第三节 动能和势能
教材任务驱动
任务一 认识动能和势能
1.能:
(1)定义:一个物体能够对其他物体 ,就说这个物体具有能量,简称能。
(2)单位: ;简称 ,符号是 。
2.动能:物体由于 具有的能量。
3.重力势能:物体由于处于一定的 所具有的能。
4.弹性势能:物体因 而具有的能。
5.势能:重力势能、 势能的统称。
【释疑点】 (1)正在做功的物体一定具有能量,但具有能量的物体不一定正在做功;
(2)一个物体可以只具有动能或势能,也可以同时具有动能和势能。
任务二 探究:影响动能大小的因素
【探究准备】
1.钢球在光滑斜面上由静止开始下滑,到达斜面底端的速度只与释放位置的高度有关,释放位置越 ,到达底端的速度越大。
2.实验方法:
(1)转换法:水平面上,被撞木块的运动距离越 ,说明运动钢球所具有的动能越大。
(2)控制变量法:探究质量或速度之一对动能的影响时,需控制另外一个因素相同。
【探究过程】
【设计实验与制订计划】
1.实验器材的组装和选取
2.制订实验方案
(1)探究动能的大小与速度的关系:让同一钢球从斜面 高度由静止下滑(如图甲、乙),撞击同一木块,测量木块被撞击移动的距离,进行比较总结规律;
(2)探究动能的大小与质量的关系:在斜面 高度由静止释放不同质量的钢球和木球去撞击木块(如图丙、丁)。
【进行实验与收集证据】
实验现象
探究动能的大小与速度的关系 探究动能的大小与质量的关系
从较高处滚下时,钢球的速度较大,把木块撞击得更 一些 质量较大的钢球把木块撞击得更 一些
【分析与论证】
物体的动能与物体的 和速度有关。
1.质量相同时,速度越 的物体具有的动能越大;
2.速度相同时,质量越大的物体具有的动能越 。
【交流与评估】
1.木块最终停下来的原因是什么
2.钢球从斜面滚下不能立即停下的原因是什么
3.实验中,难以保证钢球与木块正面碰撞,改进措施是什么
【温馨提示】→操作注意事项
1.实验中,要确保小球在斜面上由静止下滑,即球的初速度为0。
2.若改变小球到达水平面的速度,只需改变静止释放小球的高度来实现。
任务三 探究:影响重力势能大小的因素
【探究准备】
实验方法:
(1)转换法:重物下落撞击平放在沙上的物体时,物体陷入沙中越 ,说明重物原来具有的重力势能越大。
(2)控制变量法:探究质量或高度之一对动能的影响时,需控制另外一个因素相同。
【探究过程】
【设计实验与制订计划】
1.实验器材的组装和选取
2.制订实验方案
(1)探究重力势能的大小与高度的关系:让同一物体从 高度自由下落(如图甲、乙),撞击小方桌,测量小方桌陷入沙子的深度,进行比较总结规律;
(2)探究重力势能的大小与质量的关系: 高度让不同质量的物体去撞击小方桌(如图丙、丁)。
【进行实验与收集证据】
实验现象
探究重力势能的大小与高度的关系 探究重力势能的大小与质量的关系
从较高处下落的物体将小方桌撞入沙中更 一些 质量较大的物体将小方桌撞入沙中更 一些
【分析与论证】
物体的重力势能与物体的质量和它所在位置的 有关。
1.质量相同时,越 的物体具有的重力势能越大;
2.高度相同时,质量越大的物体具有的重力势能越 。
任务四 了解弹性势能大小的影响因素
物体的 越大,它具有的弹性势能越 。
典题疑难突破
【一题多设问】小明组在“探究物体的动能大小跟哪些因素有关”的实验中,用质量不同的两个钢球,分别从不同的高度由静止开始滚下,实验过程如图所示:
【实验装置】
(1)实验中,探究的动能是指碰撞时 (选填“钢球”或“木块”)的动能;
(2)若水平面绝对光滑,本实验将 (选填“能”或“不能”)达到探究目的;
【进行实验】
(3)小明组的同学根据甲、丙两图得出结论:物体的动能大小与质量有关,他们的结论是否正确 (选填“正确”或“错误”),理由是 ;
(4)在探究动能的大小与质量关系时,当换用另一个钢球实验时,发现它将木块撞出了木板,要继续完成该次实验,下列措施中可行的是 (选填选项符号);
A.换用质量更大的木块
B.降低钢球的高度
C.换质量更大的钢球
D.换质量更小的钢球
【实验延伸】
(5)图乙、丙中,从钢球开始撞击木块到木块最终静止的过程中,小球对木块所做的功分别为W乙、W丙,它们的大小关系是W乙 (选填“大于”“小于”或“等于”)W丙;
(6)通过实验探究,发现质量和速度都是影响动能大小的因素,得出实验结论后,又提出了新的问题:物体的质量和速度对物体动能的影响一样大吗 小明组的同学查阅了相关资料,收集了一些物体的动能(如表所示),结合生活经验分析表中数据,你认为在“质量”和“速度”这两个因素中,对物体动能影响较大的是 ;
一些物体的动能
行走的牛 约60 J
跑百米的运动员 约3×103 J
飞行的步枪子弹 约5×103 J
【创新实验】
(7)(装置改进)在得到相关的实验结论后,若探究“物体动能大小与质量的关系”,小明组又设计的实验装置如图丁所示。实验中,实验小组的同学利用质量不同的铁球将弹簧压缩相同程度后由静止释放,撞击水平面上在相同位置放置的同一木块。该实验方案是否可行 (选填“可行”或“不可行”)。若按此实验方案进行操作,他们看到的现象是 ;
(8)(日常生活)如图戊所示是某一高速公路上的限速标志牌,根据探究结果,标志牌上与小轿车对应的圆圈中的数字应该 (选填“大于”“小于”或“等于”)100。
【技法点拨】 (1)水平面绝对光滑时对实验的影响:水平面绝对光滑时,物体将一直做匀速直线运动。钢球撞击木块后木块移动的距离无法确定,钢球动能的大小无法比较。
(2)木块被撞后滑出木板的常用解决办法:
①换质量更小的钢球;②换更长的木板。
(3)对生活中超速、超载现象的解释;
①超速:质量不变,速度变大,动能变大;
②超载:速度不变,质量变大,动能变大。
【规避雷区】
易错点 忽略物体质量的变化
【易错题】如图,无人机在农田上方沿水平方向匀速飞行喷洒农药。此过程中无人机的( )
A.动能不变、重力势能不变
B.动能不变、重力势能减小
C.动能减小、重力势能减小
D.动能减小、重力势能不变
【纠错】
判断动能大小时,注意题中质量的隐藏条件。如:正在喷洒农药的无人机、作业的洒水车等,质量在逐渐变小。第三节 动能和势能
教材任务驱动
任务一 认识动能和势能
1.能:
(1)定义:一个物体能够对其他物体 做功 ,就说这个物体具有能量,简称能。
(2)单位: 焦耳 ;简称 焦 ,符号是 J 。
2.动能:物体由于 运动 具有的能量。
3.重力势能:物体由于处于一定的 高度 所具有的能。
4.弹性势能:物体因 弹性形变 而具有的能。
5.势能:重力势能、 弹性 势能的统称。
【释疑点】 (1)正在做功的物体一定具有能量,但具有能量的物体不一定正在做功;
(2)一个物体可以只具有动能或势能,也可以同时具有动能和势能。
任务二 探究:影响动能大小的因素
【探究准备】
1.钢球在光滑斜面上由静止开始下滑,到达斜面底端的速度只与释放位置的高度有关,释放位置越 高 ,到达底端的速度越大。
2.实验方法:
(1)转换法:水平面上,被撞木块的运动距离越 长 ,说明运动钢球所具有的动能越大。
(2)控制变量法:探究质量或速度之一对动能的影响时,需控制另外一个因素相同。
【探究过程】
【设计实验与制订计划】
1.实验器材的组装和选取
2.制订实验方案
(1)探究动能的大小与速度的关系:让同一钢球从斜面 不同 高度由静止下滑(如图甲、乙),撞击同一木块,测量木块被撞击移动的距离,进行比较总结规律;
(2)探究动能的大小与质量的关系:在斜面 相同 高度由静止释放不同质量的钢球和木球去撞击木块(如图丙、丁)。
【进行实验与收集证据】
实验现象
探究动能的大小与速度的关系 探究动能的大小与质量的关系
从较高处滚下时,钢球的速度较大,把木块撞击得更 远 一些 质量较大的钢球把木块撞击得更 远 一些
【分析与论证】
物体的动能与物体的 质量 和速度有关。
1.质量相同时,速度越 大 的物体具有的动能越大;
2.速度相同时,质量越大的物体具有的动能越 大 。
【交流与评估】
1.木块最终停下来的原因是什么
答:木块受到水平面的摩擦力。
2.钢球从斜面滚下不能立即停下的原因是什么
答:钢球具有惯性。
3.实验中,难以保证钢球与木块正面碰撞,改进措施是什么
答:使用带有斜槽的长木板。
【温馨提示】→操作注意事项
1.实验中,要确保小球在斜面上由静止下滑,即球的初速度为0。
2.若改变小球到达水平面的速度,只需改变静止释放小球的高度来实现。
任务三 探究:影响重力势能大小的因素
【探究准备】
实验方法:
(1)转换法:重物下落撞击平放在沙上的物体时,物体陷入沙中越 深 ,说明重物原来具有的重力势能越大。
(2)控制变量法:探究质量或高度之一对动能的影响时,需控制另外一个因素相同。
【探究过程】
【设计实验与制订计划】
1.实验器材的组装和选取
2.制订实验方案
(1)探究重力势能的大小与高度的关系:让同一物体从 不同 高度自由下落(如图甲、乙),撞击小方桌,测量小方桌陷入沙子的深度,进行比较总结规律;
(2)探究重力势能的大小与质量的关系: 相同 高度让不同质量的物体去撞击小方桌(如图丙、丁)。
【进行实验与收集证据】
实验现象
探究重力势能的大小与高度的关系 探究重力势能的大小与质量的关系
从较高处下落的物体将小方桌撞入沙中更 深 一些 质量较大的物体将小方桌撞入沙中更 深 一些
【分析与论证】
物体的重力势能与物体的质量和它所在位置的 高度 有关。
1.质量相同时,越 高 的物体具有的重力势能越大;
2.高度相同时,质量越大的物体具有的重力势能越 大 。
任务四 了解弹性势能大小的影响因素
物体的 弹性形变 越大,它具有的弹性势能越 大 。
典题疑难突破
【一题多设问】小明组在“探究物体的动能大小跟哪些因素有关”的实验中,用质量不同的两个钢球,分别从不同的高度由静止开始滚下,实验过程如图所示:
【实验装置】
(1)实验中,探究的动能是指碰撞时 钢球 (选填“钢球”或“木块”)的动能;
(2)若水平面绝对光滑,本实验将 不能 (选填“能”或“不能”)达到探究目的;
【进行实验】
(3)小明组的同学根据甲、丙两图得出结论:物体的动能大小与质量有关,他们的结论是否正确 错误 (选填“正确”或“错误”),理由是 没有控制速度相同 ;
(4)在探究动能的大小与质量关系时,当换用另一个钢球实验时,发现它将木块撞出了木板,要继续完成该次实验,下列措施中可行的是 D (选填选项符号);
A.换用质量更大的木块
B.降低钢球的高度
C.换质量更大的钢球
D.换质量更小的钢球
【实验延伸】
(5)图乙、丙中,从钢球开始撞击木块到木块最终静止的过程中,小球对木块所做的功分别为W乙、W丙,它们的大小关系是W乙 小于 (选填“大于”“小于”或“等于”)W丙;
(6)通过实验探究,发现质量和速度都是影响动能大小的因素,得出实验结论后,又提出了新的问题:物体的质量和速度对物体动能的影响一样大吗 小明组的同学查阅了相关资料,收集了一些物体的动能(如表所示),结合生活经验分析表中数据,你认为在“质量”和“速度”这两个因素中,对物体动能影响较大的是 速度 ;
一些物体的动能
行走的牛 约60 J
跑百米的运动员 约3×103 J
飞行的步枪子弹 约5×103 J
【创新实验】
(7)(装置改进)在得到相关的实验结论后,若探究“物体动能大小与质量的关系”,小明组又设计的实验装置如图丁所示。实验中,实验小组的同学利用质量不同的铁球将弹簧压缩相同程度后由静止释放,撞击水平面上在相同位置放置的同一木块。该实验方案是否可行 不可行 (选填“可行”或“不可行”)。若按此实验方案进行操作,他们看到的现象是 木块最终移动的距离相同 ;
(8)(日常生活)如图戊所示是某一高速公路上的限速标志牌,根据探究结果,标志牌上与小轿车对应的圆圈中的数字应该 大于 (选填“大于”“小于”或“等于”)100。
【技法点拨】 (1)水平面绝对光滑时对实验的影响:水平面绝对光滑时,物体将一直做匀速直线运动。钢球撞击木块后木块移动的距离无法确定,钢球动能的大小无法比较。
(2)木块被撞后滑出木板的常用解决办法:
①换质量更小的钢球;②换更长的木板。
(3)对生活中超速、超载现象的解释;
①超速:质量不变,速度变大,动能变大;
②超载:速度不变,质量变大,动能变大。
【规避雷区】
易错点 忽略物体质量的变化
【易错题】如图,无人机在农田上方沿水平方向匀速飞行喷洒农药。此过程中无人机的(C)
A.动能不变、重力势能不变
B.动能不变、重力势能减小
C.动能减小、重力势能减小
D.动能减小、重力势能不变
【纠错】
判断动能大小时,注意题中质量的隐藏条件。如:正在喷洒农药的无人机、作业的洒水车等,质量在逐渐变小。
