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第3节
动能和势能
学习目标
了解能量的概念和单位。
理解动能、势能的概念，能用生活中的实例说明物体具有动能和势能。
通过实验，了解动能、重力势能和弹性势能的大小分别与什么因素有关，并能解释简单的相关现象。
知识点全解
知识点一：能 动能
1.能
（1）定义：如果一个物体能够
，我们就说这个物体具有能量，简称能。
一个物体能够做的功越多，就表明这个物体的能量越大。
流动着的风、张开的弓、举高的重锤都可以对外做功，说明它们都具有能。
说明：
判断一个物体是否具有能就是看它能否对外做功。
“能够做功”并不等于正在做功，只要该物体具有做功的本领，不论它是否正在做功，该物体都具有能。
（2）能量的单位：在国际单位制中能量的单位是
。一个物体能够对外做多少焦耳的功，它就具有多少焦耳的能。
2.动能
例1：如图，两个质量不相等的实心铁球甲和乙(m甲>m乙)相距s，在无限长的光滑水平面上以相同的速度向右运动(空气阻力不计)，则
(选填“甲”或“乙”)球的动能大，随着时间的延长，甲球
(选填“可能”或“不可能”)撞上乙球。
知识点二：势能
和
是常见的两种势能。
1.重力势能
2.弹性势能
例2：如图是小虎传球时足球的一段运动轨迹，其中足球在A点的重力势能 ?
?(选填“大于”、“小于”或“等于”)在B点的重力势能。
知识点全练
练习1：下列物体中不具有弹性势能的是（
）
A.被压紧的弹簧
B.被撑杆跳运动员压弯的撑杆
C.从拉弯的弓中射出的箭
D.形变的蹦床
练习2：蹦床运动是运动员从蹦床弹向空中表演技巧动作的一项体育活动。当运动员离开蹦床后弹向空中的过程中，运动员具有的（
）
A.动能增加，势能减少
B.动能增加，势能增加
C.动能减少，势能减少
D.动能减少，势能增加
练习3：实验小组的同学用如图所示的装置探究“物体动能大小与质量和速度的关系”。将钢球从某一高度由静止释放，钢球摆到竖直位置时，撞击水平木板上的木块，将木块撞出了一段距离。
（1）本实验钢球动能的大小是通过
?来判断的。该科学探究方法叫做 ????。
（2）表是他们记录的实验数据，从表中数据分析可知，该实验探究的是物体动能的大小与 ??的关系。在第3次实验中，木块被撞后滑出木板，需要重做第3次实验，请你给他们第3次实验操作提出一条合理的建议： ????
????。
实验次数
钢球质量/g
钢球下摆高度/cm
木块滑行距离/cm
1
20
20
30
2
40
20
58
3
60
20
?
（3）由实验数据和现象可得出结论： ????。
（4）本实验的科学研究方法还用到了控制变量法，请写出一个你所学的用到了这个研究方法的物理探究实验： ????。
自我检测
一、选择题
1.叙述功和能的关系时有以下几种说法，哪一种是正确的（
）
A.物体具有的能量越大，做的功越多
B.具有能量的物体一定做功
C.做功的物体一定具有能量
D.物体不做功就没有能
2.下列物体具有弹性势能的是（
）
A.以一定速度运动的物体
B.被举高的物体
C.射箭比赛中被拉弯的弓
D.高速转动的陀螺
3.下列物体不具有动能的是（
）
4.质量较大的鸽子与质量较小的燕子在相同高度飞行，如果它们的动能相等，那么（
）
A.燕子的速度大，重力势能也大
B.鸽子的速度大，重力势能也大
C.燕子的速度小，重力势能大
D.鸽子的速度小，重力势能大
5.直升机在空中匀速下降的过程中(忽略燃油的变化)，关于直升机的动能和重力势能的变化情况描述正确的是（
）
A.动能减小，重力势能减小
B.动能不变，重力势能增大
C.动能不变，重力势能减小
D.动能增大，重力势能不变
二、填空题
6.如图所示的漫画讽刺了高空坠物伤人的事情，高空坠物伤人是由于高空中的物体具有
能。用手把弹簧压得越紧，放手后它就弹得越高，这是因为物体的 越大，它具有的弹性势能越大。?
7.我们知道，动能的大小与物体的质量、速度有关。那么，哪个因素对动能的影响更大呢？对表中数据进行分析，能初步得出：
对动能的影响更大。?
物体
动能
抛出去的篮球
约30
J
行走的牛
约60
J
百米冲刺时的运动员
约4
000
J
8.如图所示，杂技演员表演时将蹬鼓竖直向上蹬起，蹬鼓上升过程中重力势能
(填“增大”或“减小”)。?
9.甲、乙两个物体的动能E与速度v的关系如图所示。根据图象可知：
（1）甲物体的质量 乙物体的质量(选填“大于”、“等于”或“小于”)；
?
（2）质量一定时，物体的动能随速度的增大而增大得越来越 。
?
三、实验探究题
10.小鹭想探究弹性势能的大小与哪些因素有关。她利用一段弹簧、光滑轨道、物块A和B等器材进行实验。如图，用物块将弹簧压缩到一定程度后释放，物块沿轨道向左滑行，最高可冲到光滑斜面虚框处。
（1）实验时可通过观察同一物块
，来判断弹性势能的大小。?
（2）比较图(a)、(b)两个实验可初步得出，弹簧的弹性形变越大，具有的弹性势能就
。?
（3）若物块冲上斜面的最大高度ha=hc。?
11.如图是小轩同学探究重力势能的大小与哪些因素有关的实验示意图。在实验中小轩将体积相同、质量不同的两个金属球从同一高度释放，目的是探究金属球的重力势能的大小与
的关系，他观察到两个纸杯口上绷紧的纸都被砸破了，没有比较出两金属球的重力势能的大小。为了能够从实验现象中比较出两金属球的重力势能的大小，你将如何改进这个实验？?
改进方法：
。?
改进后的实验可以通过观察
来比较金属球的重力势能的大小。?
四、科普阅读题
12.为安全文明驾车，公安部139号令于2016年4月1日正式施行，新的交通违法扣分标准也开始正式执行。请阅读下列法规内容，结合所学物理知识回答问题。
机动车驾驶人有下列违法行为之一，一次记12分：
(一)驾驶营运客车(不包括公共汽车)、校车载人超过核定人数20%以上的；
(二)驾驶中型以上载客载货汽车、校车、危险物品运输车辆在高速公路、城市快速路上行驶超过规定时速20%以上或者在高速公路、城市快速路以外的道路上行驶超过规定时速50%以上，以及驾驶其他机动车行驶超过规定时速50%以上的。
①对营运车辆核定人数的原因：为防止行驶车辆的动能过大，必须要控制车辆的 。?
②高速上，中型以上行驶车辆限速的目的：
。?
五、简答题
13.周末，小丽和其他三位同学同坐一辆电动自行车外出游玩的情形如图所示(超载很危险)。请你运用学过的物理知识说出电动自行车超载行驶的危害性。(两点即可)中小学教育资源及组卷应用平台
第3节
动能和势能
学习目标
了解能量的概念和单位。
理解动能、势能的概念，能用生活中的实例说明物体具有动能和势能。
通过实验，了解动能、重力势能和弹性势能的大小分别与什么因素有关，并能解释简单的相关现象。
知识点全解
知识点一：能 动能
1.能
（1）定义：如果一个物体能够
对外做功
，我们就说这个物体具有能量，简称能。
一个物体能够做的功越多，就表明这个物体的能量越大。
流动着的风、张开的弓、举高的重锤都可以对外做功，说明它们都具有能。
说明：
判断一个物体是否具有能就是看它能否对外做功。
“能够做功”并不等于正在做功，只要该物体具有做功的本领，不论它是否正在做功，该物体都具有能。
（2）能量的单位：在国际单位制中能量的单位是
焦耳
。一个物体能够对外做多少焦耳的功，它就具有多少焦耳的能。
2.动能
例1：如图，两个质量不相等的实心铁球甲和乙(m甲>m乙)相距s，在无限长的光滑水平面上以相同的速度向右运动(空气阻力不计)，则
(选填“甲”或“乙”)球的动能大，随着时间的延长，甲球
(选填“可能”或“不可能”)撞上乙球。
【解析】动能的大小与物体的质量和速度有关。由题意可知，甲、乙两球的速度相同，甲的质量大，所以甲的动能大；由于空气阻力不计，甲、乙在光滑的水平面以相同的速度运动，故甲、乙两球都做匀速直线运动，即甲、乙之间的距离不会改变，两球不可能相撞。
【答案】甲
不可能
知识点二：势能
重力势能
和
弹性势能
是常见的两种势能。
1.重力势能
2.弹性势能
例2：如图是小虎传球时足球的一段运动轨迹，其中足球在A点的重力势能 ?
?(选填“大于”、“小于”或“等于”)在B点的重力势能。
【解析】由图可见A点的高度小于B点的高度，足球的质量不变，因此足球在A点的重力势能小于在B点的重力势能。
【答案】小于
?
知识点全练
练习1：下列物体中不具有弹性势能的是（
）
A.被压紧的弹簧
B.被撑杆跳运动员压弯的撑杆
C.从拉弯的弓中射出的箭
D.形变的蹦床
【解析】被压紧的弹簧、被撑杆跳运动员压弯的撑杆和形变的蹦床都发生了弹性形变，所以它们都具有弹性势能，而从拉弯的弓中射出的箭在运动，具有动能，但没有发生弹性形变，因此不具有弹性势能。
【答案】C
【点拨】解答此类问题的关键是认真审题，明确研究对象的状态和位置，根据动能、重力势能和弹性势能的定义做出判断。
练习2：蹦床运动是运动员从蹦床弹向空中表演技巧动作的一项体育活动。当运动员离开蹦床后弹向空中的过程中，运动员具有的（
）
A.动能增加，势能减少
B.动能增加，势能增加
C.动能减少，势能减少
D.动能减少，势能增加
【解析】??
【答案】D
【点拨】分析判断物体具有的动能、重力势能和弹性势能大小的变化时，要注意明确研究对象，然后分析影响研究对象动能、重力势能和弹性势能大小的因素的变化情况，从而做出判断。
练习3：实验小组的同学用如图所示的装置探究“物体动能大小与质量和速度的关系”。将钢球从某一高度由静止释放，钢球摆到竖直位置时，撞击水平木板上的木块，将木块撞出了一段距离。
（1）本实验钢球动能的大小是通过
?来判断的。该科学探究方法叫做 ????。
（2）表是他们记录的实验数据，从表中数据分析可知，该实验探究的是物体动能的大小与 ??的关系。在第3次实验中，木块被撞后滑出木板，需要重做第3次实验，请你给他们第3次实验操作提出一条合理的建议： ????
????。
实验次数
钢球质量/g
钢球下摆高度/cm
木块滑行距离/cm
1
20
20
30
2
40
20
58
3
60
20
?
（3）由实验数据和现象可得出结论： ????。
（4）本实验的科学研究方法还用到了控制变量法，请写出一个你所学的用到了这个研究方法的物理探究实验： ????。
【解析】（1）钢球动能的大小是通过钢球对木块做功的多少来体现出来的，木块运动的距离越长，就表示钢球的动能越大，这种方法是转换法。（2）使质量不同的钢球从相同的高度摆下，可使钢球到达竖直位置时速度相同，从而探究动能与质量的关系；第3次实验操作时木块被撞后滑出木板，应换用同样但较长的木板。（3）由表中的数据知：速度一定时，质量越大动能越大。
【答案】（1）木块被推动的距离
转换法
（2）质量 用同样但较长的木板????
（3）速度一定时，质量越大动能越大
（4）探究滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关
【点拨】探究影响动能和势能大小因素的实验中，运用了“转换法”和“控制变量法”。在设计实验和分析得出结论时，要注意控制变量法的运用。
自我检测
一、选择题
1.叙述功和能的关系时有以下几种说法，哪一种是正确的（
）
A.物体具有的能量越大，做的功越多
B.具有能量的物体一定做功
C.做功的物体一定具有能量
D.物体不做功就没有能
【解析】物体具有的能量越大，能够做的功越多，但做的功不一定越多，故A错误；山坡上的巨石具有重力势能，但没有落下前并未做功，所以说，具有能量的物体不一定做功，不做功的物体也不一定没有能，故B、D错误；一个物体如果能对外做功，我们就说它具有能量，故做功的物体一定具有能量，故C正确。
【答案】C
2.下列物体具有弹性势能的是（
）
A.以一定速度运动的物体
B.被举高的物体
C.射箭比赛中被拉弯的弓
D.高速转动的陀螺
【解析】以一定速度运动的物体、被举高的物体和高速转动的陀螺并没有发生弹性形变，所以不具有弹性势能，故A、B、D选项不符合题意；射箭比赛中被拉弯的弓发生了弹性形变，所以该物体具有弹性势能，故C选项符合题意。
【答案】 C
3.下列物体不具有动能的是（
）
【解析】物体由于运动而具有的能叫做动能，空中飞行的铅球、草地上滚动的足球、下落的瀑布都是运动的，都具有动能，而窗台上的花盆是静止的，不具有动能。
【答案】 C
4.质量较大的鸽子与质量较小的燕子在相同高度飞行，如果它们的动能相等，那么（
）
A.燕子的速度大，重力势能也大
B.鸽子的速度大，重力势能也大
C.燕子的速度小，重力势能大
D.鸽子的速度小，重力势能大
【解析】质量较大的鸽子与质量较小的燕子具有的动能相等，说明鸽子的速度小；又它们的高度相等，鸽子的质量大，重力势能就大。
【答案】 D
5.直升机在空中匀速下降的过程中(忽略燃油的变化)，关于直升机的动能和重力势能的变化情况描述正确的是（
）
A.动能减小，重力势能减小
B.动能不变，重力势能增大
C.动能不变，重力势能减小
D.动能增大，重力势能不变
【解析】直升机在匀速下降的过程中，质量不变，速度不变，故其动能不变；高度减小，故重力势能减小。
【答案】 C
二、填空题
6.如图所示的漫画讽刺了高空坠物伤人的事情，高空坠物伤人是由于高空中的物体具有
能。用手把弹簧压得越紧，放手后它就弹得越高，这是因为物体的 越大，它具有的弹性势能越大。?
【解析】高空中的物体由于受到重力并处在一定高度而具有重力势能；弹性势能的大小与弹性形变程度有关，物体的弹性形变越大，它具有的弹性势能越大。
【答案】重力势 弹性形变
7.我们知道，动能的大小与物体的质量、速度有关。那么，哪个因素对动能的影响更大呢？对表中数据进行分析，能初步得出：
对动能的影响更大。?
物体
动能
抛出去的篮球
约30
J
行走的牛
约60
J
百米冲刺时的运动员
约4
000
J
【解析】由表中数据知，行走的牛的质量比抛出去的篮球的质量大很多倍，牛的速度要小于球的速度，但球的动能只比牛小一半；行走的牛比百米冲刺时的运动员的质量大，但运动员的速度比牛的速度大得多，而运动员的动能比牛大得多。由此说明质量和速度中速度对动能的影响更大。
【答案】速度
8.如图所示，杂技演员表演时将蹬鼓竖直向上蹬起，蹬鼓上升过程中重力势能
(填“增大”或“减小”)。?
【解析】杂技演员表演时将蹬鼓竖直向上蹬起，蹬鼓在上升过程中质量不变，高度增加，所以重力势能增大。
【答案】增大
9.甲、乙两个物体的动能E与速度v的关系如图所示。根据图象可知：
（1）甲物体的质量 乙物体的质量(选填“大于”、“等于”或“小于”)；
?
（2）质量一定时，物体的动能随速度的增大而增大得越来越 。
?
【解析】（1）取速度相同时，由图象可知：E甲>E乙，根据动能与质量和速度的关系可知：m甲>m乙；（2）由图象中甲的图线或乙的图线分析可知，相同的速度增加量，动能的增加量越来越大，故质量一定时，物体的动能随速度的增大而增大得越来越快。
【答案】（1）大于
（2）快
三、实验探究题
10.小鹭想探究弹性势能的大小与哪些因素有关。她利用一段弹簧、光滑轨道、物块A和B等器材进行实验。如图，用物块将弹簧压缩到一定程度后释放，物块沿轨道向左滑行，最高可冲到光滑斜面虚框处。
（1）实验时可通过观察同一物块
，来判断弹性势能的大小。?
（2）比较图(a)、(b)两个实验可初步得出，弹簧的弹性形变越大，具有的弹性势能就
。?
（3）若物块冲上斜面的最大高度ha=hc。?
【解析】 (2)比较图(a)、(b)两个实验可知，弹簧的形变量La【答案】 (1)冲上斜面的高度 (2)越大 (3)Ea11.如图是小轩同学探究重力势能的大小与哪些因素有关的实验示意图。在实验中小轩将体积相同、质量不同的两个金属球从同一高度释放，目的是探究金属球的重力势能的大小与
的关系，他观察到两个纸杯口上绷紧的纸都被砸破了，没有比较出两金属球的重力势能的大小。为了能够从实验现象中比较出两金属球的重力势能的大小，你将如何改进这个实验？?
改进方法：
。?
改进后的实验可以通过观察
来比较金属球的重力势能的大小。?
【解析】重力势能的大小和质量、高度有关，此处控制高度相同，研究质量大小对重力势能的影响，如何体现重力势能的大小呢？两个纸杯口的纸都被砸破，不能体现出重力势能的大小，因此可以用橡皮泥或细沙等代替纸杯，观察其形变程度来体现重力势能的大小，这种方法叫转换法。
【答案】质量
用橡皮泥(或细沙；或花泥；或泡沫板等)代替纸杯
橡皮泥(或细沙或花泥或泡沫板等)的凹陷程度(或形变程度)
四、科普阅读题
12.为安全文明驾车，公安部139号令于2016年4月1日正式施行，新的交通违法扣分标准也开始正式执行。请阅读下列法规内容，结合所学物理知识回答问题。
机动车驾驶人有下列违法行为之一，一次记12分：
(一)驾驶营运客车(不包括公共汽车)、校车载人超过核定人数20%以上的；
(二)驾驶中型以上载客载货汽车、校车、危险物品运输车辆在高速公路、城市快速路上行驶超过规定时速20%以上或者在高速公路、城市快速路以外的道路上行驶超过规定时速50%以上，以及驾驶其他机动车行驶超过规定时速50%以上的。
①对营运车辆核定人数的原因：为防止行驶车辆的动能过大，必须要控制车辆的 。?
②高速上，中型以上行驶车辆限速的目的：
。?
【解析】 ①因为速度一定时，质量越大，物体的动能越大，对营运车辆核定人数的原因：为防止行驶车辆的动能过大，必须要控制车辆的质量；②高速上，对中型以上车辆的行驶速度进行限制的原因是：车辆的行驶速度越大，动能越大，越容易发生交通事故。
【答案】 ①质量 ②防止行驶车辆由于动能过大导致的碰撞和追尾事故
五、简答题
13.周末，小丽和其他三位同学同坐一辆电动自行车外出游玩的情形如图所示(超载很危险)。请你运用学过的物理知识说出电动自行车超载行驶的危害性。(两点即可)
【解析】（1）电动自行车超载后，质量增大，惯性增大，遇到紧急情况刹车时，车不容易停下来；（2）电动自行车超载后，质量增大，车的动能会越大，遇到紧急情况刹车时，车不容易停下来；（3）电动自行车超载后，质量增大，压力增大，地面对轮胎的压强增大，因此轮胎容易发生爆胎现象，容易发生交通事故。
【答案】见解析
