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11. 3
动能和势能
【课程标准】 第十一章 功和机械能
课程内容要求 学生必做实验
2011 版 3. 2. 1 知道动能、势能和机械能。通过实验，了解动能和势能的相互转化。举例说明机械能和其他形式能量的相互转化 例1 用荡秋千的过程定性说明动能和势能的转化情况。 3. 2. 2 知道机械功和功率。用生活中的实例说明机械功和功率的含义。 无
2022 版 3. 2. 1 知道动能、势能和机械能。通过实验，了解动能和势能的相互转化。举例说明机械能和其他形式能量的相互转化。 例1 定性说明荡秋千过程中动能和势能的相互转化。 例2 分析《天工开物》中汲水装置工作时能量的相互转化。 3. 2. 2 知道机械功和功率。用生活中的实例说明机械功和功率的含义。 无
【学习目标】
1. 知道能量、动能、重力势能、弹性势能的概念；（重点）
2. 知道影响动能、重力势能大小的因素；能解释简单的现象。（难点）
流动的水推动皮筏
滚下的巨石砸毁路面
【课堂导入·观察与思考】
下列现象中，哪些物体能做功？
拉弯的弓把箭射出
1. 一个物体能够对外做功，我们就说它具有能量。
2. 一个物体能够做的功越多，表示这个物体的能量越大。
3. 单位 : 焦耳 简称焦，符号是 J
一、能量
流动的水具有能量
流动的水推动皮筏
山顶的巨石具有能量
滚下的巨石砸毁路面
拉弯的弓具有能量
拉弯的弓把箭射出
呼啸的海浪有时会冲坏海堤、推倒房屋；
弹出去的玻璃球能把静止的球弹的远远的……
这些现象说明了运动的物体有对其他物体做功的能力，
也就是说：运动的物体具有能量。
湍急的流水能推动水车，
对水车做功，具有能量。
飞行的子弹能穿透苹果，
对苹果做功，具有能量。
风吹动船帆使船航行，
流动的空气具有能量。
【现象探究】
1. 定义：物体由于运动而具有的能，叫做动能。
一切运动的物体都具有动能。
二、动能
汽车速度越大，出事故时破坏就越严重；
一辆汽车以同一速度行驶，重载比空载时出事故更严重，
因此动能的大小可能与物体的速度、质量等因素有关。
猜想
小鸟和飞机迎面相撞时，
能量大到足以击落飞机，
那么物体的动能大小
跟哪些因素有关呢？
问题
实验方法：
质量一定，动能大小与速度的关系
质量一定，动能大小与质量的关系
（1）控制变量法
（2）转化法：小球动能的大小不能直接显示，
可以通过木块被撞击后移动距离的远近来反映，
木块被推得越远，说明钢球对木块做的功越多，
钢球的动能越说明小球的动能越大 。
探究物体的动能跟哪些因素有关
实验
探究物体的动能跟哪些因素有关
实验
探究动能大小与质量的关系
探究动能大小与速度的关系
实验步骤：
（1）探究动能大小与质量的关系
让__________的钢球，先后从______高度滚下，观察钢球推动木块的距离。
不同质量
同一
结论： 物体的动能与物体的______有关， ______越大，物体的动能越大。
质量
质量
从同一高度滚下
是为保证小球到达
平面的速度相同。
探究物体的动能跟哪些因素有关
实验
实验步骤：
（2）探究动能大小与速度的关系
让______钢球A，先后从斜面______高度滚下，观察钢球将木块推动的距离。
同一
不同
结论：
物体的动能与物体的__________有关，
______越大，物体的动能越大。
运动速度
速度
探究物体的动能跟哪些因素有关
实验
实验结论
质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大；
运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越大。
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？
机动车的行驶速度越大，动能就越大，越不容易刹车，
所以要对车辆的速度加以限制，以免发生交通事故。
不同车型的车， 速度相同，质量越大，动能越大，
越不容易刹车，所以大型客车的限制速度比小型客车更小。
【 想想议议】
一些物体的动能
物体 动能/J 物体 动能/J
抛出去的篮球 约30 跑百米的运动员 约3×103
行走的牛 约60 飞行的步枪子弹 约5×103
从10 m高处落下的砖块 约2. 5×103 行驶的小轿车 约2×105
对比行走的牛和飞行的子弹的动能，
可见：物体的速度对动能的影响更大。
【进一步思考】
物体的质量和它的速度都能影响物体的动能。请你研究小资料的数据，
能不能看出：质量和速度相比，哪个对物体动能的影响更大？
1. 重力势能：物体由于位置较高而具有的能量叫做重力势能。
水滴石穿，表明
位于高处的水具有能量。
从高空落下的陨石
把地面砸出一个大坑，
表明位于高处的陨石具有能量。
举高的重锤具有重力势能，把木桩打入地下。
二、势能
物体具有的重力势能的多少跟什么因素有关呢？
猜想：
重力势能的大小跟物体被举高度和物体质量有关。
如图所示：
（1）让同一重物从不同的高度降落砸在小桌子上；
（2）让质量不同的重物从相同的高度降落砸在小桌子上；
观察桌子腿陷入沙中的深度，来比较重物重力势能的大小。
实验步骤：
探究方法：
控制变量法
对比法
转换法：通过小桌陷入沙子的深度来反映重力势能的大小。
探究物体的重力势能跟哪些因素有关
实验
实验结论：
在质量一定时，物体被举得越高，重力势能越大。在高度一定时，物体的质量越大，重力势能越大。
探究物体的重力势能跟哪些因素有关
实验
2. 弹性势能：物体由于发生弹性形变而具有的能叫作弹性势能。
发生弹性形变的物体产生的弹力可以做功，也具有能量。
压弯的跳板
具有弹性势能
拉弯的弓
具有弹性势能
发生形变的网球拍
具有弹性势能
二、势能
3. 势能：重力势能和弹性势能统称为势能。
一切发生弹性形变的物体都具有弹性势能。
弹性势能的大小与弹性物体的弹性以及形变的程度有关；
同一物体，弹性形变越大，弹性势能越大。
弹簧压缩程度越大，砝码被弹起得越高，
弹簧具有的弹性势能越大。
二、势能
弓的形变越大，箭射得越远，
弓具有的弹性势能越大。
异同点 动能 势 能 重力势能 弹性势能
不同点 形成原因 物体由于运动而具有的能量 物体由于被举高 物体由于发生弹性形变而具有的能量
特点 一切运动的物体都具有动能 一切被举高的物体 都具有重力势能 一切发生弹性形变的物体都具有弹性势能
决定因素 质量和速度 　质量和高度　 弹性形变程度、材料
相同点 都是能量的一种具体形式，都具有做功的本领 【综合探究】 比较动能和势能的异同
【本课小结】
动
能
和
势
能
能量
物体能够对外做功，表示这个物体具有能量
动能
物体由于运动而具有的能
影响因素：质量、速度
势能
重力势能
弹性势能
物体由于被举高而具有的能量
影响因素：质量、高度
物体由于弹性形变而具有的能量
【典例精析】知识点1：动能和势能
“珍爱生命，远离危险！”学校严禁同学们玩耍极其危险的玩具“牙签弩”，
如图所示，射出的牙签能穿透易拉罐。这说明射出的牙签具有很大
A. 动能
B. 重力势能
C. 弹性势能
D. 惯性
【典例精析】知识点1：动能和势能
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
A．动能减少，重力势能增加
B．动能不变，重力势能增加
C．动能不变，重力势能不变
D．动能增加，重力势能减少
【典例精析】知识点1：动能和势能
如图是运动员参加射箭比赛时的场景，下列说法错误的是
A. 运动员将弓举起的过程对弓做功
B. 弓被拉的越弯产生的弹力越小
C. 弓被拉的越弯弹性势能越大
D. 箭被射出说明力可以改变物体的运动状态
【典例精析】知识点1：动能和势能
如图所示，长征五号 B 运载火箭加速升空过程中，它的
A. 重力势能增大，动能减小
B. 重力势能增大，动能增大
C. 重力势能减小，动能减小
D. 重力势能减小，动能增大
【典例精析】知识点1：动能和势能
现代农业利用喷药无人机喷洒农药，安全又高效。
如图所示，喷药无人机在农田上方沿水平方向匀速飞行，同时均匀喷洒农药。
此过程中，喷药无人机的
A．升力大于重力
B．空气阻力和重力是一对平衡力
C．动能减小、重力势能减小
D．动能不变、重力势能减小
【典例精析】知识点2：探究影响动能大小的因素
小明在“探究物体的动能大小跟哪些因素有关”的实验中，他用质量不同的两个钢球 m
和 M（ M 的质量大于 m ），分别从不同的高度 h 和 H（ H > h ）静止开始滚下，
观察木块 B 被撞击后移动的距离，实验过程如图所示。
（1）小明通过观察木块 B 移动的距离长短，
来判断小球动能的大小，
这种研究方法是__________
（选填“控制变量法”或“转换法”）。
若水平面绝对光滑，
本实验将________（选填“能”或“不能”）
达到探究目的。
（2）…
转换法
不能
【典例精析】知识点2：探究影响动能大小的因素
小明在“探究物体的动能大小跟哪些因素有关”的实验中，他用质量不同的两个钢球 m
和 M（ M 的质量大于 m ），分别从不同的高度 h 和 H（ H > h ）静止开始滚下，
观察木块 B 被撞击后移动的距离，实验过程如图所示。
（2）由甲、乙两图可得实验结论：
物体的动能大小与__________有关。
（3）小丽根据甲、丙两图得出结论：
物体的动能大小与质量有关，
她的看法是否正确？________
（选填“正确”或“错误”），
理由是：__________________________。
（4）…
速度
错误
没有控制速度一定
【典例精析】知识点2：探究影响动能大小的因素
小明在“探究物体的动能大小跟哪些因素有关”的实验中，他用质量不同的两个钢球 m
和 M（ M 的质量大于 m ），分别从不同的高度 h 和 H（ H > h ）静止开始滚下，
观察木块 B 被撞击后移动的距离，实验过程如图所示。
（4）另同学用如图所示的方法探究动能的大小与速度的关系，
他将相同质量的小球从不同高度（h2>h1）由静止开始释放，
通过观察木块在铁板和毛巾上滑行的距离来判断小球动能的大小，
这种方法是_____________（选填“正确的”或“错误的”）。
错误的
【典例精析】知识点3：探究影响重力势能大小的因素
小明同学在探究重力势能的大小与什么因素有关时，提出了如下猜想：
猜想一：物体的重力势能与物体的质量有关
猜想二：物体的重力势能与物体所在高度有关
为了验证上述猜想，他计划利用小桌、沙子、质量不同的铁块和刻度尺
进行实验：如图所示，将小桌桌腿朝下放在平整的沙面上，把铁块从距桌面某一高度由静止
释放，撞击在桌面的中心部位，记录桌腿进入沙子的深度。
按上述方案进行实验，其实验数据如下表所示。
实验序号 铁块质量 m/g 铁块距桌面高度 H/cm 桌腿进入沙子的深度 h/cm
① 20 20 1.9
② 20 30 2.9
③ 20 40 3.8
④ 30 20 2.9
⑤ 40 20 4.1
【典例精析】知识点3：探究影响重力势能大小的因素
（1）实验中通过比较_____________________来判断物体重力势能的大小；
（2）为了验证猜想一，需选择表中________（填实验序号）三组数据进行分析；
（3）分析表中①②③的实验数据，可得出的结论是：
__________________________________________。
桌腿进入沙子的深度
实验序号 铁块质量 m/g 铁块距桌面高度 H/cm 桌腿进入沙子的深度 h/cm
① 20 20 1.9
② 20 30 2.9
③ 20 40 3.8
④ 30 20 2.9
⑤ 40 20 4.1
①④⑤
质量相同的物体，高度越大，重力势能越大

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