第三節(jié)動(dòng)能和勢能
動(dòng)能和勢能的主題增強(qiáng)
動(dòng)能定律
能量
一個(gè)物體只有定義了，它才能對外做功，我們說這個(gè)物體有能量，簡稱能量。
單位為，簡稱，符號(hào)為__J__。
【表盤】 （1）能量是表示物體做功能力的數(shù)學(xué)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(jīng)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(dòng)能
物體由于__運(yùn)動(dòng)__而擁有的能量稱為動(dòng)能。
影響感應(yīng)器的物體的動(dòng)能與物體的__質(zhì)量__和__移動(dòng)速度__有關(guān)。 對于具有相同__質(zhì)量__的物體，運(yùn)動(dòng)速度越大，其動(dòng)能越大； 對于具有相同運(yùn)動(dòng)速度的物體，其質(zhì)量越大，其動(dòng)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(zhì)量__和__高度__有關(guān)。 對于同一高度的物體，質(zhì)量越大，重力勢能越大； 對于相同的質(zhì)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(nèi)，__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(dòng)能和勢能
例1 我國研制的“殲20”隱身戰(zhàn)斗機(jī)首飛成功，標(biāo)志著我國在客機(jī)研制和制造領(lǐng)域取得了巨大成就。 戰(zhàn)機(jī)減速降落過程中()
圖 11-3-8
A．戰(zhàn)斗機(jī)動(dòng)能降低，重力勢能降低
B．戰(zhàn)斗機(jī)動(dòng)能降低，重力勢能降低
C．戰(zhàn)斗機(jī)動(dòng)能降低，重力勢能降低
D．戰(zhàn)機(jī)動(dòng)能不變，重力勢能不變
[分析]影響B(tài)動(dòng)能的因素是質(zhì)量和速度。 質(zhì)量越大，速度越大，動(dòng)能也越大。 重力勢能的影響是質(zhì)量和提升的高度。 質(zhì)量越大，高度越高，重力勢能也越大。 戰(zhàn)斗機(jī)在減速著陸過程中，質(zhì)量不變，速度減小，高度減小，因此動(dòng)能減小，重力勢能減小。
【定律提要】 （1）一切運(yùn)動(dòng)的物體都具有動(dòng)能，一個(gè)物體的動(dòng)能越大，它對其他物體所做的功就越大。
(2)動(dòng)能與勢能的優(yōu)劣如下表所示：
項(xiàng)目
動(dòng)能
勢能
不同之處
有
原因
運(yùn)動(dòng)的
高或彈性變形
決定
原因
質(zhì)量和速度
質(zhì)量和高度或彈性變形程度
同點(diǎn)
它們都是一種特定的能量形式，都具有做功的能力
影響動(dòng)能的第 2 類激勵(lì)
例2 用圖11-3-9所示的裝置研究影響物體動(dòng)能的原因。 在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，通過比較來比較球的動(dòng)能大小。 在研究動(dòng)能大小與質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，應(yīng)選擇兩個(gè)質(zhì)量小的球從斜坡的高處滾下； 在研究動(dòng)能大小與速度的關(guān)系時(shí)，應(yīng)選擇兩個(gè)質(zhì)量小的球滾下斜坡的高度。 （最后四個(gè)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(guī)律總結(jié)】 （1）小球動(dòng)能的大小不能直接顯示，可以通過小球推動(dòng)鐵塊溝通的距離來反映。 鐵塊被推得越遠(yuǎn)，小球的動(dòng)能就越大。 使用轉(zhuǎn)換方法。
(2)借助控制變量法研究動(dòng)能的影響因素。 在研究動(dòng)能大小與質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，控制質(zhì)量不同，速度保持不變； 在研究動(dòng)能大小與速度的關(guān)系時(shí)，控制速度不同，質(zhì)量不變。 速度控制是通過控制球在斜坡上的高度來實(shí)現(xiàn)的。
影響勢能的第 3 類激勵(lì)
例3 小明在學(xué)習(xí)勢能時(shí)，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(zhì)量有關(guān)；
②可能與物體的高度有關(guān)；
③可能與對象的地理位置有關(guān)。
小明在驗(yàn)證推測①是否正確時(shí)，將橡皮泥鋪在水平面上，讓三個(gè)質(zhì)量不同的小球從同一高度自由落下，并記錄下實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表：
實(shí)驗(yàn)次數(shù)
球重/kg
橡皮泥點(diǎn)蝕度
1個(gè)
0.5
打火機(jī)
2個(gè)
1.0
較暗
3個(gè)
1.5
很深
(1)判斷球的重力勢能大小的依據(jù)是。
(2) 通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)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(shí)，物體質(zhì)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(xiàn)球的重力勢能的大小。
(2)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，當(dāng)高度相同時(shí)，球的質(zhì)量越大，橡皮泥的點(diǎn)蝕程度越大，即球的重力勢能越大。 同時(shí)，物體的質(zhì)量越大，其引力勢能就越大。
【規(guī)律提要】一個(gè)物體所具有的能量大小動(dòng)能和勢能的區(qū)別，可以通過它對外做的功的多少來體現(xiàn)，即換算方式； 解題時(shí)要注意對影響探索的變量的控制，即控制變量法。
知識(shí)點(diǎn)？ 了解動(dòng)能和勢能
1、學(xué)習(xí)了勢能知識(shí)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(dòng)車輛； (6) 一個(gè)在地上滾動(dòng)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(hào)）
[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(dòng)能；
(5) 行駛中的車輛，因?yàn)樵谶\(yùn)動(dòng)中，所以具有動(dòng)能；
(6) 在地上滾動(dòng)的籃球因?yàn)樵谶\(yùn)動(dòng)中所以具有動(dòng)能。
知識(shí)點(diǎn)？ 影響動(dòng)能大小的激勵(lì)
2、如圖11-3-10所示，是“探究物體動(dòng)能的大小與哪些激勵(lì)相關(guān)”的實(shí)驗(yàn)示意圖。
圖 11-3-10
(1) 本實(shí)驗(yàn)是探討物體動(dòng)能的大小與物體的關(guān)系。
(2) 在本實(shí)驗(yàn)中，物體的動(dòng)能是指物體所擁有的能量（選擇“A”或“B”）。
(3) 在本實(shí)驗(yàn)中，物體的動(dòng)能由 反映。
(4) 本實(shí)驗(yàn)中，物體的速度是指物體A從斜坡上靜止下來，與物體B發(fā)生碰撞的時(shí)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(shí)驗(yàn)中，當(dāng)物體在斜面上同一高度多次從靜止?fàn)顟B(tài)滾下時(shí)，應(yīng)改變（選擇“物體A”或“物體B”）的質(zhì)量，這是為了研究物體的動(dòng)能與物體質(zhì)量的關(guān)系。
【答案】（1）速度與質(zhì)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(shí)點(diǎn)？ 影響勢能大小的激勵(lì)
3、放在臥室圍欄上的花盤，因有能量，有誤傷人的危險(xiǎn)。 彈簧用手壓得越緊，松手彈起的彈力就越大，因?yàn)槲矬w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(guān)”，讓質(zhì)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(shí)驗(yàn)A和實(shí)驗(yàn)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(guān)； 觀察并比較實(shí)驗(yàn)A和實(shí)驗(yàn)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(guān)。
[答] 高質(zhì)量
1.選擇題
1、關(guān)于能量的概念，下列說法錯(cuò)誤的是（ ）
A、一個(gè)物體做的功越多，它的能量就越大
B．動(dòng)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(dòng)能不一定比物體B大
【解析】C 一個(gè)物體做的功越多，這個(gè)物體的能量就越大。 這也說明功是能量轉(zhuǎn)換的量度，A是正確的。 動(dòng)能和勢能的單位是焦耳，B是正確的。 一個(gè)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(cuò)了。 物體的動(dòng)能是由它的質(zhì)量和速度決定的，而物體的動(dòng)能不能只考慮速度來確定。 D 是正確的。
2.下列關(guān)于能量的說法不正確的是（ ）
A、掛在屋頂?shù)碾姛艟哂兄亓菽?span style="display:none">qpu物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
B．行駛中的火車具有動(dòng)能
C．踢出的毽子有動(dòng)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(zhì)量較大的肉鴿和質(zhì)量較小的燕子在空中飛行，如果動(dòng)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(zhì)量較大的肉鴿和一只質(zhì)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(dòng)能更大； 如果它們的動(dòng)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(dòng)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(dòng)能。
圖 11-3-12
5、如圖11-3-12所示，當(dāng)烏龜跳到地面時(shí)，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(xué)習(xí)，如圖11-3-13是他在學(xué)習(xí)途中的距離-時(shí)間圖像。 請判斷小明在哪段時(shí)間動(dòng)能最大()
圖 11-3-13
A．t1~t2時(shí)間段，小明的動(dòng)能最大
B．t2~t3時(shí)間段，小明的動(dòng)能最大
C．0到t1時(shí)間段，小明的動(dòng)能最大
D、難以判斷
【分析】C 因?yàn)樾∶鞯馁|(zhì)量不變，所以他動(dòng)能的大小由他的速度決定。 比較哪段時(shí)間的動(dòng)能最大，就是比較小明哪段時(shí)間的速度最大。 找出圖像中速度最快的時(shí)間段，也就是小明的動(dòng)能最大的時(shí)間段。
2.填空
7、在下列現(xiàn)象中：
A。 在煤礦中，高壓水槍噴出的水用于開采；
B． 舉重運(yùn)動(dòng)員使用跳板來降低跳躍高度；
C。 騎自行車的人經(jīng)常在下坡前先踩幾次；
D、舉高的重錘下落時(shí)能將木樁打入地下。
物體的動(dòng)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(dāng)他們都站在頂層時(shí)，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(dāng)他們的重力勢能相等時(shí)，父親的身高應(yīng)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(diǎn)
A、B，如圖11-3-14所示。 小球從高處落下所產(chǎn)生的圓點(diǎn)就是圖中的那個(gè)（選擇“A”或“B”），由此可知重力勢能的大小與 有關(guān)。
圖 11-3-14
【答案】B身高
10.在某射擊活動(dòng)的電視娛樂節(jié)目中，某嘉賓以圖11-3-15所示的形式射出三支箭。 結(jié)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(jù)弓的能力。
(2) 第一個(gè)結(jié)果對應(yīng)的操作是一個(gè)圖，第三個(gè)結(jié)果對應(yīng)的操作是一個(gè)圖。
(3) 結(jié)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(qiáng)，能做的功也越大
三、實(shí)驗(yàn)研究問題
11、如圖11-3-16(a)所示，是探索“物體動(dòng)能大小與什么誘因有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)裝置。 鐵塊； 如圖（b）所示，是探索“牛頓第一定理”的實(shí)驗(yàn)裝置。 實(shí)驗(yàn)中，同一輛貨車從靜止?fàn)顟B(tài)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(shí)驗(yàn)的目的是探討鋼球動(dòng)能的大小與鐵塊被推動(dòng)距離的大小之間的關(guān)系，它表明鋼球做功的大小鋼球?qū)﹁F塊的作用，從而決定了鋼球動(dòng)能的大小。 這些常用的實(shí)驗(yàn)方法就是方法。
(2) 在圖(b)的實(shí)驗(yàn)中，讓同一輛貨車在斜坡上同一高度從靜止?fàn)顟B(tài)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(jù)卡車移動(dòng)距離的遠(yuǎn)近動(dòng)能和勢能的區(qū)別，可以推導(dǎo)出，如果移動(dòng)物體不受外力影響，它會(huì)一直這樣做。
(3) 小寧想在圖(a)的基礎(chǔ)上繼續(xù)探究物體的動(dòng)能與其質(zhì)量的關(guān)系。 請幫他設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，寫下簡單的實(shí)驗(yàn)步驟和演示方法：
【答】（1）費(fèi)率換算
(2) 使貨車到達(dá)水平面時(shí)以相同的速度和較小的勻速直線運(yùn)動(dòng)
(3)讓小球從同一高度滑下，改變小球的質(zhì)量，觀察鐵塊被推動(dòng)的距離
12、小明借助裝滿細(xì)沙的袋子、小桌子和不同質(zhì)量的砝碼，探究“什么誘因與重力勢能的大小有關(guān)”，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(shí)驗(yàn)現(xiàn)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(zhì)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(zhì)量的關(guān)系。
13、下表是部分汽車在城市街道上規(guī)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(diǎn)線、中央分隔器、機(jī)動(dòng)
設(shè)有車道與非機(jī)動(dòng)車道分隔設(shè)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(jù)數(shù)據(jù)和現(xiàn)有知識(shí)，您認(rèn)為有關(guān)部門做出這樣規(guī)定的原因是什么？
【答】物體的動(dòng)能與其質(zhì)量和速度有關(guān)。 汽車的速度越大，其動(dòng)能就越大，對外做功也就越多，制動(dòng)距離也就越遠(yuǎn)，發(fā)生交通事故的可能性就越大。 行駛速度有限。 因?yàn)槠嚨膭?dòng)能還和它的質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量越大動(dòng)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(guān)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(shè)水電站的選址時(shí)，從能源利用的角度，你會(huì)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(shí)轉(zhuǎn)化成水的動(dòng)能越多，推動(dòng)水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)化成的電能就越多。
(2)在選擇水電站建設(shè)選址時(shí)，從能源利用的角度出發(fā)，選擇圖中B站。 原因：與A點(diǎn)相比，B點(diǎn)地勢較低，B點(diǎn)與水閘水位差較大； 當(dāng)水質(zhì)一定時(shí)，以B點(diǎn)為基準(zhǔn)面，水閘中的水相對于B點(diǎn)的重力勢能越大，下落時(shí)，轉(zhuǎn)換的動(dòng)能就越大，產(chǎn)生的電能就越大由水輪機(jī)。