第三節動能和勢能
動能和勢能的主題增強
動能定律
能量
一個物體只有定義了，它才能對外做功，我們說這個物體有能量，簡稱能量。
單位為，簡稱，符號為__J__。
【表盤】 （1）能量是表示物體做功能力的數學量，即可以用多少能量來做功來判斷。
(2)“能做功”的對象不一定“做功”，也不是“正在做功”或“已經做功”。 例如：山上靜止的石頭有能量，但它不做功，也不必做功。
二次動能
物體由于__運動__而擁有的能量稱為動能。
影響感應器的物體的動能與物體的__質量__和__移動速度__有關。 對于具有相同__質量__的物體，運動速度越大，其動能越大； 對于具有相同運動速度的物體，其質量越大，其動能就越大。
三種勢能
1.重力勢能
(1)定義：在月球表面附近，物體因__高度__而擁有的能量稱為重力勢能。
(2)影響原因：物體的重力勢能的大小與物體的__質量__和__高度__有關。 對于同一高度的物體，質量越大，重力勢能越大； 對于相同的質量， 越高，重力勢能越大。
2.彈性勢能
(1)定義：物體因__彈性變形__而具有的能量稱為彈性勢能。
(2)影響原因：在彈性極限內，__變形度__越大，變形物體的彈性勢能越大。
3. 重力勢能和彈性勢能也稱為__勢能__。
類型 1 動能和勢能
例1 我國研制的“殲20”隱身戰斗機首飛成功，標志著我國在客機研制和制造領域取得了巨大成就。 戰機減速降落過程中()
圖 11-3-8
A．戰斗機動能降低，重力勢能降低
B．戰斗機動能降低，重力勢能降低
C．戰斗機動能降低，重力勢能降低
D．戰機動能不變，重力勢能不變
[分析]影響B動能的因素是質量和速度。 質量越大，速度越大，動能也越大。 重力勢能的影響是質量和提升的高度。 質量越大，高度越高，重力勢能也越大。 戰斗機在減速著陸過程中，質量不變，速度減小，高度減小，因此動能減小，重力勢能減小。
【定律提要】 （1）一切運動的物體都具有動能，一個物體的動能越大，它對其他物體所做的功就越大。
(2)動能與勢能的優劣如下表所示：
項目
動能
勢能
不同之處
有
原因
運動的
高或彈性變形
決定
原因
質量和速度
質量和高度或彈性變形程度
同點
它們都是一種特定的能量形式，都具有做功的能力
影響動能的第 2 類激勵
例2 用圖11-3-9所示的裝置研究影響物體動能的原因。 在這個實驗中，通過比較來比較球的動能大小。 在研究動能大小與質量的關系時，應選擇兩個質量小的球從斜坡的高處滾下； 在研究動能大小與速度的關系時，應選擇兩個質量小的球滾下斜坡的高度。 （最后四個空格都可以隨意填寫“相同”或“不同”）
圖 11-3-9
【答】鐵塊被打后連接距離的長度是一樣的，一樣的是不同的
【規律總結】 （1）小球動能的大小不能直接顯示，可以通過小球推動鐵塊溝通的距離來反映。 鐵塊被推得越遠，小球的動能就越大。 使用轉換方法。
(2)借助控制變量法研究動能的影響因素。 在研究動能大小與質量的關系時，控制質量不同，速度保持不變； 在研究動能大小與速度的關系時，控制速度不同，質量不變。 速度控制是通過控制球在斜坡上的高度來實現的。
影響勢能的第 3 類激勵
例3 小明在學習勢能時，對影響物體重力勢能大小的原因作了如下猜測：
①可能與物體的質量有關；
②可能與物體的高度有關；
③可能與對象的地理位置有關。
小明在驗證推測①是否正確時，將橡皮泥鋪在水平面上，讓三個質量不同的小球從同一高度自由落下，并記錄下實驗結果如下表：
實驗次數
球重/kg
橡皮泥點蝕度
1個
0.5
打火機
2個
1.0
較暗
3個
1.5
很深
(1)判斷球的重力勢能大小的依據是。
(2) 通過對實驗數據的分析可以得出的推論是：
.
【答案】（1）橡皮泥坑的程度（2）高度相同時，物體質量越大，重力勢能越大
【分析】（1）用換算法的思想，通過橡皮泥坑的大小來表現球的重力勢能的大小。
(2)根據表中數據，當高度相同時，球的質量越大，橡皮泥的點蝕程度越大，即球的重力勢能越大。 同時，物體的質量越大，其引力勢能就越大。
【規律提要】一個物體所具有的能量大小動能和勢能的區別，可以通過它對外做的功的多少來體現，即換算方式； 解題時要注意對影響探索的變量的控制，即控制變量法。
知識點？ 了解動能和勢能
1、學習了勢能知識后，小明列出了以下物品：（1）舉起的大錘； (2)彎曲的跳板； (3) 拉伸彈簧； (4) 順壩流下的水； （五）移動車輛； (6) 一個在地上滾動的足球。 其中，有具有彈性勢能的，也有具有重力勢能的。 （填寫序列號）
[答案](2)(3)(1)(4)
【分析】（1）大錘因被舉得高而具有重力勢能；
(2)彎曲的跳板因彈性變形而具有彈性勢能；
(3) 被拉伸的彈簧因彈性變形而具有彈性勢能；
(4) 在大壩上流下的水具有重力勢能和動能；
(5) 行駛中的車輛，因為在運動中，所以具有動能；
(6) 在地上滾動的籃球因為在運動中所以具有動能。
知識點？ 影響動能大小的激勵
2、如圖11-3-10所示，是“探究物體動能的大小與哪些激勵相關”的實驗示意圖。
圖 11-3-10
(1) 本實驗是探討物體動能的大小與物體的關系。
(2) 在本實驗中，物體的動能是指物體所擁有的能量（選擇“A”或“B”）。
(3) 在本實驗中，物體的動能由 反映。
(4) 本實驗中，物體的速度是指物體A從斜坡上靜止下來，與物體B發生碰撞的時間（選擇“碰撞前A”、“碰撞后A”、“碰撞前” B”或“after B”），由（可選的“”或“mass”）改變。
(5) 實驗中，當物體在斜面上同一高度多次從靜止狀態滾下時，應改變（選擇“物體A”或“物體B”）的質量，這是為了研究物體的動能與物體質量的關系。
【答案】（1）速度與質量（2）A（3）鐵塊B被砸后連接距離的距離（4）碰撞前A的高度（5）物體A
知識點？ 影響勢能大小的激勵
3、放在臥室圍欄上的花盤，因有能量，有誤傷人的危險。 彈簧用手壓得越緊，松手彈起的彈力就越大，因為物體越大，它所具有的彈性勢能就越大。
【答案】重力勢能彈性變形
圖 11-3-11
4、為了探究“物體重力勢能的大小與什么誘因有關”，讓質量為m和2m的重物從不同高度落下，將同一根木樁打入土中的情況如圖11-3-11所示。 觀察對比實驗A和實驗B，我們可以知道，物體所擁有的重力勢能與物體的重力勢能有關； 觀察并比較實驗A和實驗C，我們可以知道物體所擁有的重力勢能與物體的能量有關。
[答] 高質量
1.選擇題
1、關于能量的概念，下列說法錯誤的是（ ）
A、一個物體做的功越多，它的能量就越大
B．動能和勢能的單位是焦耳
C．用繩子懸著的靜止的球不起作用，球不
D．物體A的速度大于物體B的速度，但物體A的動能不一定比物體B大
【解析】C 一個物體做的功越多，這個物體的能量就越大。 這也說明功是能量轉換的量度，A是正確的。 動能和勢能的單位是焦耳，B是正確的。 一個用繩子懸著的靜止的球是不做功的，但是它有重力勢能，球是有能量的。 C錯了。 物體的動能是由它的質量和速度決定的，而物體的動能不能只考慮速度來確定。 D 是正確的。
2.下列關于能量的說法不正確的是（ ）
A、掛在屋頂的電燈具有重力勢能
B．行駛中的火車具有動能
C．踢出的毽子有動能和勢能
D．水平放置的彈簧一定具有彈性勢能
【答案】D
3. 質量較大的肉鴿和質量較小的燕子在空中飛行，如果動能相等，則()
A、燕子比鴿子飛得快
B、鴿子飛得比燕子快
C．燕子飛得比鴿子高
D、鴿子飛得比燕子高
【分析】 A.一只質量較大的肉鴿和一只質量較小的燕子在空中飛翔。 如果它們的速度相同，則肉鴿的動能更大； 如果它們的動能相等，肉鴿的速度一定要低。
4.騎自行車下坡前，通常需要踩幾下踏板，這是為（）
A。 減少慣性 b.減少動能
C。 減少勢能 D.減少力量
【分析】B為了減慢速度用力推，從而減少動能。
圖 11-3-12
5、如圖11-3-12所示，當烏龜跳到地面時，它的重力勢能()
A.總是減少
B．仍然減少
C．先減后減
D、先減后減
【答案】C
6. 小明從家里去學習，如圖11-3-13是他在學習途中的距離-時間圖像。 請判斷小明在哪段時間動能最大()
圖 11-3-13
A．t1~t2時間段，小明的動能最大
B．t2~t3時間段，小明的動能最大
C．0到t1時間段，小明的動能最大
D、難以判斷
【分析】C 因為小明的質量不變，所以他動能的大小由他的速度決定。 比較哪段時間的動能最大，就是比較小明哪段時間的速度最大。 找出圖像中速度最快的時間段，也就是小明的動能最大的時間段。
2.填空
7、在下列現象中：
A。 在煤礦中，高壓水槍噴出的水用于開采；
B． 舉重運動員使用跳板來降低跳躍高度；
C。 騎自行車的人經常在下坡前先踩幾次；
D、舉高的重錘下落時能將木樁打入地下。
物體的動能做功，物體的重力勢能做功，彈性勢能做功。
【答案】A、國開行
8、媽媽的體重是爸爸的三倍，某樓有五層（每層高度相同）。 當他們都站在頂層時，父親的重力勢能（可選填寫“小于”、“大于”或“等于”）母親的重力勢能； 要使它們的重力勢能相等，可以采取的方法是。
【答案】小小爸爸站在二樓，老公站在四樓
【分析】由于父親的體重是父親的三倍，當他們的重力勢能相等時，父親的身高應該是父親的三倍，所以讓父親站在二樓，父親站在四樓。
9.在水平地面上鋪一張紙，將小球表面涂黑，讓它從不同高度自由落下，紙上留下白色圓點
A、B，如圖11-3-14所示。 小球從高處落下所產生的圓點就是圖中的那個（選擇“A”或“B”），由此可知重力勢能的大小與 有關。
圖 11-3-14
【答案】B身高
10.在某射擊活動的電視娛樂節目中，某嘉賓以圖11-3-15所示的形式射出三支箭。 結果，第一支箭落在了靶子前2米處，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，請完成：
圖 11-3-15
(1)弓箭射擊是根據弓的能力。
(2) 第一個結果對應的操作是一個圖，第三個結果對應的操作是一個圖。
(3) 結合A、B、C三張圖，我們可以推論：
.
【答案】（1）彈性勢能（2）A和C
(3)物體彈性變形程度越大，其彈性勢能越大，做功的能力越強，能做的功也越大
三、實驗研究問題
11、如圖11-3-16(a)所示，是探索“物體動能大小與什么誘因有關”的實驗裝置。 鐵塊； 如圖（b）所示，是探索“牛頓第一定理”的實驗裝置。 實驗中，同一輛貨車從靜止狀態下在斜坡上同一高度滑下，并在不同粗糙度平面上行駛。 請回答以下問題：
圖 11-3-16
(1)圖(a)實驗的目的是探討鋼球動能的大小與鐵塊被推動距離的大小之間的關系，它表明鋼球做功的大小鋼球對鐵塊的作用，從而決定了鋼球動能的大小。 這些常用的實驗方法就是方法。
(2) 在圖(b)的實驗中，讓同一輛貨車在斜坡上同一高度從靜止狀態滑下的目的是，水平面越光滑，貨車受到的摩擦力越大（選擇“大”或“小”），根據卡車移動距離的遠近動能和勢能的區別，可以推導出，如果移動物體不受外力影響，它會一直這樣做。
(3) 小寧想在圖(a)的基礎上繼續探究物體的動能與其質量的關系。 請幫他設計實驗，寫下簡單的實驗步驟和演示方法：
【答】（1）費率換算
(2) 使貨車到達水平面時以相同的速度和較小的勻速直線運動
(3)讓小球從同一高度滑下，改變小球的質量，觀察鐵塊被推動的距離
12、小明借助裝滿細沙的袋子、小桌子和不同質量的砝碼，探究“什么誘因與重力勢能的大小有關”，過程如圖11-3 -17。
圖 11-3-17
(1) 小明通過觀察什么來確定引力勢能的大小？
(2) 分析比較圖A、圖B的實驗現象，可以得出什么推論？
(3) 圖 B 和 C 探討了哪些問題？
【答案】（1）觀察小桌子在沙子里的深度。
(2)物體質量相同，高度越高，重力勢能越大。
(3)重力勢能的大小與物體質量的關系。
13、下表是部分汽車在城市街道上規定的最高行駛速度。
最大行駛速度v/(km·h－1)
汽車模型
配備中央雙點線、中央分隔器、機動
設有車道與非機動車道分隔設施的道路
其他
高速公路
小貨車
80
70
中型卡車
70
60
面包車，
貨車
60
50
根據數據和現有知識，您認為有關部門做出這樣規定的原因是什么？
【答】物體的動能與其質量和速度有關。 汽車的速度越大，其動能就越大，對外做功也就越多，制動距離也就越遠，發生交通事故的可能性就越大。 行駛速度有限。 因為汽車的動能還和它的質量有關，質量越大動能越大，所以不同車型的限速是不一樣的。
2. 簡要回答下列有關水電站的問題。
(1) 水電站一般修建河道堤壩，提高上游水位。 什么目的？
(2) 在選擇建設水電站的選址時，從能源利用的角度，你會選擇圖11-3-18中的A地還是B地？ 說出你的理由。
圖 11-3-18
【答】（1）在水電站中，一般都修建水壩來提高上游水位。 目的是降低水的高度，從而降低水的重力勢能，下落時轉化成水的動能越多，推動水輪機旋轉，轉化成的電能就越多。
(2)在選擇水電站建設選址時，從能源利用的角度出發，選擇圖中B站。 原因：與A點相比，B點地勢較低，B點與水閘水位差較大； 當水質一定時，以B點為基準面，水閘中的水相對于B點的重力勢能越大，下落時，轉換的動能就越大，產生的電能就越大由水輪機。