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第3节　动能和势能
【知识重点】
1．通过实例从做功的角度描述能量．能说出能量与做功的关系，记住能量的单位．
2．通过实例初步认识动能和势能的概念并解释相关现象．(重难点)
3．通过实验探究，了解动能和势能的大小跟哪些因素有关．
4．具有从能量的角度分析物理问题的意识．
【课程集训】
★知识点 能量
高速运动的子弹击穿苹果(如图甲所示)，高山上的石头落到地面会造成破坏(如图乙所示)，发生弹性形变的网球拍将网球弹出(如图丙所示)．这表明运动的子弹，高山上的石头和发生弹性形变的球网都能对外界做功．物体能够对外界做功，我们就说这个物体具有能量.高速运动的子弹具有能量，我们把物体由于运动而具有的能叫做动能.高山上的石头具有能量，在地球表面附近，物体由于受到重力并处在一定高度时所具有的能叫做重力势能.网球拍由于发生弹性形变而具有的能叫做弹性势能.
1. (物理观念)下列物体具有动能的是(C)
A．悬挂在天花板上的吊灯
B．静止在山顶上的大石头
C．飞行的飞机
D．拉开的弹弓
2.下列情况中的物体各具有什么形式的能量？
(1)悬挂在天花板上的吊灯具有重力势能.
(2)在水平公路上行驶的汽车具有动能.
(3)被拧紧的闹钟发条具有弹性势能.
(4)窗台上的花盆具有重力势能.
(5)在空中飞行的飞机具有动能和重力势能.
(6)被跳水运动员压弯的跳板具有弹性势能.
　★归纳总结
1．能量的定义：物体能够对外做功，表明物体具有能量，简称能．
2．能量的单位：焦耳(J)．
3．物体能够对外做功，说明物体一定具有能量．但具有能量不代表物体正在做功，或物体已经做完功，只代表物体具有做功的能力．
4．动能：物体由于运动而具有的能．
5．重力势能：物体由于受到重力并处在一定高度时所具有的能．
6．弹性势能：物体由于发生弹性形变而具有的能．
★知识点 动能
学生实验：探究物体的动能跟哪些因素有关
猜想与假设：可能跟物体的质量、物体运动的速度有关．
设计实验：如图甲所示，将钢球A从高度为h的斜槽上滚下，在水平面上运动．运动的钢球A撞击水平面上静止的木块B，将木块撞出一段距离．在同样的水平面上，木块B被撞得越远，说明钢球A具有的动能越大．
(1)如图甲、乙所示，让同一钢球A从不同的高度由静止滚下，钢球A到达水平面的速度不同，木块B被撞开的距离也不同．高度越高，钢球A到达水平面的速度越大，木块B被撞开的距离越远，说明钢球A具有的动能越大.这里用到的实验方法是控制变量法和转换法.
小结：质量相同的物体，速度越大，动能越大.
(2)如图丙、丁所示，让不同质量的钢球从同一高度由静止滚下，钢球到达水平面的速度相同，质量越大的钢球，木块被撞开的距离越远.
小结：速度相同的物体，质量越大，动能越大.
结论：物体的动能大小跟物体的质量和物体运动的速度有关．物体的速度越大，质量越大，动能就越大.
1.(科学探究)(2022 苏州期中)在“探究物体的动能和哪些因素有关”时(如图所示)，同学们提出了如下猜想：
猜想一：物体动能大小与物体的质量有关
猜想二：物体动能大小与物体运动的速度有关
(1)物体动能是指B(填序号)．
A．小车在斜面上时的动能
B．小车撞击木块前的动能
C．小车撞击木块后的动能
D．木块的动能
2.如图所示是“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验装置示意图，让小球A从斜槽上某点滚下，撞击在水平面上的木块B，木块B移动了一段距离．
(1)该实验中所探究物体的动能是指小球A(选填“小球A”或“木块B”)的动能．其动能是通过木块移动的距离来反映的，这里应用了转换法．
(2)实验表明，让小球A分别从斜槽不同高度由静止滚下，高度越大，速度越大，木块B被撞得越远．可得结论：质量相同时，小球的速度越大，动能越大．(2)若在图示实验的基础上，小明想进一步探究动能与速度的关系，正确实验后，小明发现木块被撞击后移动的距离s2A．小车放置的初始位置比图示的低
B．木块未放回初始位置就进行实验
C．第二次实验时，水平面的粗糙程度比第一次大
(3)为了便于验证猜想二，小丽把小车放在斜面的不同高度由静止释放，实验中小丽发现，在第三次时，最终木块从水平木板的右端滑出，于是小丽用质量更大的木块替换后继续完成此次实验探究．结果木块未滑出右端，于是小丽总结3次实验得出结论．小丽的做法显然有一定的问题，请利用原有器材，帮助小丽给出解决问题的办法减小小车开始滑下的高度.
(4)实验时，若木块与水平木板间无摩擦则不能得出结论，原因是根据牛顿第一定律，木块将永远运动下去，无法比较动能的大小.,,,(3)若要探究物体的动能与质量的关系，应让不同质量的小球从斜槽同一高度由静止滚下，目的是使小球到达水平面的速度相同，这里应用了控制变量法．
(4)若木块的重力为1 N，水平移动的距离是30 cm，则重力对木块做功0J.
(5)木块在水平面上不能立即停下来，是因为木块具有惯性，木块最终停下来是因为木块受到阻(摩擦)力的作用．
(6)如果水平面光滑，则不能(选填“能”或“不能”)完成本实验.
　★归纳总结
1．一切运动的物体都具有动能，静止的物体动能为零．
2．物体动能的大小跟物体的质量和速度都有关．物体的质量越大，速度越大，动能越大．所以道路交通对机动车进行限速限载，且不同车型的机动车限制最高速度不同．
3．探究物体动能的大小与哪些因素有关的实验常考点：
(1)该实验探究的是钢球的动能大小(不是木块的动能)．
(2)通过木块被撞开的距离来反映钢球的动能大小，应用了转换法．
(3)通过控制钢球在斜槽上的高度来控制其到达水平面的速度，应用了控制变量法．
(4)在探究速度和质量其中一个因素对动能的影响时，要控制另一个因素不变，应用了控制变量法．
(5)若水平面是光滑的，木块会一直做匀速直线运动，无法通过比较木块被撞开的距离来比较动能的大小，该实验无法进行．
★知识点 势能
1．演示实验：探究物体的重力势能跟哪些因素有关
猜想与假设：可能跟物体的质量、物体所处的高度有关．
设计实验：如图所示，把桌子轻放在沙面上，物体从高处自由下落撞击桌子，桌子陷入沙中．已知物体的质量m(1)该实验通过桌子陷入沙子的深度来反映物体重力势能的大小．
(2)由①②两图可以探究重力势能与高度的关系，可得结论：当质量一定时，高度越高，物体的重力势能越大.
(3)由②③两图可以探究重力势能与质量的关系，可得结论：当高度一定时，质量越大，物体的重力势能越大.
2．如图甲所示，在使用弹弓将小石头弹出时，弹弓橡皮筋被拉得越长，小石头被弹出的距离越远.如图乙所示，射击运动员在射箭时，总是把弓拉得很弯．由此可见，物体弹性势能的大小跟物体的弹性形变程度有关．
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3.(物理学与日常生活)(2022 广东模拟)如图所示是玩弹弓的情景．经验表明，橡皮筋被拉得越长，同样的“子弹”被射得越远，这说明橡皮筋的弹性势能与物体发生弹性形变的程度有关；若橡皮筋被拉的长度相同，所用“子弹”的质量不同，则“子弹”被射出时的速度也不相同(选填“相同”或“不相同”)；在此过程中，橡皮筋对“子弹”做的功相同(选填“相同”或“不相同”)．,,,变,式,3 (1)疫情期间，某快递公司用无人机进行无接触配送包裹．无人机携带包裹匀速上升时，包裹的动能不变，重力势能增大.(均选填“增大”“减小”或“不变”)
(2)一架救灾飞机在空中水平匀速飞行，并不断地空投救灾物资，飞机在空投救灾物资后，它的动能减小，重力势能减小.(均选填“增大”“减小”或“不变”)
　★归纳总结
1．物体的势能包括重力势能和弹性势能．
2．重力势能：物体由于受到重力并处在一定高度时所具有的能．
3．重力势能的大小跟物体的质量和物体所处的高度有关．质量越大、高度越高，物体的重力势能越大．
4．弹性势能：物体由于发生弹性形变而具有的能．
5．弹性势能的大小跟物体的弹性形变程度有关，弹性形变程度越大，物体的弹性势能越大．
【提能训练】
1．(物理学与社会发展)(2022 玉林)如图所示，舰载机在“山东舰”航母上起飞，其在加速上升过程中(C)
A．动能减小，重力势能增大
B．动能增大，重力势能减小
C．动能增大，重力势能增大
D．动能减小，重力势能减小
2．(科学思维)(2022 广州海珠区期末)推拉测力计主要由两个部件组成，导轨固定在上、下两端的金属块之间，组成部件甲；一根弹簧MN固定在盒子的两端(弹簧长度刚好为原长)，组成质量忽略不计的部件乙．老王把部件乙套在甲上，其中弹簧中间O点固定在部件甲的上端(如图1所示)，部件乙能沿甲的导轨上下移动，用力F把部件乙向下压，如图2所示．下压过程中(A)
A．OM、ON段的弹簧，弹性势能均增大
B．OM、ON段的弹簧，弹性势能均减小
C．OM段弹簧的弹性势能减少；ON段弹簧的弹性势能增大
D．OM段弹簧的弹性势能增大；ON段弹簧的弹性势能减小
3．(科学态度与责任)“十次车祸九次快，还有喝酒和超载．”这句话形象地说明了发生车祸的原因，汽车在水平公路上行驶的过程中，超速、超载容易引发交通事故，对于引发交通事故的原因，以下分析不正确的是(B)
A．“快”——物体运动的速度越大，动能越大
B．“快”——物体运动的速度越大，惯性越大
C．“超载”——物体的质量越大，动能越大
D．“超载”——物体的质量越大，惯性越大
4．(2022 汕头期末)疫情防控期间，防疫部门利用雾炮车对城区街道喷洒消毒剂，如图所示．雾炮车在水平路面匀速前进喷洒消毒液的过程中，雾炮车的动能变小，重力势能变小(前两空选填“变大”“变小”或“不变”)．消毒车的轮胎比轿车大得多，其目的是减小(选填“增大”或“减小”)压强．
第4题图　　　　第5题图
5．(2022 揭阳期末改编)如图所示是我国运－20正在给歼击机空中加油，假设此时的航速恒定为125 m/s，加油过程中两机保持相对静止并在水平直线上飞行，则加油过程中，歼击机的动能增大，加油机的重力势能减小.(均选填“增大”“减小”或“不变”)

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