第3节 动能和势能
[基础达标练]
知识点1 能量
1．下列关于能量的说法中正确的是（ ）
A．做功的物体具有能量，不做功的物体没有能量
B．做功多的物体能量就多，做功少的物体能量就少
C．能够做功的物体具有能量，但不一定就做功
D．能量多的物体所做的功一定就多
【答案】C
【解析】A．做功的物体具有能量，不做功的物体不一定不具有能量，高山上的石头静止，不做功但具有重力势能，故A错误；
BC．能够做功说明具有能量，具有的能量多不一定都做功，故B错误、C正确；
D．物体具有能量大，它可能没做功，例如静止在高处的石块可以做功，但还未做功，故D错误。
故选C。
2．下列说法中正确的是：
A．静止的物体不具有能 B．能够做功的物体一定具有能
C．具有能的物体一定在做功 D．没有做功的物体不具有能
【答案】B
【解析】A,停在空中的直升机,具有一定高度,有重力势能,所以 A不正确；B ,一个物体如果具有了对别的物体做功的本领,我们就说这个物体具有能量,或者说具有能,所以 B正确；C 和D .具有能量的物体不一定正在做功,如被举到高处而静止的物体具有重力势能，但它不做功，所以CD 不正确．故选B .
3．物体能够对外做功，我们就说这个物体具有______，它的单位与功的单位相同，也是______。
【答案】能量 焦耳
【解析】一个物体能够做功，说明这个物体具有能量，物体做的功越多，具有的能量越多。[1][2]物体能够对外做功，表示这个物体具有能量，简称能，单位焦耳。
知识点2 动能
4．北京时间2022年4月16日9时56分，神舟十三号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。飞船返回舱在距地面10千米左右区域时，自动打开降落伞，返回舱速度逐渐降低，此过程中其动能（ ）
A．增大 B．减小 C．不变 D．消失
【答案】B
【解析】返回舱速度逐渐降低，质量不变，所以动能减小，故B符合题意；ACD不符合题意。
故选B。
5．体积相同的实心铅球和木球( 铅 > 木)，它们以相同速度匀速在水平面上滚动，比较它们的动能大小说法正确的是（ ）
A．铅球动能大 B．木球动能大
C．铅球和木球的动能一样大 D．无法判定
【答案】A
【解析】铅球的密度比木球的大，且体积相同，据m=ρV知，m铝>m木。两球在水平上滚动的速度相同，所以铝球的动能大于木球的动能，故A正确，BCD错误。
故选A。
6．汽车超载行驶，是人为引发交通事故的罪魁祸首之一！请你运用所学物理知识，对超载行驶引发交通事故的现象，进行简要说明。
（1）超载时，质量大，___________大，遇到紧急情况时不容易停下来；
（2）超载时，速度一定，质量越大，动能___________，遇到紧急情况时不容易停下来。
【答案】 惯性 大
【解析】[1]汽车超载时，质量大，惯性大，汽车的运动状态不容易改变，所以遇到紧急情况时车不容易停下来。
[2]动能与物体质量、速度的大小有关；速度一定时，质量越大，汽车的动能会越大，因此超载行驶遇到紧急情况时，汽车不容易停下来。
7．在“探究物体的动能大小跟哪些因素有关”实验中，小球A和B的质量不相同。
（1）让小球A和B分别从同一高度由静止开始滚下，目的是使小球运动到水平面时的______相同。由图中的现象可知，小球A的动能______小球B的动能；
（2）实验中，如果所用的水平面绝对光滑并且足够长，本实验将不能完成探究，原因是______；
（3）一只行走的老牛动能约为60J，一颗飞行的步枪子弹动能约为，子弹的动能远大于老牛的动能，是因为它的______大。
【答案】 速度 小于 木块会做匀速直线运动 速度
【解析】（1）[1]让小球A和B分别从同一高度由静止开始滚下，则小球运动到水平面时的速度是相同的。
[2]由图中的现象可知，B球撞击木块后，木块移动的距离要大于A球，说明B球对木块做的功多，所以小球A的动能小于小球B的动能。
（2）[3]若水平面绝对光滑且不计空气阻力，小球与木块将一直做匀速直线运动下去，无法比较其距离的大小，也就无法得出其动能的大小，因此，实验无法得出结论。
（3）[4]一只行走的老牛动能约为60J，一颗飞行的步枪子弹动能约为，动能的影响因素有两个：速度、质量。虽然老牛的质量远远大于子弹的质量，但子弹的速度要远大于老牛的速度，所以子弹的动能远大于老牛的动能。
知识点3 势能
8．下列事例中的物体都与能量有关，其中，描述的物体具有弹性势能的是（ ）
A．被撑杆跳高运动员跳高时压弯的撑杆
B．为了捕获到食物，在森林里快速奔跑的猎豹
C．举到高处的重锺
D．竖直向上运动到达到最高点的皮球
【答案】A
【解析】A．被撑杆跳高运动员跳高时压弯的撑杆发生了弹性形变，具有弹性势能，故A符合题意；
B．为了捕获到食物，在森林里快速奔跑的猎豹具有一定的速度和质量，具有动能，不具有弹性势能，故B不符合题意；
C．举到高处的重锤具有质量和高度，具有重力势能，不具有弹性势能，故C不符合题意；
D．竖直向上运动到达到最高点的皮球，具有一定的高度和质量，具有重力势能，不具有弹性势能，故D不符合题意。
故选A。
9．如图所示是课本某一实验的演示情景，有关此实验的说法中正确的是（ ）
A．此实验说明了小钢球有惯性，纸片无惯性
B．纸片被弹出后，小钢球随后也飞出去
C．弹性钢片弯曲时具有弹性势能
D．弹性钢片将纸片弹出，说明了力能改变物体的形状
【答案】C
【解析】A．一切物体都具有惯性，小钢球和纸片都具有惯性，故A错误；
B．小钢球原来是静止的，当塑料片受力飞出时，小钢球由于惯性还要保持原来的静止状态，故小钢球不会随塑料片飞出，故B错误；
C．弹性钢片弯曲时发生弹性形变，所以弹性钢片弯曲时具有弹性势能，故C正确；
D．弹性钢片将纸片弹出，说明力可以改变物体的运动状态，故D错误。
故选C。
10．如图所示，在农业领域，一架普通无人机携带农药，一天可完成600亩农田农药喷洒任务。假定无人机在同一高度匀速飞行，喷洒农药的过程中，无人机和农药总的动能______，重力势能______。（均选填“变大”“变小”或“不变”）。
【答案】 变小 变小
【解析】[1] [2]无人机在农田上空的某一高度水平匀速飞行喷洒农药时，速度和高度均不变，但质量变小，所以无人机的动能和重力势能均变小。
11．2019年11月28日，我国成功发射高分十二号卫星。在卫星随着运载火箭一起加速上升的过程中，卫星的动能______，势能______。（均填“增大”“减小”或“不变”）
【答案】 增大 增大
【解析】[1][2]在卫星随着运载火箭一起加速上升的时候，卫星的质量不变，速度增大，动能增大；高度增大，重力势能增大。
12．如图所示，原长为l的轻质弹簧一端固定在竖直墙面上，另一端与水平面上的木块相连。推动木块压缩弹簧，当其左端至A点时，弹簧具有的弹性势能为20J；松手后，木块在弹簧的作用下往复运动若干次后静止，此时弹簧具有的弹性势能为1J。则整个过程中木块克服阻力做的功是 _____J，木块最终静止的位置一定不可能位于 _____（选填 B、C、D）点，整个过程中木块速度最大时其左端可能位于 _____（选填 B、C、D）点。
【答案】 19 C B
【解析】[1]弹簧具有的弹性势能为20J；松手后，木块在弹簧的作用下往复运动若干次后静止，此时弹簧具有的弹性势能为1J，木块在运动过程中，克服摩擦力做功，根据能量守恒定律可知，总的能量不变，故克服阻力所做的功为
W=20J-1J=19J
[2]松手后，木块在弹簧的作用下往复运动若干次后静止，此时弹簧具有的弹性势能为1J．说明弹簧此时有弹性形变，而到C点时弹簧恰好恢复原长，所以，木块最终静止的位置一定不可能位于C点。
[3]弹簧被压缩时具有弹力，弹力的方向是水平向右的，木块水平向右运动时，阻力是水平向左的；开始运动时，弹力大于阻力，木块向右运动的过程中，弹力慢慢减小，阻力不变，木块做加速运动，当木块受到的弹力等于阻力时速度最大，此时弹簧未恢复至原长；木块由于惯性仍然会向右运动，此时弹力小于阻力，做的是减速运动，当弹簧恢复原长时弹力为0；由图可知，整个运动过程中木块速度最大时其左端可能位于B点。
13．在探究“重力势能的大小与哪些因素有关”的实验中，已知重物A、B、C的底面积相同，质量关系为：mA=mB（1）让重物自由下落打击在木桩上，通过观察木桩陷入沙中的深度判断______（选填“重物”“木桩”）的重力势能大小；
（2）比较______两个重物将木桩打入沙中的深度，可判断重力势能的大小和高度的关系，得出的结论是：在______一定时，物体的高度越______，重力势能越大；
（3）结合（2）中的实验结论，通过比较B和C两个重物将木桩打入沙中的深度，我们______（选填“能”或“不能”）得出物体的重力势能与其质量有关的结论；
（4）如图丙，小明又用海绵代替沙子，并用重物A、B、C分别竖直下落到海绵上，静止后会发现A和B陷入海绵的深度______（相同/不同），B和C陷入海绵的深度______（相同/不同）。
【答案】 重物 A、B 质量 高 能 相同 不同
【解析】（1）[1]让重物自由下落打击在木桩上，重物会对木桩做功，所以通过观察木桩陷入沙中的深度判断重物的重力势能大小。
（2）[2]要探究重力势能的大小和高度的关系，就要控制重物的质量相同，故应该选择A、B两个重物。
[3][4]由图可知：物块B的高度大于A的高度，B撞击木桩的深度大于A撞击木桩的深度，所以结论为：物体的质量一定时，物体的高度越大，具有的重力势能就越大。
（3）[5] 虽然物块B的质量小于物块C的质量，且物块B的高度高于物块C的高度，但木桩陷入沙中的深度相同，即重力势能是相同的，所以能得出结论。
（4）[6][7]根据题意可知，mA=mB[能力提升练]
14．下列关于能量的叙述中，正确的是
A．一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能
B．挂在树枝上的苹果，没有做功，所以没有能量
C．一根弹簧具有弹性势能
D．运动的物体具有能，静止的物体没有能
【答案】A
【分析】一个物体能够对另一个物体做功，这个物体就具有能量，能量反映了物体做功的本领．
【解析】A. 一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能，故A正确；
B. 挂在树枝上的苹果，虽然没有做功，但具有做功的本领，所以具有能，故B错误；
C. 一根弹簧只有发生形变时才具有弹性势能，故C错误；
D. 运动的物体具有动能，静止的物体可能具有势能，故D错误．
故选A.
15．如图所示，A、B两球质量相等，A球用不可伸长的轻绳系于O点，B球用轻弹簧系于点，O与点在同一水平面上。分别将A、B球拉到与悬点等高处，细绳和轻弹簧均处于水平，弹簧处于自然状态，将两球分别由静止开始释放，当两球第一次达到各自悬点的正下方时，两球仍处在同一水平面上，则两球各自第一次到达悬点正下方时（不计空气阻力）（ ）
A．两球的动能相等 B．B球动能较大
C．A球动能较大 D．A球损失的重力势能较多
【答案】C
【解析】两个小球质量相同，且开始时处于同一高度，因此它们具有的重力势能相等。
由题意可知，两球下降的高度相等，则两球的重力势能减小量相等，即两球损失的重力势能相等。
不计空气阻力，当A球摆动到最低点时，它损失的重力势能全部转化为动能；B球摆动到最低点时，损失的重力势能转化为动能和弹簧的弹性势能，因此A球的动能大。故ABD不符合题意，C符合题意。
故选C。
16．“蹦极”就是跳跃者把一端固定的长弹性绳绑在踝关节等处，从几十米高处跳下的一种极限运动。某运动员做蹦极运动，所受绳子拉力F的大小随时间t变化的情况如图所示。将蹦极过程近似为在竖直方向的运动，据图可知运动员（ ）
A．重力大小为F0 B．t0时刻重力势能最小
C．t0时刻动能最大 D．所受拉力F对其始终不做功
【答案】B
【解析】A．当拉力最大时，跳跃者受到的拉力最大，此时拉力大于重力，由图可知，拉力为F0时，跳跃着位于最低点，所以拉力F0大于重力，故A错误；
B．由图像可知，t0时刻拉力最大，跳跃者位置最低，所以重力势能最小，故B正确；
C．t0时刻，跳跃者速度为0，所以动能最小，故C错误；
D．跳跃者在拉力F的方向上移动了距离，故拉力对跳跃者做了功，故D错误。
故选B。
17．如图甲所示，将一根弹簧和一个质量为0.5kg的金属球（球上有小孔）套在铁架台的金属杆AB上面，（金属杆AB光滑）现将小球提到B端后松手，小球的高度随时间变化情况如图乙所示，在0~t1过程中，小球的动能 ___________（选填“增大”、“减小”、“先增大后减小”或“不变”），此过程中小球重力势能的变化量 ___________（选填“大于”、“小于”或“等于”）动能变化量。
【答案】增大 大于
【解析】[1]由图像可知，小球最终会静止在弹簧上，此时弹簧受到了小球向下的压力，且此时小球的高度为40cm，故弹簧的原长要大于40cm；由图像可知，小球最终会静止在40cm高的弹簧上，小球在这一位置受平衡力，即小球的重力和弹簧对小球的弹力相等，说明小球在0~t1过程中，受力不平衡，合力方向向下，向下做加速运动，小球质量不变，小球的动能增大。
[2]由图像可知，小球每次弹起的最大高度减小，说明小球运动时受到阻力的作用，在0~t1过程中小球重力势能转化为弹簧的弹性势能、小球的动能和内能，故在0~t1过程中小球重力势能变化量大于动能的变化量。
18．在学习势能知识时，小红将一张硬卡片对折，在开口一边剪两刀，然后将一根橡皮筋套在开口边，做成了一个特殊的卡片。小红将图中的卡片反过来，用手把它压平在桌面上，使橡皮筋伸长，迅速松开手，观察到的实验现象是______，这个现象说明：发生弹性形变的橡皮筋对卡片______，因此橡皮筋具有______。
【答案】卡片弹起 做功 能量
【解析】[1][2][3]将图中的卡片反过来，用手把它压平在桌面上，使橡皮筋伸长，橡皮筋发生了弹性形变，迅速松开手，橡皮筋要恢复原来的形状，所以观察到的实验现象是卡片弹起。当卡片压平在桌面上时，橡皮筋发生弹性形变，具有了弹性势能，在恢复原状的过程中对卡片做功。发生弹性形变的橡皮筋可以对外做功，说明橡皮筋具有能量。
19．在“模拟打桩”的实验中，原来处于同一沙槽、相同深度的1、2、3、4个相同木桩，经A、B、C三个重锤从高处由静止下落撞击后，最终所处的位置如图所示。由此可知：实验中可通过观察______来比较重锤重力势能的大小，若B、C两锤下落高度相同，则______（选填“B”或“C”）锤的质量要大一些；若A锤质量大于B锤质量，可推测______（选填“A”或“B”）锤下落高度较高。
【答案】木桩下陷的深度 B B
【解析】[1]木桩下陷的深度越深，表明重锤做功的本领越大，也说明了重锤具有的重力势能越大，所以实验中可通过观察木桩下陷的深度来比较重锤重力势能的大小。
[2]B、C相比，B下陷的较深，表明B锤的重力势能更大，如果B、C两锤刚下落时的高度相同，则B锤的质量要大一些。
[3]A、B相比，B下陷的较深，表明B锤的重力势能较大，但由于A锤的质量大于B锤的质量，所以B锤的下落高度比A高很多。
20．如图是竖直向上抛出的小球上升过程中每隔相等的时间曝光一次所得的照片。从图中可以判断：小球在a、b位置间的平均速度_______（选填“大于”“小于”或“等于”）在c、d位置间的平均速度；在上升过程中，小球的重力势能________，重力做功的功率_________。（后两空均选填“逐渐增大”、“逐渐减小”或“不变”）
【答案】 大于 逐渐增大 逐渐减小
【解析】[1]如图所示，小球上升过程中间隔越来越小，即小球做减速运动，即小球在上升过程，速度越来越小，平均速度当然也越来越小，即小球在a、b位置间的平均速度小于在c、d位置间的平均速度。
[2]在上升过程中，高度增大，所以小球的重力势能逐渐增大。
[3]根据
即功率等于力乘以速度，因为小于上升过程中重力不变，速度减小，所以重力做功的功率也逐渐变小。
21．利用如图所示的装置探究“物体的动能大小与哪些因素有关”。将小球 A、B分别拉到与竖直方向成一定角度θ的位置，然后都由静止释放，当小球摆动到竖直位置时，将与静止在水平面上的木块C发生碰撞，木块就会在水平面上滑行一定距离后停止。图中的摆长L都相同，θ1<θ2，球A、B的质量分别为mA、mB（mA< mB）。
（1）如图甲、乙所示，同时释放小球A、B，观察到它们并排摆动且始终相对静止，同时到达竖直位置，这表明两小球在摆动过程中的任一时刻的速度大小与小球的____无关；
（2）如图甲、乙所示，观察到小球能将木块C撞得更远，由此可得出结论：_____相同时，物体的_____越大，动能越大；
（3）图乙中小球B到达竖直位置时的速度____（选填“大于”、“小于”或“等于”）图丙中小球B到达竖直位置时的速度；
（4）本实验通过观察_____来判断小球动能的大小；
（5）若不计空气阻力，水平面绝对光滑，本实验___达到实验目的（选填“能”或“不能”）。
【答案】 质量 速度 质量 小于 木块C移动的距离 不能
【解析】（1）[1]如图对比甲、乙，同时释放，同时到达竖直位置，θ相同，小球的路程相同，故小球的速度相同。
（2）[2][3]对比甲、乙可知，乙球的质量大，能够将木块C推得更远，对物体C做的功更多，故小球乙的动能更大，故可以得出结论，当速度相同时，物体的质量越大，动能越大。
（3）[4]图中的摆长L都相同，θ1<θ2，丙图中小球的高度大于乙图中小球的高度，当拉动小球到一定高度，静止释放到竖直位置时，小球的重力势能转化为动能，丙图中小球的重力势能大，故丙图中小球到达竖直位置时，动能大，故丙图小球的速度大，图乙中小球B到达竖直位置时的速度小于图丙中小球B到达竖直位置时的速度。
（4）[5]小球的动能越大，对木块C做功越多，木块C滑动的距离越大，故可以根据木块C移动的距离判断小球的动能的大小。
（5）[6]若不计空气阻力，水平面绝对光滑，一旦小球撞击木块C后，木块C由于惯性，会一直做匀速直线运动，无法通过木块C移动的距离来判断小球的动能的大小，故本实验不能达到实验目的。
22．小明同学为了模拟研究汽车超速和超载带来的安全隐患，设计的实验装置如图甲所示，将小车从斜面上高h处由静止释放，运动至木板后与木块碰撞，通过改变小车释放时高度h和在小车中增加钩码，得到了如图2、3、4所示的三个实验场景。
（1）在实验中，木块被碰撞后在木板上滑行的距离越长，表明发生碰撞时小车对木块所做的功就越______，小车动能越大；
（2）在研究超载带来的安全隐患时，应选用如图乙和图______（选填“丙”或“丁”）的场景进行实验。在速度相同的情况下，汽车的______越大，其动能就越大，发生交通事故时造成的伤害就越大；同时质量越大，具有的______越大，容易发生追尾事故。因此严禁汽车超载是减轻交通事故造成伤害的一个重要手段；
（3）在研究超速带来的安全隐患时，应选用图丁和图______（选填“乙”或“丙”）的场景进行实验。在质量相同的情况下，汽车的______越大，其动能就越大，发生交通事故时造成的伤害就越大，因此严禁汽车超速是减轻交通事故造成伤害的另一个重要手段。
【答案】 多 丙 质量 惯性 丙 速度
【解析】（1）[1]在实验中，木块被碰撞后在木板上滑行的距离越长，说明木块的机械能越大，小车和木块碰撞时，小车对木块所做的功就越多，小车动能越大。
（2）[2]在研究超载带来的安全隐患时，即质量过大，速度是相同的情况，从图乙可以看到，小车的高度为10cm，那么另一个图也应该为10cm，这样小车到达斜面底部时，速度相等，但是质量要不同，图丁中的7cm不合适，图丙是10cm和多了个钩码，则图丙合适，故应选用如图乙和图丙的场景进行实验。
[3]从图乙和图丙两图，可以看到，图丙小车上有钩码，质量较大，下落时的高度相同，都是10cm，滑到底部拥有的速度相同，木块滑动的距离也不同，说明在速度相同的情况下，汽车的质量越大，其动能就越大，发生交通事故时造成的伤害就越大。
[4]惯性与物体的质量有关，质量越大，具有的惯性越大，容易发生追尾事故。
（3）[5]在研究超速带来的安全隐患时，即速度较大，质量是相同的情况，从图丁可以看到，即有小车还有100g钩码，那么另一个图也应该有小车和钩码，且小车所处的高度不同，不是7cm，故图丙符合题意，应选用图丁和图丙的场景进行实验。
[6]从图丙和图丁两图，可以看到，小车下滑时，高度不一样，一个是10cm，另一是7cm，滑到底部拥有的速度不同，质量是相同的，木块滑动的距离也不同，说明在质量相同的情况下，汽车的速度越大，其动能就越大，发生交通事故时造成的伤害就越大。
23．小明想利用“研究动能的大小与哪些因素有关”的实验装置和器材（斜面、木块、不同质量的小钢球）来探究“影响重力势能大小的因素”。请你帮助他完成如下实验方案：
（1）实验中小球从斜面上某一高处自由滚到斜面底时，重力势能转化为______，撞击木块后推动木块在水平面上向前移动，再转化为______，最后静止。所以重力势能的大小可通过观察______的大小来判断；
（2）实验中小明进行了如图的4步操作，由______（填序号）图可探究重力势能的大小与物体高度的关系；比较①②或③④得出的结论是______。
【答案】 动能 内能 木块被推出距离 ①③或②④ 高度相同的小球，质量越大，重力势能越大
【解析】（1）[1]实验中小球从斜面上某一高处自由滚到斜面底时，小球所处的高度逐渐降低，其重力势能逐渐减小；但速度越来越快，其动能越来越大，正是小球的重力势能转化为了动能。
[2][3]小球撞击木块后推动木块在水平面上克服摩擦力做功，将机械能转化为内能，最后静止；所以实验中将小球重力势能的大小转化为其对木块做功的多少来比较，即小球推动木块移动的距离越远，其对木块所做的功就越多，即具有的重力势能就越大；反之就越少，这用到了转换法。
（2）[4]若要探究物体重力势能大小与物体高度的关系，则需让同一小球从不同高度滚下，所以应选择①③或②④图进行实验。
[5]比较①②或③④知道，高度相同，小球的质量不同，且质量越大，木块被推动的越远，故可以得出的结论是：高度相同的小球，质量越大，重力势能越大。
24．在探究“物体动能大小与哪些因素有关”的实验中，小明让质量不同的小球从同一斜面的同一高度由静止释放，撞击同一木块，木块被撞出一段距离，如图甲所示。
（1）本实验所研究的对象是___________（选填“木块”“小球”或“斜面”）；
（2）将小球从同一高度由静止释放的目的是控制小球到达水平面的___________相同。该实验是通过观察___________（选填“s”或“h”）的大小来反映小球的动能大小的，这种研究问题的方法叫___________。若水平面是光滑的，___________（填“能”或“不能”）达到探究目的；
（3）小明还想通过上述实验过程探究物体重力势能与质量的关系，小明的设想_______（可行/不可行）；
（4）有同学将实验装置甲改进成图乙所示；
A．若用同一小球将同一弹簧压缩不同程度后静止释放，撞击同一木块，将木块撞出一段距离进行比较，可以研究小球的动能大小与___________（质量/速度）的关系；
B．若用甲、乙两个质量不同的小球（m甲>m乙）将同一弹簧压缩相同程度后由静止释放，同一木块受到撞击后相应移动距离s甲___________s乙（选填“大于”、“小于”或“等于”）。
【答案】小球 速度 s 转换法 不能 可行 速度 等于
【解析】（1）[1]根据题意可知，小明让质量不同的小球从同一斜面的同一高度由静止释放，撞击同一木块，实验中探究小球的动能，即小球撞击木块时的动能的大小。
（2）[2]小明让质量不同的小球从同一斜面的同一高度由静止释放，该实验的目的是研究小球的动能大小与质量的关系，只改变小球的质量，由控制变量法可知，让小球从同一高度由静止释放的目的是控制小球到达水平面初速度相同。
[3][4]由于小球的动能大小无法直接观察，所以要用到转换法，实验中是通过观察木块移动的距离s的大小判断出小球具有的动能的大小。
[5]若水平面绝对光滑，木块就会做匀速直线运动，无法比较木块移动距离的远近，达不到探究目的。
（3）[6]小球的动能是由小球的重力势能转化而来，故小明还想通过上述实验过程探究物体重力势能与质量的关系，方案可行。
（4）[7]用同一小球将同一弹簧压缩不同程度后静止释放，小球的动能由弹簧的弹性势能转化而来，而弹簧的弹性势能的大小与形变程度有关，故弹簧的弹性势能不相同，小球与弹簧分开后获得的初速度不同，而小球的质量相同，故可以研究小球的动能大小与速度的关系。
[8]若用甲、乙两个质量不同的小球（m甲>m乙）将同一弹簧压缩相同程度后由静止释放，弹簧的压缩程度相同，具有的弹性势能相同，则小球的动能相同，撞击木块时木块的动能相同，木块的质量不变，所以木块移动的距离相同，即s甲等于s乙。
25．为创建良好的生活环境，我市环保部门使用如图所示的雾炮车对街道进行除尘消毒，雾炮车的部分参数如表所示；某次作业时，雾炮车在大小恒定为6.0×103N的牵引力作用下，沿平直道路在5min内匀速直线行驶了1.2km；（g取10N/kg）问：
空载重量m1/kg 6×103
最大载重量m2/kg 4×103
轮胎着地总面积S/m2 0.4
（1）作业过程中，雾炮车的动能 ______，雾炮车的重力势能 ______；（均选填“变大“、“变小“或“不变“）
（2）雾炮车满载药液时对水平路面的压强是多少？______
（3）雾炮车作业过程中受到的阻力是多少？______
（4）雾炮车作业过程中牵引力做功的功率是多少？______
【答案】 变小 变小 2.5×105Pa 6.0×103N 2.4×104W
【解析】解：（1）[1][2]从图中可知，作业过程中，雾炮车向外喷水，雾炮车的速度不变，质量变小，故动能变小，雾炮车的高度不变，质量变小，故重力势能变小；
（2）[3]由受力分析可知，装满水时，雾炮车对地面的压力为
F＝G＝（m车+m水）g＝（6×103kg+4×103kg）×10N/kg＝1×105N
故车对地面的压强为
（3）[4]因雾炮车沿平直道路在5min内匀速直线行驶了1.2km，可知雾炮车处于平衡状态，故其所受阻力等于所受牵引力，即
f＝F牵＝6.0×103N
（4）[5]由题意可知，雾炮车作业过程中牵引力做的功为
W＝F牵s＝6.0×103N×1.2×103m＝7.2×106J
故牵引力做功的功率为
答：（1）作业过程中，雾炮车的动能变小，雾炮车的重力势能变小；
（2）雾炮车满载药液时对水平路面的压强是2.5×105Pa；
（3）雾炮车作业过程中受到的阻力是6.0×103N；
（4）雾炮车作业过程中牵引力做功的功率是2.4×104W。
[高频考题实战练]
26．（2022·湖南益阳·统考中考真题）2021年7月30日，中国蹦床运动员朱雪莹和刘灵玲包揽了东京奥运会女子蹦床金银牌，为国争了光。比赛中朱雪莹先被蹦床弹起上升到最高点，之后从最高点下落直至将蹦床压缩到最低点。在此过程中，有关朱雪莹机械能变化的说法正确的是（ ）
A．在空中上升过程中，她的动能转化为重力势能
B．在最高点她的动能最大
C．下落到将与床面接触时，她的动能为零
D．蹦床被压缩到最低点时，她的重力势能最大
【答案】A
【解析】A．在空中上升过程中，运动员的质量不变，速度变小，高度升高，动能减少，重力势能增大，是动能转化为重力势能，故A正确；
B．在最高点，运动员的速度为0，动能为0，故B错误；
C．在空中下落时，重力势能转化为动能，所以与床面接触时，动能不为0，故C错误；
D．运动员上升到最高点时，高度最高，重力势能最大，蹦床被压缩到最低点时，弹性形变最大，床具有的弹性势能最大，故D错误。
故选A。
27．（2022·贵州贵阳·统考中考真题）“十次事故九次快”说明汽车超速会带来危害，汽车“多拉快跑”更是追尾事故中的罪魁祸首，超速与超载严重危害了道路交通安全。
小明通过实验探究货车超速与超载在追尾事故中的危害，用到的器材有：小车（模拟货车）、木块（模拟被追尾车辆）、砝码若干、坡度固定的斜面。将小车从如图甲所示的A处自由释放，小车在水平面上运动一段距离s0后停止，s0可视为刹车后运动的距离。将木块静置于小车右侧所在的位置B处，表明符合核载量并在限速内的货车不会对前车追尾。
请回答下列问题：
（1）探究货车超速的危害：如图乙所示，木块置于B处，小车由斜面顶端释放，撞击木块并与木块共同运动一段距离s1，这表明货车超速___________（选填“会”或“不会”）产生追尾的危害。本实验可用木块运动的___________反映追尾的危害程度；
（2）探究货车超载的危害：如图丙所示，木块置于B处，将砝码固定在小车上，仍从A处释放小车，观察小车的运动情况。逐次增加砝码个数重复实验，发现小车在水平面上运动的距离几乎都为s0，均未与木块撞击。小明猜想：小车每次到达斜面底端时，虽其动能随___________的逐次增大而增大，但仍未追尾，原因可能是小车此时___________还不够大；
（3）由（2）问中的实验看出小车超载几乎不会追尾前车，但生活中货车超载引起的追尾事故却频频发生。请你在上述实验的基础上再设计一步实验操作（木块仍置于B处），证明货车追尾前车会因超载带来危害；
①操作：___________；
②请你对可能产生的现象进行合理预设，并指出仅因超载造成追尾的危害程度在实验结果中是如何体现的？___________。
【答案】 会 距离 质量 速度 见解析 见解析
【解析】（1）[1]小车由斜面顶端释放，撞击木块并与木块共同运动一段距离s1，说明速度越大的物体具有动能越大，动能过大的货车会造成追尾事故。
[2]危害程度不能直观体现，只能运用转换法，用木块被撞击的距离间接体现。
（2）[3]逐次增加砝码个数重复实验，增加砝码质量越大，造成小车的动能越大。
[4]影响动能的因素除了质量，还有速度，所以考虑可能是速度还不够大。
（3）[5]将装有砝码的小车放在斜面顶端释放，观察木块被撞击后运动的距离。
[6]若木块运动的距离比乙图中木块运动的距离更远，则木块两次运动距离之差即可体现仅因超载带来的危害程度。第3节 动能和势能
[基础达标练]
知识点1 能量
1．下列关于能量的说法中正确的是（ ）
A．做功的物体具有能量，不做功的物体没有能量
B．做功多的物体能量就多，做功少的物体能量就少
C．能够做功的物体具有能量，但不一定就做功
D．能量多的物体所做的功一定就多
2．下列说法中正确的是：
A．静止的物体不具有能 B．能够做功的物体一定具有能
C．具有能的物体一定在做功 D．没有做功的物体不具有能
3．物体能够对外做功，我们就说这个物体具有______，它的单位与功的单位相同，也是______。
知识点2 动能
4．北京时间2022年4月16日9时56分，神舟十三号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。飞船返回舱在距地面10千米左右区域时，自动打开降落伞，返回舱速度逐渐降低，此过程中其动能（ ）
A．增大 B．减小 C．不变 D．消失
5．体积相同的实心铅球和木球( 铅 > 木)，它们以相同速度匀速在水平面上滚动，比较它们的动能大小说法正确的是（ ）
A．铅球动能大 B．木球动能大
C．铅球和木球的动能一样大 D．无法判定
6．汽车超载行驶，是人为引发交通事故的罪魁祸首之一！请你运用所学物理知识，对超载行驶引发交通事故的现象，进行简要说明。
（1）超载时，质量大，___________大，遇到紧急情况时不容易停下来；
（2）超载时，速度一定，质量越大，动能___________，遇到紧急情况时不容易停下来。
7．在“探究物体的动能大小跟哪些因素有关”实验中，小球A和B的质量不相同。
（1）让小球A和B分别从同一高度由静止开始滚下，目的是使小球运动到水平面时的______相同。由图中的现象可知，小球A的动能______小球B的动能；
（2）实验中，如果所用的水平面绝对光滑并且足够长，本实验将不能完成探究，原因是______；
（3）一只行走的老牛动能约为60J，一颗飞行的步枪子弹动能约为，子弹的动能远大于老牛的动能，是因为它的______大。
知识点3 势能
8．下列事例中的物体都与能量有关，其中，描述的物体具有弹性势能的是（ ）
A．被撑杆跳高运动员跳高时压弯的撑杆
B．为了捕获到食物，在森林里快速奔跑的猎豹
C．举到高处的重锺
D．竖直向上运动到达到最高点的皮球
9．如图所示是课本某一实验的演示情景，有关此实验的说法中正确的是（ ）
A．此实验说明了小钢球有惯性，纸片无惯性
B．纸片被弹出后，小钢球随后也飞出去
C．弹性钢片弯曲时具有弹性势能
D．弹性钢片将纸片弹出，说明了力能改变物体的形状
10．如图所示，在农业领域，一架普通无人机携带农药，一天可完成600亩农田农药喷洒任务。假定无人机在同一高度匀速飞行，喷洒农药的过程中，无人机和农药总的动能______，重力势能______。（均选填“变大”“变小”或“不变”）。
11．2019年11月28日，我国成功发射高分十二号卫星。在卫星随着运载火箭一起加速上升的过程中，卫星的动能______，势能______。（均填“增大”“减小”或“不变”）
12．如图所示，原长为l的轻质弹簧一端固定在竖直墙面上，另一端与水平面上的木块相连。推动木块压缩弹簧，当其左端至A点时，弹簧具有的弹性势能为20J；松手后，木块在弹簧的作用下往复运动若干次后静止，此时弹簧具有的弹性势能为1J。则整个过程中木块克服阻力做的功是 _____J，木块最终静止的位置一定不可能位于 _____（选填 B、C、D）点，整个过程中木块速度最大时其左端可能位于 _____（选填 B、C、D）点。
13．在探究“重力势能的大小与哪些因素有关”的实验中，已知重物A、B、C的底面积相同，质量关系为：mA=mB（1）让重物自由下落打击在木桩上，通过观察木桩陷入沙中的深度判断______（选填“重物”“木桩”）的重力势能大小；
（2）比较______两个重物将木桩打入沙中的深度，可判断重力势能的大小和高度的关系，得出的结论是：在______一定时，物体的高度越______，重力势能越大；
（3）结合（2）中的实验结论，通过比较B和C两个重物将木桩打入沙中的深度，我们______（选填“能”或“不能”）得出物体的重力势能与其质量有关的结论；
（4）如图丙，小明又用海绵代替沙子，并用重物A、B、C分别竖直下落到海绵上，静止后会发现A和B陷入海绵的深度______（相同/不同），B和C陷入海绵的深度______（相同/不同）。
[能力提升练]
14．下列关于能量的叙述中，正确的是
A．一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能
B．挂在树枝上的苹果，没有做功，所以没有能量
C．一根弹簧具有弹性势能
D．运动的物体具有能，静止的物体没有能
15．如图所示，A、B两球质量相等，A球用不可伸长的轻绳系于O点，B球用轻弹簧系于点，O与点在同一水平面上。分别将A、B球拉到与悬点等高处，细绳和轻弹簧均处于水平，弹簧处于自然状态，将两球分别由静止开始释放，当两球第一次达到各自悬点的正下方时，两球仍处在同一水平面上，则两球各自第一次到达悬点正下方时（不计空气阻力）（ ）
A．两球的动能相等 B．B球动能较大
C．A球动能较大 D．A球损失的重力势能较多
16．“蹦极”就是跳跃者把一端固定的长弹性绳绑在踝关节等处，从几十米高处跳下的一种极限运动。某运动员做蹦极运动，所受绳子拉力F的大小随时间t变化的情况如图所示。将蹦极过程近似为在竖直方向的运动，据图可知运动员（ ）
A．重力大小为F0 B．t0时刻重力势能最小
C．t0时刻动能最大 D．所受拉力F对其始终不做功
17．如图甲所示，将一根弹簧和一个质量为0.5kg的金属球（球上有小孔）套在铁架台的金属杆AB上面，（金属杆AB光滑）现将小球提到B端后松手，小球的高度随时间变化情况如图乙所示，在0~t1过程中，小球的动能 ___________（选填“增大”、“减小”、“先增大后减小”或“不变”），此过程中小球重力势能的变化量 ___________（选填“大于”、“小于”或“等于”）动能变化量。
18．在学习势能知识时，小红将一张硬卡片对折，在开口一边剪两刀，然后将一根橡皮筋套在开口边，做成了一个特殊的卡片。小红将图中的卡片反过来，用手把它压平在桌面上，使橡皮筋伸长，迅速松开手，观察到的实验现象是______，这个现象说明：发生弹性形变的橡皮筋对卡片______，因此橡皮筋具有______。
19．在“模拟打桩”的实验中，原来处于同一沙槽、相同深度的1、2、3、4个相同木桩，经A、B、C三个重锤从高处由静止下落撞击后，最终所处的位置如图所示。由此可知：实验中可通过观察______来比较重锤重力势能的大小，若B、C两锤下落高度相同，则______（选填“B”或“C”）锤的质量要大一些；若A锤质量大于B锤质量，可推测______（选填“A”或“B”）锤下落高度较高。
20．如图是竖直向上抛出的小球上升过程中每隔相等的时间曝光一次所得的照片。从图中可以判断：小球在a、b位置间的平均速度_______（选填“大于”“小于”或“等于”）在c、d位置间的平均速度；在上升过程中，小球的重力势能________，重力做功的功率_________。（后两空均选填“逐渐增大”、“逐渐减小”或“不变”）
21．利用如图所示的装置探究“物体的动能大小与哪些因素有关”。将小球 A、B分别拉到与竖直方向成一定角度θ的位置，然后都由静止释放，当小球摆动到竖直位置时，将与静止在水平面上的木块C发生碰撞，木块就会在水平面上滑行一定距离后停止。图中的摆长L都相同，θ1<θ2，球A、B的质量分别为mA、mB（mA< mB）。
（1）如图甲、乙所示，同时释放小球A、B，观察到它们并排摆动且始终相对静止，同时到达竖直位置，这表明两小球在摆动过程中的任一时刻的速度大小与小球的____无关；
（2）如图甲、乙所示，观察到小球能将木块C撞得更远，由此可得出结论：_____相同时，物体的_____越大，动能越大；
（3）图乙中小球B到达竖直位置时的速度____（选填“大于”、“小于”或“等于”）图丙中小球B到达竖直位置时的速度；
（4）本实验通过观察_____来判断小球动能的大小；
（5）若不计空气阻力，水平面绝对光滑，本实验___达到实验目的（选填“能”或“不能”）。
22．小明同学为了模拟研究汽车超速和超载带来的安全隐患，设计的实验装置如图甲所示，将小车从斜面上高h处由静止释放，运动至木板后与木块碰撞，通过改变小车释放时高度h和在小车中增加钩码，得到了如图2、3、4所示的三个实验场景。
（1）在实验中，木块被碰撞后在木板上滑行的距离越长，表明发生碰撞时小车对木块所做的功就越______，小车动能越大；
（2）在研究超载带来的安全隐患时，应选用如图乙和图______（选填“丙”或“丁”）的场景进行实验。在速度相同的情况下，汽车的______越大，其动能就越大，发生交通事故时造成的伤害就越大；同时质量越大，具有的______越大，容易发生追尾事故。因此严禁汽车超载是减轻交通事故造成伤害的一个重要手段；
（3）在研究超速带来的安全隐患时，应选用图丁和图______（选填“乙”或“丙”）的场景进行实验。在质量相同的情况下，汽车的______越大，其动能就越大，发生交通事故时造成的伤害就越大，因此严禁汽车超速是减轻交通事故造成伤害的另一个重要手段。
23．小明想利用“研究动能的大小与哪些因素有关”的实验装置和器材（斜面、木块、不同质量的小钢球）来探究“影响重力势能大小的因素”。请你帮助他完成如下实验方案：
（1）实验中小球从斜面上某一高处自由滚到斜面底时，重力势能转化为______，撞击木块后推动木块在水平面上向前移动，再转化为______，最后静止。所以重力势能的大小可通过观察______的大小来判断；
（2）实验中小明进行了如图的4步操作，由______（填序号）图可探究重力势能的大小与物体高度的关系；比较①②或③④得出的结论是______。
24．在探究“物体动能大小与哪些因素有关”的实验中，小明让质量不同的小球从同一斜面的同一高度由静止释放，撞击同一木块，木块被撞出一段距离，如图甲所示。
（1）本实验所研究的对象是___________（选填“木块”“小球”或“斜面”）；
（2）将小球从同一高度由静止释放的目的是控制小球到达水平面的___________相同。该实验是通过观察___________（选填“s”或“h”）的大小来反映小球的动能大小的，这种研究问题的方法叫___________。若水平面是光滑的，___________（填“能”或“不能”）达到探究目的；
（3）小明还想通过上述实验过程探究物体重力势能与质量的关系，小明的设想_______（可行/不可行）；
（4）有同学将实验装置甲改进成图乙所示；
A．若用同一小球将同一弹簧压缩不同程度后静止释放，撞击同一木块，将木块撞出一段距离进行比较，可以研究小球的动能大小与___________（质量/速度）的关系；
B．若用甲、乙两个质量不同的小球（m甲>m乙）将同一弹簧压缩相同程度后由静止释放，同一木块受到撞击后相应移动距离s甲___________s乙（选填“大于”、“小于”或“等于”）。
25．为创建良好的生活环境，我市环保部门使用如图所示的雾炮车对街道进行除尘消毒，雾炮车的部分参数如表所示；某次作业时，雾炮车在大小恒定为6.0×103N的牵引力作用下，沿平直道路在5min内匀速直线行驶了1.2km；（g取10N/kg）问：
空载重量m1/kg 6×103
最大载重量m2/kg 4×103
轮胎着地总面积S/m2 0.4
（1）作业过程中，雾炮车的动能 ______，雾炮车的重力势能 ______；（均选填“变大“、“变小“或“不变“）
（2）雾炮车满载药液时对水平路面的压强是多少？______
（3）雾炮车作业过程中受到的阻力是多少？______
（4）雾炮车作业过程中牵引力做功的功率是多少？______
[高频考题实战练]
26．（2022·湖南益阳·统考中考真题）2021年7月30日，中国蹦床运动员朱雪莹和刘灵玲包揽了东京奥运会女子蹦床金银牌，为国争了光。比赛中朱雪莹先被蹦床弹起上升到最高点，之后从最高点下落直至将蹦床压缩到最低点。在此过程中，有关朱雪莹机械能变化的说法正确的是（ ）
A．在空中上升过程中，她的动能转化为重力势能
B．在最高点她的动能最大
C．下落到将与床面接触时，她的动能为零
D．蹦床被压缩到最低点时，她的重力势能最大
27．（2022·贵州贵阳·统考中考真题）“十次事故九次快”说明汽车超速会带来危害，汽车“多拉快跑”更是追尾事故中的罪魁祸首，超速与超载严重危害了道路交通安全。
小明通过实验探究货车超速与超载在追尾事故中的危害，用到的器材有：小车（模拟货车）、木块（模拟被追尾车辆）、砝码若干、坡度固定的斜面。将小车从如图甲所示的A处自由释放，小车在水平面上运动一段距离s0后停止，s0可视为刹车后运动的距离。将木块静置于小车右侧所在的位置B处，表明符合核载量并在限速内的货车不会对前车追尾。
请回答下列问题：
（1）探究货车超速的危害：如图乙所示，木块置于B处，小车由斜面顶端释放，撞击木块并与木块共同运动一段距离s1，这表明货车超速___________（选填“会”或“不会”）产生追尾的危害。本实验可用木块运动的___________反映追尾的危害程度；
（2）探究货车超载的危害：如图丙所示，木块置于B处，将砝码固定在小车上，仍从A处释放小车，观察小车的运动情况。逐次增加砝码个数重复实验，发现小车在水平面上运动的距离几乎都为s0，均未与木块撞击。小明猜想：小车每次到达斜面底端时，虽其动能随___________的逐次增大而增大，但仍未追尾，原因可能是小车此时___________还不够大；
（3）由（2）问中的实验看出小车超载几乎不会追尾前车，但生活中货车超载引起的追尾事故却频频发生。请你在上述实验的基础上再设计一步实验操作（木块仍置于B处），证明货车追尾前车会因超载带来危害；
①操作：___________；
②请你对可能产生的现象进行合理预设，并指出仅因超载造成追尾的危害程度在实验结果中是如何体现的？___________。
