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10.3 动能和势能
一、课程导入：生活中的 “能量” 现象
（一）情境体验与提问
实物互动与现象观察：在讲台上完成三组实验 ——①将滚动的小球推向静止的木块，木块被撞开；②将同一小球从不同高度释放，撞击木块，发现从高处释放时木块被撞得更远；③将弹簧压缩后松开，弹簧将小球弹起。同时展示生活场景：④行驶的汽车能撞坏障碍物；⑤被举高的花盆掉落会砸坏地面；⑥拉开的弓箭能射穿纸板。
引导提问：“同学们，滚动的小球、行驶的汽车能对其他物体做功，被举高的花盆、压缩的弹簧也蕴含着‘做功的能力’。物理学中，这种‘物体能够对外做功的本领’叫做能量。那么，这些能量有哪些不同类型？它们的大小与哪些因素有关？”
导入目标：通过物体 “做功能力” 的现象，引发学生对 “能量” 的好奇，明确本节课核心 —— 理解动能、重力势能、弹性势能的定义及影响因素，掌握不同势能的特点，建立 “能量与做功能力相关” 的认知。
二、知识点 1：动能
（一）动能的定义
物理学中，把物体由于运动而具有的能量叫做动能（用符号 “\(E_k\)” 表示）。
关键词解析：
“由于运动”：动能是 “运动物体” 特有的能量，静止的物体（如静止在地面的石头）不具有动能；
“做功能力”：运动的物体能对外做功（如滚动的小球撞击木块，对木块做功；行驶的汽车撞击障碍物，对障碍物做功），动能越大，对外做功的能力越强。
（二）实验探究：动能的影响因素
1. 提出猜想
基于生活现象，猜想动能大小可能与物体的质量和运动速度有关（如重型卡车比小汽车撞击力大，快速行驶的汽车比慢速行驶的撞击力大）。
2. 实验设计（控制变量法）
实验器材：斜面、不同质量的小球（质量\(m_1 < m_2\)）、木块、刻度尺、水平桌面。
实验步骤与现象记录：
| 实验环节 | 实验条件（控制变量） | 操作内容 | 实验现象（木块被撞开的距离） | 结论 |
|----------|----------------------|----------|------------------------------|------|
| 探究与速度的关系（质量不变） | 小球质量：\(m_1\)（不变）；速度：改变（从不同高度释放，高度越高，到达水平面速度越大） | ①将小球\(m_1\)从斜面低位置释放，撞击水平面上的木块，记录木块移动距离\(s_1\)；②将小球\(m_1\)从斜面高位置释放，撞击同一木块，记录距离\(s_2\) | \(s_2 > s_1\)（高度高，速度大，木块被撞得更远） | 质量相同时，物体运动速度越大，动能越大 |
| 探究与质量的关系（速度不变） | 小球速度：不变（从斜面同一高度释放）；质量：改变（\(m_1 < m_2\)） | ①将小球\(m_1\)从斜面同一高度释放，撞击木块，记录距离\(s_3\)；②将小球\(m_2\)从同一高度释放，撞击同一木块，记录距离\(s_4\) | \(s_4 > s_3\)（质量大，木块被撞得更远） | 速度相同时，物体质量越大，动能越大 |
3. 实验结论
动能的大小与物体的质量和运动速度有关：
质量一定时，物体的运动速度越大，动能越大；
速度一定时，物体的质量越大，动能越大；
（拓展）动能与速度的平方成正比（\(E_k = \frac{1}{2}mv^2\)，初中阶段只需定性理解，无需定量计算），因此速度对动能的影响比质量更显著（如汽车速度翻倍，动能会变为原来的 4 倍）。
（三）生活中的动能实例
交通领域：行驶的汽车、火车、飞机都具有动能，速度越快、质量越大，动能越大，因此交通事故中，高速行驶的重型车辆造成的破坏更严重；
体育活动：抛出的篮球、足球，运动的乒乓球拍，都具有动能，速度越大，动能越大，击球时能产生更大的冲击力；
自然现象：流动的河水具有动能，可推动水轮机发电；呼啸的狂风具有动能，能吹倒树木、房屋。
三、知识点 2：重力势能
（一）重力势能的定义
物理学中，把物体由于受到重力并处在一定高度而具有的能量叫做重力势能（用符号 “\(E_p\)” 表示）。
关键词解析：
“受到重力”：重力势能与地球引力有关，脱离地球引力的物体（如太空中的卫星）不具有重力势能；
“处在一定高度”：物体必须相对于参考平面（如地面、桌面）有一定高度，高度为 0 时（如放在地面的石头），重力势能为 0；
“做功能力”：具有重力势能的物体能对外做功（如被举高的花盆掉落时，对地面做功；水库中的水从高处流下，对水轮机做功）。
（二）实验探究：重力势能的影响因素
1. 提出猜想
猜想重力势能大小可能与物体的质量和相对高度有关（如重物比轻物从同一高度掉落时破坏力大，同一物体从高处掉落比低处掉落破坏力大）。
2. 实验设计（控制变量法）
实验器材：不同质量的砝码（质量\(m_A < m_B\)）、海绵块、刻度尺、铁架台（带铁夹，用于固定高度）。
实验步骤与现象记录：
| 实验环节 | 实验条件（控制变量） | 操作内容 | 实验现象（海绵凹陷深度） | 结论 |
|----------|----------------------|----------|--------------------------|------|
| 探究与高度的关系（质量不变） | 砝码质量：\(m_A\)（不变）；高度：改变（\(h_1 < h_2\)） | ①将砝码\(m_A\)从高度\(h_1\)处自由落下，砸在海绵上，记录凹陷深度\(d_1\)；②将砝码\(m_A\)从高度\(h_2\)处落下，砸在同一海绵上，记录深度\(d_2\) | \(d_2 > d_1\)（高度高，凹陷深） | 质量相同时，物体所处高度越高，重力势能越大 |
| 探究与质量的关系（高度不变） | 砝码高度：\(h_1\)（不变）；质量：改变（\(m_A < m_B\)） | ①将砝码\(m_A\)从高度\(h_1\)落下，记录凹陷深度\(d_3\)；②将砝码\(m_B\)从高度\(h_1\)落下，记录深度\(d_4\) | \(d_4 > d_3\)（质量大，凹陷深） | 高度相同时，物体质量越大，重力势能越大 |
3. 实验结论
重力势能的大小与物体的质量和相对高度有关：
质量一定时，物体所处的高度越高，重力势能越大；
高度一定时，物体的质量越大，重力势能越大；
（拓展）重力势能的计算公式为\(E_p = mgh\)（\(g\)为重力加速度），初中阶段只需定性理解。
（三）生活中的重力势能实例
建筑施工：塔吊将重物举高时，重物具有重力势能，高度越高、重物越重，重力势能越大，因此施工时需防止重物掉落；
水利发电：水库中的水被拦在高处，具有重力势能，水流下时重力势能转化为动能，推动水轮机发电，水位越高、水量越大，发电越多；
体育活动：跳高运动员跳到最高点时，具有较大的重力势能；蹦极时，人被拉到高处，也具有重力势能，下落时势能转化为动能。
四、知识点 3：弹性势能
（一）弹性势能的定义
物理学中，把物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能（用符号 “\(E_{ }\)” 表示）。
关键词解析：
“弹性形变”：物体发生形变后能恢复原状的形变（如弹簧压缩、橡皮筋拉伸），塑性形变（如橡皮泥捏扁后不能恢复）不产生弹性势能；
“做功能力”：发生弹性形变的物体能对外做功（如压缩的弹簧松开后弹起小球，对小球做功；拉开的弓箭松开后射穿纸板，对箭做功）。
（二）实验探究：弹性势能的影响因素
1. 提出猜想
猜想弹性势能大小可能与物体的弹性形变程度有关（形变越大，弹性势能越大，如大力压缩弹簧比小力压缩弹起的小球更高）。
2. 实验设计
实验器材：弹簧（弹性较好）、小球、刻度尺、铁架台（固定弹簧）。
实验步骤与现象记录：
| 实验环节 | 实验条件 | 操作内容 | 实验现象（小球被弹起的高度） | 结论 |
|----------|----------|----------|------------------------------|------|
| 探究与形变程度的关系 | 弹簧种类：同一弹簧（弹性系数不变）；形变程度：改变（压缩量\(x_1 < x_2\)） | ①将弹簧压缩\(x_1\)，松开后弹起小球，记录小球弹起高度\(h_1\)；②将弹簧压缩\(x_2\)（更大压缩量），松开后弹起同一小球，记录高度\(h_2\) | \(h_2 > h_1\)（形变程度大，小球弹得更高） | 同一弹性物体，弹性形变程度越大，弹性势能越大 |
3. 实验结论
弹性势能的大小与物体的弹性形变程度和物体的弹性强弱（弹性系数）有关：
弹性强弱相同时（如同一弹簧），弹性形变程度越大，弹性势能越大；
弹性形变程度相同时，物体弹性越强（如硬弹簧比软弹簧），弹性势能越大。
（三）生活中的弹性势能实例
日常用品：压缩的弹簧、拉伸的橡皮筋、拧紧的发条（如闹钟、玩具车），都具有弹性势能，形变越大，势能越大；
体育器材：拉开的弓箭、绷紧的蹦床、压缩的网球拍，都具有弹性势能，形变越大，能对外做的功越多（如拉满的弓能将箭射得更远）；
工业应用：机械钟表的发条拧紧后，弹性势能转化为动能，带动指针转动；汽车的减震弹簧，通过形变产生弹性势能，缓冲路面颠簸。
五、知识点 4：动能与势能的统称 —— 机械能
（一）机械能的定义
动能、重力势能和弹性势能统称为机械能（用符号 “\(E\)” 表示），即\(E = E_k + E_p + E_{ }\)。
一个物体可能同时具有多种机械能：如飞行的飞机，具有动能（运动）、重力势能（被举高）；压缩的弹簧弹起小球的瞬间，弹簧具有弹性势能，小球具有动能和重力势能。
（二）机械能的转化（初步认知）
在只有重力或弹力做功的情况下，动能与势能可以相互转化，机械能的总量保持不变（机械能守恒，后续将详细学习）：
动能转化为重力势能：如竖直上抛的小球，上升过程中速度减小（动能减小），高度增加（重力势能增大），动能转化为重力势能；
重力势能转化为动能：如下落的苹果，高度减小（重力势能减小），速度增大（动能增大），重力势能转化为动能；
弹性势能转化为动能：如压缩的弹簧松开后，形变减小（弹性势能减小），小球速度增大（动能增大），弹性势能转化为动能。
六、知识点 5：常见误区与纠正
（一）常见误区
误区 1：“静止的物体一定没有能量”—— 忽略了重力势能和弹性势能（如静止在高处的花盆有重力势能，压缩的弹簧有弹性势能）；
误区 2：“物体速度越大，动能一定越大”—— 忽略了质量的影响（如慢速行驶的卡车，质量大，动能可能比快速行驶的自行车大）；
误区 3：“物体高度越高，重力势能一定越大”—— 忽略了质量的影响（如高处的羽毛，质量小，重力势能可能比低处的石块小）；
误区 4：“所有形变的物体都有弹性势能”—— 错误地认为 “形变即有弹性势能”，只有弹性形变（能恢复原状）的物体才有弹性势能，塑性形变没有。
（二）纠正方法
实例对比：用 “静止在高处的花盆（有重力势能）” 与 “静止在地面的花盆（无重力势能）” 对比，用 “压缩的弹簧（有弹性势能）” 与 “捏扁的橡皮泥（无弹性势能）” 对比，明确能量的存在条件；
控制变量理解：分析动能和重力势能时，紧扣 “质量” 和 “速度 / 高度” 两个因素，避免单一因素判断；
概念辨析：明确 “弹性形变” 的定义（能恢复原状），通过 “弹簧压缩后恢复原状” 与 “橡皮泥形变后不恢复” 的实验，区分弹性形变与塑性形变。
七、课堂小结
动能：物体由于运动而具有的能量，与质量和速度有关，质量越大、速度越大，动能越大；
重力势能：物体由于受重力且处一定高度而具有的能量，与质量和高度有关，质量越大、高度越高，重力势能越大；
弹性势能：物体由于弹性形变而具有的能量，与形变程度和弹性强弱有关，形变越大、弹性越强，弹性势能越大；
机械能：动能、重力势能、弹性势能的统称，三者可相互转化。
八、课堂练习
（一）基础题
下列物体中，具有动能的是（ ）
A. 静止在桌面的书本
B. 压缩的弹簧
C. 行驶的自行车
D. 被举高的杠铃
（答案：C，解析：A 静止无动能，B 有弹性势能，D 有重力势能，C 运动有动能，C 正确）
关于重力势能，下列说法正确的是（ ）
A. 质量越大的物体，重力势能越大
B. 高度越高的物体，重力势能越大
C. 质量相同的物体，高度越高，重力势能越大
D. 高度相同的物体，质量越大，重力势能越小
（答案：C，解析：重力势能与质量和高度都有关，A 忽略高度，B 忽略质量，D 表述错误，C 正确）
（二）提升题
为什么在高速公路上，对重型卡车的限速比普通小汽车更严格？请结合动能的影响因素解释。
（答案：动能的大小与物体的质量和速度有关，质量越大、速度越大，动能越大，对外做功的能力越强，事故破坏力越大；重型卡车的质量远大于普通小汽车，若以相同速度行驶，卡车的动能远大于小汽车；为降低事故破坏力，需对卡车限速更严格，避免其动能过大）
请分析 “蹦极过程中” 动能与重力势能、弹性势能的转化过程（从人跳下到最低点）。
（答案：①人从高处跳下初期：高度减小（重力势能减小），速度增大（动能增大），重力势能转化为动能；②人接近最低点时：蹦极绳开始拉伸（产生弹性形变），速度逐渐减小（动能减小），高度继续减小（重力势能减小），动能和重力势能共同转化为弹性势能；③到达最低点时：速度为 0（动能为 0），高度最低（重力势能最小），弹性形变最大（弹性势能最大），动能和重力势能全部转化为弹性势能）
九、课后作业
实践作业：
家庭小实验：①用不同质量的小球（如乒乓球、玻璃球）从同一高度释放，撞击橡皮泥，观察橡皮泥凹陷深度，验证 “高度相同时，质量越大，重力势能越大”；②用同一弹簧，分别压缩不同程度后弹起小球，观察小球弹起高度，验证 “弹性形变程度越大，弹性势能越大”。
生活观察：记录生活中 3 个
沪科版2024版物理八年级全册
授课教师： . 班 级： . 时 间： .
10.3动能和势能
第十章 功与机械能
a
i
T
u
j
m
i
a
N
g
枝头的苹果
疾驰的汽车
拉开的弓
拉伸的皮筋
流动的水
举高的重锤
运动的物体能够对外做功
处于一定高度的物体能够对外做功
1. 物体能够对外做功，表示这个物体具有能量，
发生弹性形变的物体能够对外做功
简称能，用E表示。
2. 单位：焦耳（J）；
3.“能够做功”和“做功”是不同的。
1. 物体能够对外做功，表示这个物体具有能量，
简称能，用E表示。
2. 单位：焦耳（J）；
3.“能够做功”和“做功”是不同的。
机械能、
4.能量的形式：
电能、
内能（热能）、
太阳能、
核能等
1．动能 ：物体由于运动而具有的能。
2.质量相同的钢球从不同高度由静止滚下，高度越高，小球A到底部时初速度越_____，物体B被推得越_____，动能越 ____。
大
大
远
图2
图1
3.质量不同的钢球从同一高度由静止开始滚下，质量越_____的钢球能将物体B 撞得越远 ，动能越 _____。
大
图3
图4
大
运动速度相同的物体，质量越大，动能越大。
4.质量相同的物体，速度越大，动能越大。
图2
图1
图3
图4
（1）研究方法：_______________、___________。
5.动能大小与________和_________有关；
控制变量法；
转换法
（2）研究对象：
水平面上运动的小球
（3）研究过程：
小球推木块的过程。
（4）动能判断：
比较木块被推动的距离。
质量
速度
5.动能大小与________和_________有关；
质量
速度
用物理学的术语解释，为什么要对机动车的行驶速度进行限制？为什么在同样的道路上，不同车型的限制车速不同？
水平路面上匀速行驶的洒水车在洒水过程中，因为________不变，_______变小，所以动能_________。
5.动能大小与________和_________有关；
质量
速度
速度
质量
变小
一颗子弹的动能一定小于列车的动能吗？
不一定。
5.动能大小与________和_________有关；
质量
速度
1.重力势能 ：物体由于受到重力并处于一定高度而具有的能量
2.重力势能与其所在高度有关。
质量一定时，高度越高，重力势能越大。
2.重力势能与其所在高度有关。
（1）研究方法：_____________、_________。
控制变量法
转换法
（2）研究对象：
举高的物体
（3）重力势能大小判断：
比较小桌陷入沙中的深度。
质量一定时，高度越高，重力势能越大。
图5
3.重力势能与其质量有关。
高度一定时，质量越大，重力势能越大。
3.重力势能与其质量有关。
高度一定时，质量越大，重力势能越大。
控制变量法
转换法
（2）研究对象：
举高的物体
（3）重力势能大小判断：
比较小桌陷入沙中的深度。
（1）研究方法：_____________、_________。
图6
4.物体被举得越高，质量越大，具有的重力势能就越大。
图5
图6
5.没有特别说明时，“高度”一般是指相对于水平地面而言
克服重力做功，
重力势能增大。
重力做功，
重力势能减小。
1.物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能，用EP表示。
2.与物体发生弹性形变程度和发生弹性形变的难易程度有关。
1星题 知识过关
能量
1.下列关于功和能的说法正确的是( )
D
A.具有能的物体一定正在做功
B.物体具有的能越大，它做的功就越多
C.物体做的功越少，它具有的能就越大
D.物体能够做的功越多，它具有的能就越大
动能
2.如图所示，农民赶着牛拉着锥犁在田
里劳动，它们以相同速度向前行进，则
( )
C
A.农民动能最大 B.锥犁动能最大
C.牛动能最大 D.三者动能一样大
3.[2024·泉州二模] 从物理角度看，高速公路上，限制汽车行
驶最大速度的目的是( )
D
A.减小摩擦 B.减小惯性 C.控制势能 D.控制动能
4.如图所示，在“探究物体的动能大小与哪些因素有关”的实
验中，将小球沿着同一斜面由静止释放，并与同一水平面上
的同一木块相碰，木块在水平面上移动一段距离后静止。
(1)实验中，探究的“动能”是指______(填“木块”“小球”或“斜
面”)的动能。
小球
(2)实验中，通过比较________________来判断小球动能的大
小，这种实验方法是______法。
木块移动的距离
转换
(3)为了研究物体动能与速度的关系，选择________两图进行
比较，得到的结论是：小球的质量一定时，______越大，则
动能越大。
甲、乙
速度
(4)选择甲、丙两图比较，得出的结论是，小球的______一定
时，______越大，动能越大。
速度
质量
(5)根据________两图的实验得到的结论可以解释为什么要对
机动车的载货量进行限制。
甲、丙
重力势能和弹性势能
5.下列物体重力势能发生变化的是( )
B
A.水平拉长的弹簧 B.正在下落的篮球
C.水平滑行的小车 D.静止在桌面上的书
6.如图，射箭比赛中，选手拉弦时，拉弯的弓具有
________能，当弓形变增大时，这种能______
(填“变大”“变小”或“不变”)。
弹性势
变大
7.[2024·天津二模] 小点在做“探究重力势能的大小与哪些因
素有关”的实验，把小桌放在平整的沙面上，让重物从高处
落下，撞击桌面的中心部位，桌腿陷入沙子。如图为实验过
程中的有关情景。(虚线表示桌腿陷入沙中的深度)
(1)观察甲、乙两组实验可知：当物体__________时，物体所
处高度越大，重力势能越____。
质量相同
大
(2)通过比较________两组实验，可得出物体的重力势能与质
量的关系。
乙、丙
2星题 情境应用
8.[2024·泉州期末] 如图所示为《清明上河
图》中荡秋千的场景，秋千从最低点运动
到最高点的过程中，下列判断正确的是
( )
C
A.动能增大，重力势能增大
B.动能增大，重力势能减小
C.动能减小，重力势能增大
D.动能减小，重力势能减小
9.［立德树人·国家科技进展］如图所示，是运油 加油机
给歼 战斗机加油的情景，在加油过程中，加油机和战斗
机的飞行高度、速度和方向均不变，关于加油机和战斗机动
能和势能说法正确的是 ( )
D
(第9题)
A.战斗机动能增加，势能减小
B.加油机动能减少，势能不变
C.加油机动能不变，势能不变
D.战斗机动能增加，势能增加
10.[2023·福建中考] 东南海域水质的改善，给了中华白海豚
一个温馨的家。如图所示，下列说法正确的是( )
B
(第10题)
A.海豚跃出海面减速上升过程，动能不变
B.海豚跃起到最高点时，重力势能最大
C.海豚从高处落回海面过程，重力势能
不变
D.海豚在海面下加速下潜过程，动能变小
弹性势能：物体由于弹性形变而具有的能量
重力势能 ：物体由于受到重力并处于一定高度而具有的能量
动能 ：物体由于运动而具有的能。
势能
机械能
1.动能和势能统称机械能。
2.机械能=动能+势能。
必做作业：从教材习题中选取；
选做作业：完成练习册本课时的习题.
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