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一、动能
（一）动能的概念
物体由于运动而具有的能量叫做动能。一切做机械运动的物体都具有动能。例如:飞翔的小鸟、行走的人、行驶的汽车、流动的水和空气等，都具有动能。
（二）探究影响动能大小的因素
(1)提出问题:动能的大小与哪些因素有关
(2)猜想与假设:物体动能大，表示物体由于运动而具有的能量大，所以动能可能与物体的运动速度有关，还可能与物体的质量有关。
(3)设计实验与制订计划:让小车从斜面上滑下，碰到一个木块上，推动木块做功。在同样的水平面上，通过木块被推动的距离大小，判断出小车动能的大小。
①探究动能大小与速度的关系:让同一小车从不同高度滑下，看哪次木块被推得远
②探究动能大小与质量的关系:换用质量不同小车，让它们从同一高度滑下，看哪个小车把木块推得远
(4)进行实验与收集证据:
①同一小车从不同高度滑下，小车碰撞木块时的速度不同。高度越高，小车滑下时速度越大，木块被推得越远，说明物体动能的大小与物体的速度有关。
②不同小车从同一高度滑下，小车碰撞木块时的速度相同。质量大的小车将木块推得远，说明物体动能的大小与物体的质量有关。
(5)实验结论:物体动能的大小与物体的质量和运动速度有关。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。
（三）在探究和理解动能大小与哪些因素有关时，应注意以下两点
(1)因动能的大小与物体的质量、运动的速度两个因素有关，所以要用控制变量的方法进行实验。
(2)一切运动的物体都具有动能，物体的动能由物体的质量和其速度的大小共同决定，在比较物体的动能大小或分析物体动能大小的变化时，要同时考虑到物体的质量和物体的速度两个因素，不能只考虑其中的一个方面。例如:一颗子弹的速度大于火车的速度，并不能说明子弹的动能就一定比火车的动能大，因为子弹的质量比火车的质量小得多；也不能因为火车的质量比子弹的质量大得多，就认为火车的动能就一定比子弹的动能大，因为火车的速度比子弹小得多。
二、势能
（一）重力势能
(1)定义:物体由于被举高而具有的能量叫做重力势能。
判断一个物体是否具有重力势能，关键是看此物体相对某一个平面有没有被举高，即相对此平面有没有一定的高度。 若有，则物体具有重力势能；若没有，则物体不具有重力势能。
(2)探究影响重力势能大小的因素的实验
实验原理 金属小球的重力势能由被金属小球所撞出的沙坑的深度和大小来表示，撞出的沙坑越深越大，表明金属小球的重力势能越大
实验过程 a.探究重力势能与高度的关系:从不同高度自由释放同一金属小球，观察并记录金属小球所撞出沙坑的深度和大小；b.探究重力势能与质量的关系:从同一高度自由释放质量不同的金属小球，观察并记录金属小球所撞出沙坑的深度和大小
实验现象 a.同一个金属小球，下落高度越高，金属小球所撞出的沙坑越深越大；b.下落相同的高度，质量越大的金属小球撞出的沙坑越深越大
分析现象得出结论 a.在质量相同时，物体被举得越高，它具有的重力势能越大；b.物体被举高的高度相同，物体的质量越大，它具有的重力势能就越大
(3)物体的重力势能大小与物体的质量和被举高的高度有关。物体的质量越大，被举得越高，它具有的重力势能就越大。
（二）弹性势能
(1)定义:物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能。例如，张开的弓、拉长的橡皮条、卷紧的钟表发条、压弯的杆等都是由于发生形生弹性形变而具有了弹性势能。判断一个物体是否具有弹性势能，关键是看物体是否发生了弹性形变，若物体发生了弹性形变，则此物体具有弹性势能。
(2)影响弹性势能大小的因素:弹性势能的大小与物体弹性形变的大小有关。物体的弹性形变越大，弹性势能就越大。例如，射箭时手拉弓弦使弓的弹性形变越大，弹性势能就越大，箭就射得越远。同样，机械表内发条卷得越紧，弹性形变越大，弹性势能就越大，机械表走动的时间就越长。
例1、质量较大的鸽子与质量较小的燕子在空中飞行，如果它们的重力势能相等，那么（　　）
A．燕子比鸽子飞得快 B．燕子比鸽子飞得高
C．鸽子比燕子飞得快 D．鸽子比燕子飞得高
例2、“轰-6N”国产新型远程战略轰炸机，可以在空中水平匀速直线飞行的过程中给战斗机进行空中加油。在加油过程中，“轰-6N”的动能和势能变化情况为( )
A.动能不变，重力势能不变B.动能减少，重力势能增加
C.动能不变，重力势能增加D.动能减少，重力势能减少
例3、如图所示，在探究“物体的动能跟哪些因素有关“的实验中，让质量相同的钢球从斜面的不同高度由静止释放，撞击同一木块，比较木块被推动的距离。该实验是研究( )。
A.动能的大小与高度的关系 B.动能的大小与质量的关系
C.动能的大小与速度的关系 D.动能的大小与距离的关系
例4、小衢在操场上将一篮球抛出，篮球被抛出后的运动轨迹如图所示，a、c两点处于同一高度。则下列判断中正确的是（　　）
A．皮球在b点时的机械能最大 B．皮球在a、c两点时动能相等
C．皮球由a到b时，动能逐渐增大 D．皮球由c到d时，机械能一直减小
例5、2020年12月，”嫦娥5号”探测器从月球上采样并顺利返回地球，如图所示为返回的两种返回技术示意图。下列分析正确的是（　　）
A．采用“跳跃式返回”可使返回器的机械能转化为内能更多
B．用“跳跃式返回”可使返回器与大气摩擦通过的距离更短
C．采用“直接进入返回”可使返回器着陆前的速度更小
D．采用“直接进入返回”可使返回器着陆前具有的机械能更小
例6、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）由静止开始滚下，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，来判断钢球动能的大小，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）通过甲乙丙实验分析可得结论 　 　。
（3）另一同学用图丁、戊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（h1＞h2）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 　 　的。（选填“正确”或“错误”）
1.如图，甲、乙、丙是完全相同的小球，处于同一水平面上。甲以速度v竖直上抛，乙以与水平面成θ角、大小也是v的速度斜向右上抛出，丙球沿倾角为θ的足够长斜面以速度v上滑。上述运动过程中均不计空气阻力和一切摩擦，比较达到最高点时小球具有的动能和重力势能，正确的是（　　）
A．动能：E甲＝E丙＜E乙 B．动能：E甲＝E乙＝E丙
C．重力势能：E甲＝E丙＜E乙 D．重力势能：E甲＝E乙＝E丙
2．如图是一个光滑的轨道。某只小球从轨道的O点出发，由静止开始下滑，小球始终没有离开轨道，你认为小球最远可以运动到（ ）
A．a点 B．b点 C．c点 D．d点
3.如图表示跳水运动员从入水到露出水面的过程，下列说法错误的是（　　）
A．①→③阶段运动员的重力势能减小
B．③→⑤阶段运动员的重力势能增大
C．①→⑤阶段运动员的机械能不守恒
D．③处时运动员的动能为零
4.小乐用可乐瓶制作水火箭，先在瓶里装适量水，然后将带有阀门的金属管插入瓶塞，旋紧瓶塞后用打气筒往瓶里打足气，如图甲所示；打开阀门后，水从尾部的金属管向下喷出，水火箭竖直向上飞向空中，如图乙所示。下列分析正确的是（　　）
A．上升过程中，喷出的水对水火箭有向下的推力
B．上升过程中，水火箭瓶内气体的内能减少
C．上升过程中，水火箭的重力势能转化为动能
D．下降过程中，水火箭的机械能逐渐增大
5．在探究动能大小与哪些因素有关的实验中，小金设计了如图实验。实验中让钢球从斜面上某个高度由静止沿斜面滚下，在底部与静止在水平面上的木块发生碰撞，木块沿水平方向向右运动直至停止。
（1）该实验中的研究对象是 　 　。
（2）在图甲、乙中，h2＞h1，小球下滑到斜面底端时的速度v2＞v1，若s2＞s1，则表明物体的动能与速度的关系是 　 　。
（3）小金又利用丁图来研究动能和势能相互转化，图中两个相同的光滑弧形槽，一个为凸形，一个为凹形，A、B两个相同的钢球分别进入两弧形槽的速度都为v，运动到槽的末端速度也都为v，A小球通过凸形槽的时间为t1，B小球通过凹形槽的时间为t2，则t1
　 　t2（填“＜”、“＝”、“＞”）。
1.如图所示为某市轻轨车站的设计方案，与站台连接的轨道有一个小坡度，这样能有效地提高能量的利用率，对此，下面有关说法正确的是（　　）
A．列车进站过程动能减小，势能减小
B．列车进站过程动能增大，势能增大
C．列车出站过程动能减小，势能增大
D．列车出站过程动能增大，势能减小
2.如图所示是杭州市体育中考时小郑同学掷出的实心球运动的情景，下列说法正确的是（　　）
A．实心球从a点运动到b点的运动过程中，惯性越来越小
B．实心球在最高点b时，只受重力的作用，速度为零
C．实心球从b点运动到c点的过程中，重力势能转化为动能
D．实心球在落地点c时，机械能为零
3．电梯是人们日常经常乘坐的设备。如图所示是两个人乘坐电梯竖直上楼过程的示意图。该人乘坐电梯上楼一般经过三个过程：先由某一楼层从静止开始变速上升、达到某一速度后再匀速上升，最后再变速上升到另一楼层静止。则关于该人乘坐电梯上楼的过程中，下列说法正确的是（　　）
A．在匀速上升过程中，电梯中人的机械能是不变的
B．虽然电梯在上升，但电梯中两个人是相对静止的
C．在刚开始的变速上升过程中，电梯中的人处于平衡状态
D．在匀速上升过程中，电梯中某个人受到的重力和轿厢地面给他的支持力是一对相互作用力
4．如图所示是运动员在进行水上表演时的情景，下列说法正确的是（　　）
A．运动员匀速飞上空中机械能保持不变
B．运动员匀速下落过程中，水对人的作用力小于人对水的作用力
C．运动员停在最高点时受到的惯性最大
D．运动员沿斜向上做匀速直线运动过程中，受平衡力
5．如图是皮球落地后弹起过程中，每隔相同时间曝光一次所拍摄的照片。
（1）皮球离开地面上升的过程中，重力势能__________（填“增大”、“减小”或“不变”，下同），机械能__________。
（2）A、B两点等高，A点的速度__________B点的速度（填“大于”、“小于”或“等于”）。
6．某物理实验小组在探究“影响重力势能大小的因素”时，提出了如下猜想：
猜想一：重力势能的大小可能与物体的质量有关；
猜想二：重力势能的大小可能与物体所在的高度有关；
猜想三：重力势能的大小可能与物体的体积有关。
实验中用到的小球，A、B、C球体积均为V，D球体积为2V，A、C、D球质量均为m，B球质量为2m。实验时均让小球从图中高度自由下落，记录小球下降到最低点时弹簧的长度，所用实验装置如图所示。请你根据图中实验情景完成下列问题：
（1）为验证猜想一，可以通过比较 　 　两球的实验。
（2）通过本实验可知，猜想 　 　是正确的。
（3）小科认为利用这套实验装置，还可以探究影响动能大小的因素，比如通过比较A、C两球实验，可以探究 　 　对动能大小的影响。
答案及解析
例1、B
解：质量较大的鸽子与质量较小的燕子在空中飞行，如果它们的重力势能相等，质量大的鸽子飞得低，质量较小的燕子飞得高。
故选：B。
例2、D
【解析】动能与质量和速度有关，重力势能与质量和高度有关，据此分析判断。
在加油过程中，“轰-6N”的速度不变质量减小，那么动能减小；“轰-6N”的高度不变质量减小，那么重力势能减小，故D正确，而A、B、C错误。、
例3、C
【解析】根据图片确定实验中哪个因素相同，哪个因素不同即可。
【解答】在实验中，小球的质量相同，它从斜面上的不同高度释放，那么到达水平面时的速度不同，通过木块被推动的距离可以判断小球动能的大小，则该实验探究动能的大小与速度的关系，故C正确，而A、B、D错误。
例4、D
【解析】
A．由图可知，篮球弹起的高度逐渐减小，这说明运动过程中有机械能的损失，且运动时间越长，机械能损失越多，因为a点在b点前面，所以a点的机械能最大，故A错误；
B．c点在a点后面，所以c点的机械能小于a点，a、c两点高度相同，则重力势能相同。根据机械能等于动能和重力势能之和可知，c点的动能小于a点，故B错误；
C．篮球从a到b时，质量不变，速度逐渐减小，则动能逐渐减小，故C错误；
D．篮球由c到d时，会克服空气阻力做功，机械能一直减小，故D正确。
例5、A
解：A、采用“跳跃式返回”与“直接进入返回”相比，返回器与空气摩擦做功更多，机械能更多地转化为内能，机械能更小，故A正确；
B、用“跳式返回”可使返回器借助大气层提供的升力跃出大气层，再借助大气层提供的升力跃出大气层，故B错误；
CD、“跳跃式返回”在首次进入、穿出大气层的过程中，与空气摩擦做功，机械能更多地转化为内能，机械能更小，所以返回器再次进入大气层直至着陆时的速度更小，故CD错误。
故选：A。
例6、解：（1）实验中通过观察木块B移动的距离长短，来判断小球动能的大小，这里用到的物理学研究问题的方法是转换法；
若水平面绝对光滑，则木块运动时不受摩擦力作用，撞击后将保持匀速直线运动，不能通过木块移动的距离长短来判断小球动能的大小，所以本实验将不能达到探究目的。
（2）甲、乙两图中小球的质量一定，初始高度不同，到达水平面的时的速度不同，对木块做功多少不同，速度越小，动能越小，故可以得出结论：在质量一定时，速度越大，动能越大；
乙、丙两图中小球的速度一定，质量不同，质量越大，推动木块移动的距离越远，动能越大，故可以得出结论：在速度一定时，质量越大，动能越大；
由此可知，动能的大小于质量、速度有关。
（3）图中所示的方法探究动能的大小与速度的关系，应改变小球撞击木块前的速度，控制其它因素相同，而实验中没有控制水平面的粗糙程度相同，故错误的。
故答案为：（1）不能；（2）动能的大小于质量、速度有关；（3）错误。
1.A
解：开始时，甲、乙、丙是完全相同的小球，质量相同，速度相同，则动能大小相同；高度为0，所以三个小球的重力势能都为0；
甲、乙、丙三个小球都到达最高点时，小球的质量不变，甲、丙小球在最高点时的速度为0，小球的动能全部转化为重力势能，所以甲、丙小球的重力势能是相同的；乙小球在最高点时在水平方向上具有一定的速度，具有一定的动能，所以此时乙小球的重力势能小于甲、丙小球的重力势能，故A正确、BCD错误。
故选：A。
2．C
【解析】
实验中，由于轨道是光滑的，没有摩擦力，所以小球的机械能守恒。故小球从O点由静止释放，始终没有离开轨道，最远可以滚到与O点等高的c点。
3.D
解：
A、①→③阶段运动员的质量不变，高度变小，重力势能减小，故A正确；
B、③→⑤阶段运动员的质量不变，高度变大，重力势能增大，故B正确；
C、①→⑤阶段运动员由于克服阻力做功，所以运动员的机械能不守恒，故C正确；
D、③处时运动员的速度不为零，动能不为零，故D错误。
故选：D。
4.B
【解析】
A．物体间力的作用是相互的，上升过程中，水火箭向下喷水，对水施加向下的推力，同时水对水火箭产生向上的推力，故A错误；
B．上升过程中，水火箭内的气体推动水向下做功，则气体的内能减小，故B正确；
C．上升过程中，水火箭的高度增大，重力势能增大；速度增大，则动能增大，因此它的动能不是由重力势能转化而来，故C错误；
D.下降过程中，水火箭的机械能会不断转化为空气的内能，因此机械能逐渐减小，故D错误。
5．解：（1）据题意可知，实验中探究小球的动能，即小球撞击木块时的动能的大小；
（2）在图甲、乙中，小球的质量相同，从斜面下滑的高度不相同，h2＞h1，高度越高，到达水平面时的速度越大，v2＞v1；实验中通过木块移动的距离来反映动能的大小，距离越大，动能越大，若s2＞s1，则乙实验中小球的动能大小，所以物体的动能与速度的关系是：在质量不变时，速度越大，动能越大；
（3）在凸形滑道运动的物体，在运动到最高点的过程中，要将动能转化为重力势能，运动速度小于初速度；在下落过程中不计滑道的摩擦，机械能守恒，重力势能再全部转化为动能，速度等于初速度；
在凹形滑道运动的物体，在运动到最低点的过程中，要将重力势能转化为动能，运动速度大于初速度；在上升过程中不计滑道的摩擦，机械能守恒，动能再全部转化为重力势能，速度等于初速度；
因此在凸形滑道运动物体的平均速度小于在凹形滑道运动物体的速度，由t可知，通过A滑道用的时间为t1大于通过B滑道用的时间为t2。
故答案为：（1）小球；（2）在质量不变时，速度越大，动能越大；（3）＞。
1.D
解：
由题意可知，列车进站时，是由低处向高处运动，高度增大，速度减小，列车的动能转化成重力势能；
列车出站时，是由高处向低处运动，高度减小，速度增大，重力势能又转化成了动能。
所以ABC错误，D正确。
故选：D。
2.C
解：A、惯性大小只跟物体的质量大小有关，实心球从a点运动到b点的运动过程中质量不变，故惯性不变，故A错误；
B、实心球在b点时，不再受到推力的作用，受到重力和空气阻力的作用。故B错误；
C、实心球从b点运动到c点的过程中，质量不变，高度降低，重力势能变小，同时速度变大，动能变大，故重力势能转化为动能，故C正确；
D、实心球在落地点c时，有一定速度，动能不为零，则机械能不为零，故D错误。
故选：C。
3．B
【解析】
A．在匀速上升过程中，电梯中人质量不变，速度不变，动能不变，高度变大，重力势能变大，机械能变大，故A错误；
B．电梯在上升，电梯中两个人之间的位置没有改变，他们是相对静止的，故B正确；
C．在刚开始的变速上升过程中，电梯中的人的速度改变，人处于非平衡状态，故C错误；
D．在匀速上升过程中，电梯中某个人受到的重力和轿厢地面给他的支持力大小相等、方向相反、作用在同一直线上、作用在同一物体上，是一对平衡力，故D错误。
4．D
【解析】
A．运动员匀速飞上空中的过程中，质量不变，速度不变，动能不变；高度增加，人的重力势能增大，机械能增大，故A错误；
B．运动员匀速下落过程中，水对人的作用力与人对水的作用力是一对相互作用力，大小相等，故B错误；
C．惯性与质量有关，运动员停在最高点时，质量不变，惯性不变，故C错误；
D．运动员沿斜向上做匀速直线运动过程中，运动员处于平衡状态，运动员受平衡力作用，故D正确。
5． 增大 减小 大于
【解析】
（1）由图可知，皮球离开地面上升的过程中，质量不变，高度上升，重力势能增大；皮球弹起后高度逐渐降低，说明球在落地、弹起的过程中克服阻力做功消耗了一部分机械能，所以机械能逐渐减小。
（2）A点和B点的高度相等，重力势能相同，A点的机械能大于B点的机械能，所以A点的动能大于B点的动能，A点的速度大于B点的速度。
6．解：（1）实验中研究物体的重力势能与物体的质量关系时，需要保持下落高度相同，改变物体质量，A、B两球下落高度相同，B球质量大于A球质量，故可验证猜想一；
（2）弹簧的形变程度反映了小球具有的重力势能的大小，比较A、B两球，下落高度相同，B球质量大于A球质量，发现B球处弹簧形变较大，说明猜想一正确，
比较A、C两球，两球质量相同，C球下落高度大于A球，发现C球处弹簧形变较大，说明猜想二正确；
（3）影响动能的因素是物体的质量和速度，研究物体的动能与速度的大小，需保持物体的质量不变，改变物体是速度，比较A、C两球，两球质量相同，C球下落高度大于A球，则两球速度不同，故可探究速度对动能大小的影响。
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