“牛顿第一定理”的实验装置。 实验中，同一辆货车从静止状态下在斜坡上同一高度滑下，并在不同粗糙度平面上行驶。 请回答以下问题：
图 11-3-16
(1)图(a)实验的目的是探讨钢球动能的大小与铁块被推动距离的大小之间的关系，它表明钢球做功的大小钢球对铁块的作用，从而决定了钢球动能的大小。 这些常用的实验方法就是方法。
(2) 在图(b)的实验中，让同一辆货车在斜坡上同一高度从静止状态滑下的目的是，水平面越光滑，货车受到的摩擦力越大（选择“大”或“小”），根据卡车移动距离的远近动能和势能的区别，可以推导出，如果移动物体不受外力影响，它会一直这样做。
(3) 小宁想在图(a)的基础上继续探究物体的动能与其质量的关系。 请帮他设计实验，写下简单的实验步骤和演示方法：
【答】（1）费率换算
(2) 使货车到达水平面时以相同的速度和较小的匀速直线运动
(3)让小球从同一高度滑下，改变小球的质量，观察铁块被推动的距离
12、小明借助装满细沙的袋子、小桌子和不同质量的砝码，探究“什么诱因与重力势能的大小有关”，过程如图11-3 -17。
图 11-3-17
(1) 小明通过观察什么来确定引力势能的大小？
(2) 分析比较图A、图B的实验现象，可以得出什么推论？
(3) 图 B 和 C 探讨了哪些问题？
【答案】（1）观察小桌子在沙子里的深度。
(2)物体质量相同，高度越高，重力势能越大。
(3)重力势能的大小与物体质量的关系。
13、下表是部分汽车在城市街道上规定的最高行驶速度。
最大行驶速度v/(km·h－1)
汽车模型
配备中央双点线、中央分隔器、机动
设有车道与非机动车道分隔设施的道路
其他
高速公路
小货车
80
70
中型卡车
70
60
面包车，
货车
60
50
根据数据和现有知识，您认为有关部门做出这样规定的原因是什么？
【答】物体的动能与其质量和速度有关。 汽车的速度越大，其动能就越大，对外做功也就越多，制动距离也就越远，发生交通事故的可能性就越大。 行驶速度有限。 因为汽车的动能还和它的质量有关，质量越大动能越大，所以不同车型的限速是不一样的。
2. 简要回答下列有关水电站的问题。
(1) 水电站一般修建河道堤坝，提高上游水位。 什么目的？
(2) 在选择建设水电站的选址时，从能源利用的角度，你会选择图11-3-18中的A地还是B地？ 说出你的理由。
图 11-3-18
【答】（1）在水电站中，一般都修建水坝来提高上游水位。 目的是降低水的高度，从而降低水的重力势能，下落时转化成水的动能越多，推动水轮机旋转，转化成的电能就越多。
(2)在选择水电站建设选址时，从能源利用的角度出发，选择图中B站。 原因：与A点相比，B点地势较低，B点与水闸水位差较大； 当水质一定时，以B点为基准面，水闸中的水相对于B点的重力势能越大，下落时，转换的动能就越大，产生的电能就越大由水轮机。