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第1课 机械能
第十二章 机械能
1
目录
02
03
04
新课导入
课堂讲解
课堂总结
05
归类练习
01
学习目标
2
学习目标
1.知道能量和动能的概念；
2.知道什么是重力势能和弹性势能；
3.理解影响物体动能大小的因素；
4.理解影响物体重力势能大小的因素；
5.知道影响弹性势能大小的因素；
6.会利用机械能概念分析生活中的现象。
3
新课导入
观察与思考
穿甲弹能穿透十层钢板
巨大的水流能带动轮机发电
飞鸟撞击有时会机毁人亡
1.穿甲弹飞行速度越快，穿透钢板越多；
2.水的流速越大发出的电越多；
3.小鸟撞击飞机时速度越快，飞机损坏越严重。
穿甲弹、流动的水、小鸟都对物体做了功，我们说这些物体具有“能量”。它们的速度越大，能量越高。
上面现象是由于物体运动而具有的能量，我们称之为动能；物体的动能具有哪些特点呢？
3
新课导入
观察与思考
例子：高山上的石头、举高的铁锤、从高楼扔下的物体……
物体由于被举高而具有的能量，叫重力势能。
打桩机工作时，高高举起的重锤落下时，可以把桩打入地里，重锤对桩做了功。
这说明高处的重锤具有能量。
当心吊物　　　　 当心落物　　 必须戴安全帽
4
课堂讲解
一、动能
能量
1
1.湍急的流水能推动水车
2.高速运动的子弹能击穿靶体
3.飓风能吹倒大树
4.泥石流摧毁房屋……
4
课堂讲解
一、动能
能量
1
流水、子弹、飓风、泥石流都做了功。
物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量，简称能。
一个物体能够做的功越多，表示这个物体的能量越大。
能量的单位与功的单位相同，也是焦耳（J）。
4
课堂讲解
一、动能
动能
2
物体由于运动而具有的能量。
吹动的柳枝具有动能
转动的风车具有动能
转动的水轮具有动能
请大家举出生活中利用动能的例子
动能
师生互动
一切运动的物体都具有动能。
4
课堂讲解
一、动能
动能
2
物体动能的大小跟哪些因素有关呢？
提出问题
表明保龄球具有能量。
4
课堂讲解
一、动能
探究影响物体动能大小的因素
3
实验猜想
子弹的速度越大，做功越多
一、子弹的速度越大，杀伤力越大，我们猜想动能大小可能与物体运动速度有关；
锤头的质量越大，做功越多
二、锤头的质量越大，越容易把石头击碎，我们猜想动能大小可能与物体的质量有关
4
课堂讲解
一、动能
探究影响物体动能大小的因素
3
实验设计
B被推得越远，A对B做的功就越多，A的动能也就越大。
钢球从高为h的斜槽上滚下，在水平面上运动。运动的钢球A碰上物体B后，能将B推动一段距离。
4
课堂讲解
一、动能
探究影响物体动能大小的因素
3
实验方法
一、控制变量法
在探究动能大小可能与物体运动速度、物体质量有关时，每次实验这两个变量只能变化一个。
（1）探究动能大小与速度关系时，控制质量不变，改变速度的方法：
同一小球从不同高度滚下。
（2）探究动能大小与质量关系时，控制速度不变，改变质量的方法：
质量不同的小球从同一高度滚下。
4
课堂讲解
一、动能
探究影响物体动能大小的因素
3
实验方法
二、转换法
通过被撞物体运动的距离s来反映动能的大小
动能较大
动能较小
4
课堂讲解
一、动能
探究影响物体动能大小的因素
3
实验过程
操作：让同一小球从不同高度自由滚下
一、探究动能大小与速度的关系
4
课堂讲解
一、动能
探究影响物体动能大小的因素
3
实验过程
一、探究动能大小与速度的关系
实验表格
实验序号 到达水面的速度/(m/s) 小球质量/kg 木块被推出的距离/m
1
2
3
…
4
课堂讲解
一、动能
探究影响物体动能大小的因素
3
实验过程
现象：第一次木块B被撞移动的距离较远。
一、探究动能大小与速度的关系
现象分析：同一小球从高处自由滚下，高度h 越高，运动到水平面时的速度越大，做功越多，动能越大。
实验结论：质量相同时，物体的速度越大，动能越大。
4
课堂讲解
一、动能
探究影响物体动能大小的因素
3
实验过程
一、探究动能大小与速度的关系
4
课堂讲解
一、动能
探究影响物体动能大小的因素
3
实验过程
操作：质量不等的小球从同一高度滚下
二、探究动能大小与质量的关系
4
课堂讲解
一、动能
探究影响物体动能大小的因素
3
实验过程
二、探究动能大小与质量的关系
实验序号 小球释放的高度/m 到达水平面速度/(m/s) 木块被推出的距离/m
1
2
3
…
步骤二实验表格
4
课堂讲解
一、动能
探究影响物体动能大小的因素
3
实验过程
现象：第一次木块B被撞移动的距离较远。
二、探究动能大小与质量的关系
现象分析：质量不同的小球从从同一高度滑下，运动到水平面时的速度相等，质量越大的球做功越多，动能越大。
实验结论：速度相同时，物体的质量越大，动能越大。
4
课堂讲解
一、动能
探究影响物体动能大小的因素
3
实验过程
二、探究动能大小与质量的关系
4
课堂讲解
一、动能
探究影响物体动能大小的因素
3
实验结论
物体动能的大小跟速度、质量有关。
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。
4
课堂讲解
一、动能
探究影响物体动能大小的因素
3
师生互动
提出问题：1.为什么要对机动车的行驶速度进行限制？
2.为什么在同样的道路，对不同的车型限制的车速不一样？
（1）同一物体，速度越大，动能越大，危险性越大。
（2）车型不同，车的质量大小就不同。如果车的速度相同，质量越大，动能就越大，危险性就越大。所以，大客车的限速要比小轿车的限速低。
4
课堂讲解
一、动能
随讲随练
5
1.下列关于功和能的关系的说法中，正确的是（ ）。
A. 一个物体没有做功，它一定不具有能量；
B. 一个物体能够做的功越多，其动能一定越大；
C. 一个物体具有能量，说明它正在做功；
D. 一个物体能够做功，说明它具有能量
【解析】A、一个物体没有做功，可能具有能量。例如：静止在高处的苹果具有重力势能。此选项错误；
B、物体能够做功，表示这个物体具有能量，能够做功越多，说明该物体具有的能量就越大，并不一定是动能越大，也有可能是重力势能，或其他形式的能。此选项错误；
C、一个物体具有能量，说明它具有做功本领，但物体不一定做功。此选项错误；
D、一个物体能够做功，具有做功的本领，说明它一定具有能。此选项正确。 故选：D。
D　
4
课堂讲解
一、动能
随讲随练
5
2.判断下列物体动能的变化情况：
①一辆汽车加速运动，它的动能 。
②火车进站时做减速运动，它的动能 ；停止后，它的动能等于 。
③一辆洒水车在马路上匀速前进并洒水，它的动能 。
④汽车空载和满载时以相同速度前进： 时动能大。
⑤某同学慢跑和快跑： 时动能大。
【解析】根据影响动能大小的因素判断：
物体动能的大小跟速度、质量有关，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。
变大　
减小　
0　
减小　
满载　
快跑　
4
课堂讲解
一、动能
随讲随练
5
3.兴趣小组的同学认为车祸的危害程度与汽车的动能大小有关，于是他们进行了如下探究：
【提出问题】汽车的动能大小跟什么因素有关？
【猜想假设】由“十次车祸九次快”可猜想：汽车的动能可能跟 ______ 有关；由“安全驾驶莫超载”可猜想：汽车的动能可能跟 ______ 有关。
【进行实验】他们做了如图所示的三次实验：用金属球模拟汽车，让金属球从斜槽的某一高度由静止开始滚下，碰到水平面上的物块，将物块撞出一段距离。物块被撞击得越远，说明金属球到达水平面时的动能就越 ______ 。
【分析论证】分析甲、丙两图的实验现象，
可以初步得到的结论是：______ 。
【实践应用】用甲、乙两图的实验现象所得到的结论，可以解释汽车 ______（选填“超载”或“超速”）行驶时危险性大的原因。
速度　
质量　
大　
超载　
质量一定时，物体的速度越大，动能越大　
4
课堂讲解
一、动能
随讲随练
5
【解析】 “十次车祸九次快”指的是汽车的动能与速度有关，“安全驾驶莫超载”指的是汽车的动能与质量有关；
物块被撞击得越远，说明物块在水平面做的功越多，那么金属球到达水平面时的动能就越大。
分析甲、丙两图可知，此时物体的质量相等，到达水平面的速度不同，甲图小球到达水平面的速度越大，物体被撞击得更远，说明质量一定时，物体的速度越大，动能越大。
分析甲、乙两图可知，此时物体的质量不相等，初始速度相同，甲图小球的质量越大，物体被撞击得更远，可以解释汽车超载行驶时危险性大的原因。
物体的动能跟物体的速度和质量有关，在实验过程中，通过观察物体被小球撞击的距离来判断小球动能的大小。
4
课堂讲解
二、势能
重力势能
1
例子：高山上的石头、举高的铁锤、从高楼扔下的物体……
物体由于被举高而具有的能量，叫重力势能。
打桩机工作时，高高举起的重锤落下时，可以把桩打入地里，重锤对桩做了功。
这说明高处的重锤具有能量。
提出问题
影响重力势能大小的因素有哪些？
4
课堂讲解
二、势能
探究影响重力势能大小的因素
2
实验猜想
一、打夯机的质量越大，做功本领越强，我们猜想重力势能的大小可能与物体质量有关；
二、打夯机离开地面的高度越高，做功本领越强，我们猜想重力势能大小可能与物体的高度有关
4
课堂讲解
二、势能
探究影响重力势能大小的因素
2
实验设计
如图所示，让物体由某一高度从静止下落到小桌面上，观察桌腿在沙坑下陷的深度。深度越大，物体做功越多，重力势能就越大。
4
课堂讲解
二、势能
探究影响重力势能大小的因素
2
实验方法
实验过程
操作：让质量不同的物体分别从同一高度由静止开始下落，观察桌腿在沙坑下陷的深度。
一、探究重力势能大小与质量的关系
实验现象与分析：质量不同的物体从同一高度下落时，质量越大，桌腿在沙坑下陷的深度越大。表明所具有的重力势能越大。
实验结论：高度相同时，物体的质量越大，重力势能越大。
4
课堂讲解
二、势能
探究影响重力势能大小的因素
2
实验过程
操作：让同一物体分别从不同的高度由静止开始下落，观察桌腿在沙坑下陷的深度。
二、探究重力势能的大小与物体高度的关系
实验现象与分析：同一物体从比较高的位置下落时，桌腿在沙坑下陷的深度越大。表明物体所具有的重力势能越大。
实验结论：质量相等的物体，高度越高，重力势能越大。
4
课堂讲解
二、势能
探究影响重力势能大小的因素
2
师生互动
在建筑工地上，常常看到以下的指示牌，知道这些安全警示牌表示什么含义？
防止高空物体的下落，可见高空坠物非常危险，为什么会危险呢？
因为处于高空的物体具有很大的重力势能，一旦下落后，做的功也多，对人的伤害更大。
当心吊物　　　　 当心落物　　 必须戴安全帽
4
课堂讲解
二、势能
弹性势能
3
上紧的发条
被压弯的跳板
被拉弯的弓
物体由于发生弹性形变而具有的能量，叫弹性势能。
发生形变的物体在恢复形变时可以做功，它们也具有能量。
4
课堂讲解
二、势能
弹性势能
3
物体的弹性形变越大。同一物体，它具有的弹性势能就越大。
如图所示，在射箭比赛中，会发现弓的形变程度越大，箭射得越远。表明弓具有的弹性势能越大。可见弓的弹性势能与弹性形变程度有关。
4
课堂讲解
二、势能
动能和势能的比较
4
异同点 动能 势能 重力势能 弹性势能
形成原因 物体由于运动而具有的能量 物体由于被举高而具有的能量 物体由于发生弹性形变而具有的能量
相同点 都是能量的一种具体形式,都具有做功的本领
决定因素 质量和速度 　质量和高度　 弹性形变程度、材料
4
课堂讲解
二、势能
随讲随练
5
1.新冠病毒疫情防控期间，许多城市的环卫喷雾洒水车变身成消毒杀菌车，对道路喷洒消毒药水。在此过程中，消毒杀菌车在水平地面上匀速运动，则消毒杀菌车整体的（ ）。
A．动能不变，重力势能变小 B．动能变小，重力势能变小
C．动能不变，重力势能不变 D．动能变小，重力势能不变
【解析】消毒杀菌车对主次干道喷酒消毒药水，车的质量减小，速度不变，动能减小；
高度不变，质量变小，重力势能变小。
故选B。
B
4
课堂讲解
二、势能
随讲随练
5
2.如图跳水运动员跳水过程中，被压弯的跳板具有___________，而将运动员弹起一定的高度，此时运动员具有___________，跳入水中而溅起水花。
【解析】[1]压弯的跳板发生了弹性形变，且它能把运动员弹起，则说明被压弯的跳板具有弹性势能。
[2]重力势能的大小与质量和高度有关，当运动员弹起一定的高度时，运动员具有重力势能。
弹性势能
重力势能
4
课堂讲解
二、势能
随讲随练
5
3.某同学在体育活动中，从铅球下落陷入沙坑的深度情况猜想到：物体的重力势能可能与物体的质量、下落高度和运动路径有关。于是设计了如图所示的实验：用大小、形状相同的A、B、C、D四个铅球，其中A、C、D三球的质量为m，B求质量为2m，让A、B两球从距沙表面高H静止下落，C球从距沙表面高2H静止下落，D球从距沙表面高2H的光滑弯曲管道上端静止滑入，最后从管道下端竖直地落下（球在光滑管道中运动的能量损失不计）实验测得A、B两球陷入沙深度
分 别为h1和h2，C、D两球陷入沙深度均为h3，
且h14
课堂讲解
二、势能
随讲随练
5
（1）本实验中，铅球的重力势能大小是通过 ______ 来反映的；
（2）比较A、B两球，发现B球陷入沙深度更大，由此可得出结：当下落高度一定时， ______ ；
（3）比较 ______ 两球，发现C球陷入沙深度更大，由此可得出结论：当物体质量相同时，下落的高度越高，物体的重力势能越大；
（4）比较C、D两球，发现两球运动的路径不同，但陷入沙深度相同，由此可得出结论：物体的重力势能与物体运动的路径 ______ （选填：“有关”或“无关”）。
（5）小球在下列过程陷入沙面前，将重力势能转化为动能，陷入沙中后到小球静止过程中，将机械能转化为 ______ 能。
4
课堂讲解
二、势能
随讲随练
5
【解析】（1）本实验中，铅球的重力势能大小是通过球陷入沙中的深度来反映；
（2）比较A、B两球，下落高度和运动路径相同，B球质量大于A球质量，发现B球陷入沙深度更大，由此可得出结论：当下落高度一定时，物体的质量越大，重力势能越大；
（3）比较A、C两球，C球陷入沙深度更大，比较知，C球下落的高度最大，要研究重力势能与高度的关系，需要保持球的质量一定，所以选择的是A、C两球；
（4）比较C、D两球，两球的质量相同，下落高度也相同，两球的运动路径不同，发现两球运动的路径不同，但陷入沙深度相同，由此可得出结论：物体的重力势能与物体运动的路径无关；
（5）球在下落过程中，高度减小，速度增大，所以将重力势能转化为动能；当球陷入沙中，与沙子摩擦，最终静止，将机械能转化为内能。
故答案为：（1）球陷入沙中的深度；（2）量越大，重力势能越大；（3）A、C；（4）无关；（5）内。
4
课堂讲解
三、机械能
机械能
1
动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。
机械能
动能
物体由于运动而具有的能
势能
物体由于被举高而具有的能
物体由于发生弹性形变而具有的能
一个物体可以既有动能，又有势能。如飞行中的飞机因为它在运动而具有动能，又因为它处于高空而具有重力势能，把这两种能量加在一起，就是它的总机械能。
重力势能
弹性势能
4
课堂讲解
三、机械能
常见物体的机械能
2
高空飞行的鸟具有重力势能和动能
高空跳伞运动员具有重力势能和动能
被压弯的跳板具有弹性势能
蹦极爱好者下降过程中具有动能、重力势能和弹性势能
蹦床运动中有动能、重力势能和弹性势能
4
课堂讲解
三、机械能
常见物体的机械能
2
从前面的学习，我们可以认识到能量是跟做功有密切联系的概念，能量反映了物体具有做功的本领，能量的大小可以用能够做功的多少来衡量。因此，动能、势能和机械能的单位跟功的单位相同，也是焦耳（J）。
一个空中飞行的物体具有80J的机械能，若它的重力势能为50J，则它的动能为______J；
30
5
课堂讲解
自我评价
1. 请你从能量的角度解释，为什么骑自行车时速度不能太快
【解析】
质量一定时，自行车速度越大动能越大，刹车时（克服阻力）做功多；
根据公式W=Fs可知，在刹车阻力相同时，刹车需要的距离就越长，车越不容易停下来，易发生危险，所以骑车不能太快。
5
课堂讲解
自我评价
2. 请你判断下列物体具有哪种形式的能量:
(1)在水平公路上行驶的汽车;
(2)悬挂在天花板上的吊灯;
(3)在空中飞行的飞机；
(4)被拉开的弹弓。
【解析】（1）汽车在运动，具有动能。
（2）吊灯在高处，具有重力势能。
（3）“在空中”“飞行”分别说明飞机具有重力势能和动能。
（4）拉开的弹弓发生了弹性形变，具有弹性势能。
5
课堂讲解
自我评价
3. 阅读图11.3的剪报。用物理知识解释：为什么此时的馒头能把人砸伤
【解析】扔出的馒头由于具有惯性，与火车运动的速度相同，速度越大，动能越大，所以能把人砸伤。
5
课堂讲解
自我评价
4. 物体的质量和它的速度都能影响物体的动能。请你研究本节小资料“一些物体的动能”提供的数据，质量与速度相比，哪个因素对物体的动能影响更大
【解析】从一些资料可以看知：行走的牛，尽管质量很大，约是子弹的105倍，但速度较慢，动能并不大；飞行的子弹，尽管质量不大，但速度很大，约是牛的103倍。
可见速度对动能的影响比质量对动能的影响要大。
5
课堂讲解
自我评价
5. 拦河大坝使上游的水位升高，提高水的重力势能。水从大坝的上游流下时冲击水轮机发电，水的势能最终转化为电能。
瑞士的大笛克桑斯大坝高285m，我国葛洲坝水电站的拦河坝高70m。有人说前者水的重力势能比后者的大，能够这样简单地得出结论吗 为什么
【解析】水库中水的重力势能大小与水的质量和高度有关，虽然大笛克桑斯大坝比葛洲坝拦河坝高，但我们并不知道水库中水量的多少，所以不能简单地得出结论。
6
课堂总结
思维导图
7
归类练习
类型一：功和能的关系
下列关于功和能的关系的说法中，正确的是（ ）。
A. 一个物体没有做功，它一定不具有能量；
B. 一个物体能够做的功越多，其动能一定越大；
C. 一个物体具有能量，说明它正在做功；
D. 一个物体能够做功，说明它具有能量
7
归类练习
类型一：功和能的关系
【解析】A、一个物体没有做功，可能具有能量。例如：静止在高处的苹果具有重力势能。此选项错误；
B、物体能够做功，表示这个物体具有能量，能够做功越多，说明该物体具有的能量就越大，并不一定是动能越大，也有可能是重力势能，或其他形式的能。此选项错误；C、一个物体具有能量，说明它具有做功本领，但物体不一定做功。此选项错误；
D、一个物体能够做功，具有做功的本领，说明它一定具有能。此选项正确。
故选：D。
7
归类练习
类型二：动能和势能的大小
一个实心小球从高处竖直下落到地面的过程中，下列叙述中正确的是（ ）。
A. 小球的动能增大，重力势能减小；
B. 小球的动能减小，重力势能增大；
C. 小球的动能不变，重力势能减小；
D. 小球的动能增大，重力势能不变
【解析】 一个实心小球从高处竖直下落到地面的过程中，质量不变，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。故A正确，BCD错误。
故选：A。
7
归类练习
类型三：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，选用质量不同两个钢球m和2m，分别不从同的高度h和2h由静止开始放下，观察木块被撞击后移动的距离。实验过程如图所示。
（1）小明通过观察______来判断小球动能的大小，他利用的研究方法是______（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）由甲、乙两图可得实验结论：物体的动能大小与______有关；
（3）小明由乙、丙两图得出实验结论：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：______。
7
归类练习
类型三：探究影响动能大小的因素
【解析】（1）实验中通过观察木块移动的距离长短，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，故可以得出结论为，质量一定时物体的动能大小与速度有关。
（3）因为要探究动能与质量的关系，需要保证小球的速度不变，乙、丙两图中小球下落的高度不同，则到达水平面的速度不同，故不能得出动能大小与质量的关系。
【答案】木块移动的距离；转换法；不能；速度；错误；没有控制小球到达水平面时的速度相同。
7
归类练习
类型四：探究影响重力势能大小的因素
用“模拟打桩”来探究物体重力势能的大小与哪些因素有关，物体的质量m1=m37
归类练习
类型四：探究影响重力势能大小的因素
【解析】[1]物体下落过程中，物体的重力势能转化为动能，物体的重力势能越大，对木桩做功越多，木桩陷入沙坑越深。
[2]比较A、B可知，两个物体所处的高度相同，由题中条件可知，m1[3]要知道物体重力势能的大小与物体被举的高度有关，需要物体被举的高度不同，木桩进入沙中的深度不同，其他相同，观察A、B、C可知，A、C和B、C，物体被举的高度不同，但是B、C木桩进入沙中的深度相同，B、C不符合，而A、C木桩进入沙中的深度不同，A、C中物体重力势能大小不同，A、C中物体的质量m1=m3，质量相同，可以知道物体重力势能的大小与物体被举的高度有关。
【答案】多；质量；A、C。
第1课 机械能

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