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第十一章 功和机械能
第3节 动能和势能
八年级物理下册 人教版
第3节
动能和势能
动能
势能
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。
②能通过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。
③能通过实验探究，了解动能、势能的大小跟那些因素有关。
④具有从能量的角度分析物理问题的意识。
②功的大小：
力学中规定：功等于力与物体在力的方向上移动的距离的乘积。
功＝力×距离
W = Fs
③公式
W = Fs
①力学中的功包括两个必要因素:
一是作用在物体上的力；二是物体在这个力的方向上移动了距离。
请同学们阅读下面的事例：
小小飞鸟为什么对飞行中的飞机造成如此大的危害呢
鸟撞飞机即鸟和飞行的飞机相撞。血肉之躯的小鸟与钢铁飞机在天空相撞，犹如以卵击石——卵破而石头无恙，然而事实并非如此，飞机与飞鸟在空中相撞，轻者飞机不能正常飞行，往往被迫紧急降落，重者机毁人亡。
目前鸟撞飞机是威胁航空安全的重要因素之一，自1988年以来，由于鸟击引起的坠机事故已造成219人死亡。
为什么小小的物品能够把人击伤？
①一个20克的麻将从20楼飞下可致人骨折
学习了今天的知识，你就明白了。
第3节 动能和势能
请同学们观察一组实验数据——《高空抛物的伤害程度》
②一块西瓜皮从25楼抛下击中头部可致人死亡
③一个空易拉罐从25楼抛下可致人死亡
动 能
以上物体都能够对外做功或具备做功的本领。
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：焦耳（J）。
③一个物体能够做的功越多，表示这个物体的能量越大。
拉开的弓能将箭射出
湍急的流水能推动水车
高处的石头下落时能砸出坑
请同学们观察以下生活中的现象
动能：物体由于运动而具有的能，叫做动能。
观察以下物体具有的能量有什么共同特点？
以上物体的能量都是由于运动而具有的。
一切运动的物体都具有动能。
台风把物体刮跑
行驶的汽车
子弹能击穿木桩
锤头的质量越大，做功越多。
子弹的速度越大，做功越多。
子弹飞行的速度比较大，对物体的杀伤力也大；
用锤子击碎物体时，锤头的质量越大，破坏力越强。
物体动能的大小跟哪些因素有关？
动能的大小可能与物体的速度、质量等因素有关。
实验方案
如下图所示，钢球A从高为h的斜槽上滚下，在水平面上运动，运动的钢球A碰到木块B后，能将B撞出一段距离s。在同一水平面上，B被撞得越远，A对B做的功就越多，A的动能越大。
实验目的：探究动能大小与物体运动的速度、质量的关系。
视频欣赏：《转换法》
转换法：通过被撞物体运动的距离s来反映动能的大小。
速度 v1=v2
控制速度不变，改变质量的方法：
质量不等的小球从同一高度滚下。
控制变量法、转换法。
实验方法
控制变量法：
在探究动能大小可能与物体运动速度、物体质量有关时，每次实验这两个变量只能变化一个。
速度 v1＞v2
控制质量不变，改变速度的方法：
同一小球从不同高度滚下。
实验过程
①探究动能大小与速度的关系
让同一钢球（质量不变）A分别从不同的高度由静止开始滚下，撞击木块B，观察并测量前后两次木块B被撞移动的距离。
控制质量不变，改变速度的方法：
同一小球从不同高度滚下。
第一次木块B被撞移动的距离远。
同一小球从高处滑下，高度h 越高，运动到水平面时的速度越大，做功越多，动能越大。
实验现象
实验分析
质量相同时，物体的速度越大，动能越大。
实验结论
视频演示——
《动能大小与速度的关系》
实验过程
②探究动能大小与质量的关系
控制速度不变，改变质量的方法：
质量不等的小球从同一高度滚下。
改变钢球的质量，让不同的钢球A、 A＇分别从同一高度由静止开始滚下（控制与木块碰撞前的速度相等），观察并测量前后两次木块B被撞移动的距离。
第一次木块B被撞移动的距离远。
质量不同的小球从从同一高度滑下，运动到水平面时的速度相等，质量越大的球做功越多，动能越大。
实验现象
实验分析
速度相同时，物体的质量越大，动能越大。
实验结论
视频演示——
《动能大小与质量的关系》
结论
物体动能的大小跟速度、质量有关，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，它的动能也越大。
某段道路的标示牌显示：小型客车最高行驶速度不得超过100km/h；大型客车、载货汽车最高行驶速度不得超过80km/h。请利用物理知识解释，为什么要对机动车的最高行驶速度进行限制？为什么在同样的道路上，对不同车型设定不一样的最高行驶速度？
速度越大，动能越大。限制机动车的最高行驶速度才能保证机动车行驶的安全性。
车型不同，载重量不同，如果车的行驶速度相同，质量大的，动能大，则行驶的危险性大。所以质量大的大型客车最高行驶速度要小些。
③一些物体的动能（单位：J）
物体 动能/J 物体 动能/J
抛出去的篮球 约30 跑百米的运动员 约3×103
行走的牛 约60 飞行的步枪子弹 约5×103
从10 m高处落下的砖块 约2.5×103 行驶的小轿车 约2×105
视频演示——《探究影响动能大小的因素》
【例题1】判断下列物体动能的变化情况：
①一辆汽车加速运动，它的动能 .
②火车进站时做减速运动，它的动能 ；停止后，它的动能等于 .
③一辆洒水车在马路上匀速前进并洒水，它的动能 .
④汽车空载和满载时以相同速度前进： 时动能大.
⑤某同学慢跑和快跑： 时动能大.
满载
快跑
变大
减小
0
减小
根据影响动能大小的因素判断：
物体动能的大小跟速度、质量有关，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，它的动能也越大。
【例题2】在探究“物体动能大小跟哪些因素有关”的实验中，让小球由静止开始沿斜面向下运动去撞击水平面上的木块，实验步骤如图甲、乙、丙所示。
①木块运动的距离越远，说明撞击木块时小球具有的动能越______。
②通过比较甲、乙两次实验可得，动能大小与_______有关。
③通过比较甲、丙两次实验可得动能大小与__________有关。
大
速度
质量
②比较甲、乙两次实验，质量不变，高度不等，则滑下时的速度不等，探究动能大小与速度的关系。
③比较甲、丙两次实验，高度相等，则滑下时的速度相等，质量不变，探究动能大小与质量的关系。
势 能
二
被举高的重锤具有对桩做功的本领，故被举高的重锤应具有 ；
能量
做功
观察打桩机打桩的过程，如图所示，打桩机在工作时，先把重锤高高举起，重锤落下，可以把桩打入地里。
①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。
重锤对桩做功了吗？
那么被举高的重锤具有什么能呢？
重锤
重力势能的大小可能与物体离开地面高度、物体质量…..等因素有关。
物体重力势能的大小跟哪些因素有关？
物体的高度越高、质量越大，做功的本领越强。
实验方案
如图所示，让物体由某一高度从静止下落到小桌面上，观察桌腿在沙坑下陷的深度。深度越大，物体做功越多，重力势能就越大。
实验目的：探究重力势能的大小与物体高度、质量的关系。
转换法：通过桌腿下陷的深度来反映重力势能的大小。
实验过程
①探究重力势能的大小与物体高度的关系
让同一物体分别从不同的高度由静止开始下落，观察桌腿在沙坑下陷的深度。
实验现象与分析：
同一物体从比较高的位置下落时，桌腿在沙坑下陷的深度越大。表明物体所具有的重力势能越大。
结论
质量相等的物体，高度越高，重力势能越大。
实验过程
②探究重力势能大小与质量的关系
让质量不同的物体分别从同一高度由静止开始下落，观察桌腿在沙坑下陷的深度。
实验现象与分析：
质量不同的物体从同一高度下落时，质量越大，桌腿在沙坑下陷的深度越大。表明所具有的重力势能越大。
结论
高度相同时，物体的质量越大，重力势能越大。
视频演示——《探究影响重力势能大小的因素》
结论
物体重力势能的大小跟高度、质量有关，质量相同的物体，高度越高，它的重力势能越大；
高度相同的物体，质量越大，它的重力势能也越大。
陨石坑
在建筑工地上，常常看到以下的指示牌，知道这些安全警示牌表示什么含义？
防止高空物体的下落，可见高空坠物非常危险，为什么会危险呢？
因为处于高空的物体具有很大的重力势能，一旦下落后，做的功也多，对人的伤害更大。
当心吊物 当心落物 必须戴安全帽
【例题3】 现代农业利用喷药无人机喷洒农药，安全又高效。如图所示，喷药无人机在农田上方沿水平方向匀速飞行，同时均匀喷洒农药。此过程中，喷药无人机的（ ）
A．升力大于重力
B．空气阻力和重力是一对平衡力
C．动能减小、重力势能减小
D．动能不变、重力势能减小
C
无人机沿水平方向匀速飞行喷洒农药时，速度不变，质量减小，所以其动能与重力势能都在变小。
所以选C。
运动员在参加射箭比赛时，拉弯的弓为什么能将箭射出？蹦床比赛中，运动员为什么可以 “跳” 这么高？
被拉弯的弓和发生形变的蹦床可以把箭射出去、把人弹起，弓和弹簧能够对外功，说明他们具有能量。
射箭比赛
蹦床比赛
①弹性势能
物体由于发生弹性形变而具有的能叫做弹性势能。
发生形变的物体在恢复形变时可以做功，因此具有能量。例如，发生形变的网球拍能将网球弹出，具有能量。
发生形变的网球拍
具有弹性势能。
发生形变的撑杆
具有弹性势能。
②弹性势能的影响因素：
观察如图所示的射箭比赛，会发现弓的形变程度越大，箭射得越远。表明弓具有的弹性势能越大。可见弓的弹性势能与弹性形变程度有关。
弹性势能的大小与弹性物体的形变程度有关；同一物体，弹性形变越大，弹性势能越大。
异同点 动能 势能
重力势能 弹性势能
形成原因 物体由于运动而具有的能量 物体由于被举高而具有的能量 物体由于发生弹性形变而具有的能量
相同点 都是能量的一种具体形式,都具有做功的本领
决定因素 质量和速度 质量和高度 弹性形变程度、材料
三
质量一定时，自行车速度越大动能越大，刹车时（克服阻力）做功多；
根据公式W=Fs可知，在刹车阻力相同时，刹车需要的距离就越长，车越不容易停下来，易发生危险，所以骑车不能太快。
1. 请你从能量的角度解释，为什么骑自行车时速度不能太快
（1）汽车在运动，具有动能。
（2）吊灯在高处，具有重力势能。
（3）“在空中”“飞行”分别说明飞机具有重力势能和动能。
（4）拉开的弹弓发生了弹性形变，具有弹性势能。
2. 请你判断下列物体具有哪种形式的能量:
(1)在水平公路上行驶的汽车;
(2)悬挂在天花板上的吊灯;
(3)在空中飞行的飞机；
(4)被拉开的弹弓。
扔出的馒头由于具有惯性，与火车运动的速度相同，速度越大，动能越大，所以能把人砸伤。
3. 阅读图11.3的剪报。用物理知识解释：为什么此时的馒头能把人砸伤
4. 物体的质量和它的速度都能影响物体的动能。请你研究本节小资料“一些物体的动能”提供的数据，质量与速度相比，哪个因素对物体的动能影响更大
从一些资料可以看知：行走的牛，尽管质量很大，约是子弹的105倍，但速度较慢，动能并不大；飞行的子弹，尽管质量不大，但速度很大，约是牛的103倍。
可见速度对动能的影响比质量对动能的影响要大。
水库中水的重力势能大小与水的质量和高度有关，虽然大笛克桑斯大坝比葛洲坝拦河坝高，但我们并不知道水库中水量的多少，所以不能简单地得出结论。
5. 拦河大坝使上游的水位升高，提高水的重力势能。水从大坝的上游流下时冲击水轮机发电，水的势能最终转化为电能。
瑞士的大笛克桑斯大坝高285m，我国葛洲坝水电站的拦河坝高70m。有人说前者水的重力势能比后者的大，能够这样简单地得出结论吗 为什么
课堂总结
四
动能
势能
定义：物体由于运动而具有的能
物体由于发生弹性形变而具有的能
物体由于被举高而所具有的能
重力势能
弹性势能
影响因素：物体的运动速度和质量
影响因素：物体的质量和所在的高度
影响因素：物体的弹性形变程度和材料
五
一个物体虽然没有做功，但是只要它有做功的能力，它就具有能量，故A、C错误，D正确；
物体做功越多，说明该物体具有的能量就越大，并不一定是动能越大，也有可能是重力势能或其他形式的能，故B错误。
所以选D。
1. 关于功和能的关系的说法中，下列说法中正确的是（ ）
A.一个物体没有做功，它一定不具有能量
B.一个物体能够做的功越多，其动能一定越大
C.一个物体具有能量，说明它正在做功
D.一个物体能够做功，说明它具有能量
D
2. 一小朋友在平直路面上滑滑板，如图所示，小朋友匀速滑滑板的过程中，其动能大小的情况是 （ ）
平直路面上匀速滑滑板的小朋友，速度不变，质量不变，故动能不变。
选项D正确。
D
A. 一直变大
B. 一直变小
C. 先变大后变小
D. 始终不变
沙尘虽然质量较小，但飞行的速度较大，具有的动能也较大。
3. 2021年3月15日，全国十多个省市出现恶劣的沙尘暴天气，迎着沙尘，脸部被沙尘打得瑟瑟发痛，原因是沙尘虽然质量较小，但飞行 大， 能较大。
动
速度
机械钟表内的发条被卷紧后，其发生了弹性形变，故①具有弹性势能；扔在空中的橡皮，没有发生弹性形变，故②不具有弹性势能；被适
当拉伸的弹簧，发生了弹性形变，故③具有弹性势能；充满气的气球，发生了弹性形变，故④具有弹性势能。
故B选项正确。
4. 下列物体中: ①卷紧的钟表发条；②扔在空中的橡皮；③被适当拉伸的弹簧；④充满气的气球。
具有弹性势能的是 （ ）
A. ①②③④ B. ①③④
C. 只有① D. 只有①③
B
橡皮筋拉得越长，同样的“子弹”射得越远，橡皮筋的弹性势能越大；这说明橡皮筋的弹性势能与弹性形变程度有关。
在橡皮筋被拉得长度相同时，橡皮筋的弹性势能相同，对子弹做的功相同，射出子弹的动能也相同，由于所用“子弹”的质量不同，其射出时的速度也会不同。
5. 如图所示是玩弹弓的情景。经验表明，橡皮筋拉得越长，同样的“子弹”射得越 ，这说明橡皮筋的弹性势能与橡皮筋发生 大小有关；若橡皮筋被拉得长度相同，所用“子弹”的质量不同，则发现射出时的速度也 (选填“相同”或“不相同”)；在此过程中，橡皮筋对“子弹”做的功 (选填“相同”或“不相同”)。
远
弹性形变程度
不相同
相同
开车上坡，车的质量不变，如果提高车速，则车的动能会增大，更容易爬坡。
因清洁车沿街道匀速行驶，车的速度不变，在清扫垃圾过程中，车的质量增加，所以车的动能将变大。
6. 司机开车上坡前，往往加大油门以提高车速，这是为了增大汽车的 能。清扫路面垃圾的清洁车，能通过吸尘器将路面上的垃圾吸入车内容器中，清洁车沿街道匀速行驶，在清扫垃圾过程中，车的动能将 (选填“变大”、“变小”或“保持不变”)。
动
变大
7. 某同学在做“探究决定重力势能大小的因素”实验时，观察到如图所示的现象（物块B的质量大于物块A的质量），请仔细观察图中下落的铜块与小桌陷入沙面的情况，然后归纳得出初步结论。
① 比较图中的（a）和（b）实验过程及相关条件可知： 。
② 比较图中的（b）和（c）实验过程及相关条件可知： 。
解析见下页
①比较图中的（a）和（b）实验过程及相关条件可知： 。
②比较图中的（b）和（c）实验过程及相关条件可知： 。
①分析比较图（a）和（b），物体A的质量不变，所处高度不同，且物体越高所能使小桌陷入的深度越大，所具有的重力势能越大。故结论为：
质量相等的物体，所处高度越高，具有的重力势能越大；
②同理比较（b）和（c），不同质量的物体A、B，所处高度相同，质量大的物体使小桌陷入的深度越大，其所具有的重力势能大。故结论为：
高度相同，物体质量越大，具有的重力势能越大。
8. 小华在探究“动能的大小与什么因素有关”时，提出了如下猜想:
猜想一：动能的大小可能与物体的运动速度有关；
猜想二：动能的大小可能与物体的质量有关。
为了验证猜想，老师提供了如下器材：刻度尺、斜槽、较光滑的长木板、粗糙的长木板、小木块、质量不同的小钢球若干个，实验装置如图所示。请你帮助他们完成下列内容:
(1)让钢球从高为h的斜面由静止开始滚下，碰上水平面上静止的木块，如图所示。实验时通过观察 移动的距离来判断 动能的大小。(均选填“钢球”或“木块”)
木块
钢球
(2)对于老师提供的长度相同的较光滑长木板A和粗糙长木板B，为了使
实验顺利进行，他们应选择长木板 (选填“A”或“B”)。
钢球的质 量m/kg 0.1 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40
木块滑行 的距离s/m 0.12 0.11 0.12 0.12 0.11 0.11 0.12
他根据以上实验数据得出“物体的动能大小与质量无关”的结论，这个结论是 (选填“正确”或“错误”)的，因为 。
解析见下页
(4)小华同学为了验证猜想二，他将质量不同的钢球从斜面的不同高度
由静止开始滚下，实验记录数据如下:
(3)为了验证猜想一，小华同学让同一钢球从斜面的不同高度由静止释放，高度h越高，木块被撞得越远。由此可得出的结论是：_______________。
(2)对于老师提供的长度相同的较光滑长木板A和粗糙长木板B，为了使
实验顺利进行，他们应选择长木板 (选填“A”或“B”)。
(3)为了验证猜想一，小华同学让同一钢球从斜面的不同高度由静止释放，高度h越高，木块被撞得越远。由此可得出的结论是：
（2）若长木板较光滑，钢球和木块运动的距离很远，容易滑出木板的表面，所以应选择粗糙程度大的长木板B。
（3）让同一钢球从同一斜面的不同高度由静止释放，高度h越高，钢球到达斜面底端的速度越大，木块被撞得越远，由此可得出的结论是：
在质量相同时，物体的速度越大，动能越大。
猜想一：动能的大小可能与
物体的运动速度有关；
质量相同时，物体的速度越大，动能越大。
B
钢球的质量m/kg 0.1 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40
木块滑行的距离s/m 0.12 0.11 0.12 0.12 0.11 0.11 0.12
他根据以上实验数据得出“物体的动能大小与质量无关”的结论，这个结论是 (选填“正确”或“错误”)的，因为 。
(4)小华同学为了验证猜想二，他将质量不同的钢球从斜面的不同高度
由静止开始滚下，实验记录数据如下:
实验结论是错误的，原因是不同质量的钢球没有从斜面上同一高度由静止释放，未控制钢球到达斜面底端的速度相同。
错误
没有控制钢球从同一高度由静止滚下
