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第十二章
江苏科学技术出版社
机械能
和内能
九年级物理上册
无论是玩具车还是汽车，都深深地吸引着我们.
为什么有的玩具车不使用电池，它也能向前跑
为什么汽车要加注燃料后才能行驶
为什么要向汽车发动机的水箱中加水
… … … …
这其中的奥秘是什么呢？
发动机中的“秘密”
影响动能
大小的因素
动 能
一、动能 势能 机械能①
1
导入新课
F
W = Fs 单位是焦（J）
1. 功的概念：
一、复习
①使用动滑轮最多能省一半的力；
②使用动滑轮不能改变用力的方向；
③使用动滑轮拉力（绳末端）移动距离S是钩码上升高度h的2倍。
s=2h
2. 动滑轮工作时的特点
h
s
②功的大小：
力学中规定：功等于力与物体在力的方向上移动的距离的乘积。
功＝力×距离
W = Fs
③公式
W = Fs
①力学中的功包括两个必要因素:
一是作用在物体上的力；二是物体在这个力的方向上移动了距离。
请同学们阅读下面的事例：
小小飞鸟为什么对飞机造成如此大的危害呢
鸟和飞行的飞机相撞，血肉之躯的小鸟与钢铁飞机在天空相撞，犹如以卵击石——卵破而石头无恙，然而事实并非如此，飞机与飞鸟在空中相撞，轻者飞机不能正常飞行，重者机毁人亡。
目前鸟撞飞机是威胁航空安全的重要因素之一，由于鸟击引起的坠机事故已经发生许多起。
第1节 动能势能机械能
①为什么要规定汽车在公路上行驶的最大速度？
②脚踩滑板从高处滑下，为什么越来越快？
2
学习新课
以上物体都能够对外做功或具备做功的本领。
一个物体对另一个物体做功，就表明这个物体具有能量。简称能。能量的单位：焦耳（J）。
拉开的弓能将箭射出
湍急的流水能推动水车
高处的石头下落时能砸出坑
请同学们观察以下生活中的现象
1. 能量
①动能：物体由于运动而具有的能，叫做动能。
观察以下物体具有的能量有什么共同特点？
以上物体的能量都是由于运动而具有的。
物体的动能越大，它能对其他物体做的功越多。
台风把物体刮跑
行驶的汽车
子弹能击穿木桩
2. 动能
12.1 探究动能大小与哪些因素有关？
活 动
锤头的质量越
大，做功越多，能量越大。
子弹的速度大，做功多，能量大。
子弹飞行的速度比较大，对物体的杀伤力也比较大；
用锤子击碎物体时，锤头的质量越大，破坏力越强。
动能的大小可能与物体的______________等因素有关。
猜一猜
速度、质量
观察与思考
1. 如图所示，两辆相同的小车分别从不同高度由静止开始下滑，撞击置于水平面上的木块。
①两种情况下，小车运动到水平面上时的速度大小相等吗
②木块被撞击后移动的距离相等吗
③比较两种情况下木块移动的距离，能得出什么结论
2. 如图所示，在其中一辆小车上放一个砝码，然后让两辆小车从同一高度由静止开始下滑，撞击置于水平面上的的木块。比较两种情况下木块移动的距离，能得出什么结论
进行实验
探究动能大小与物体运动的速度、质量的关系。
如图，钢球A从高为h的斜槽上滚下，在水平面上运动，运动的钢球A碰到木块B后，将B撞出一段距离s。B被撞得越远，A对B做的功就越多，A的动能越大。
①转换法：通过被撞物体运动的距离s来反映动能的大小。
以钢球代替小车进行实验。
1. 研究方法：
速度 v1=v2
控制速度不变，改变质量的方法：
质量不等的小球从同一高度滚下。
②控制变量法：
在探究动能大小与运动速度、质量有关时，每次实验这两个变量控制一个不变。
速度 v1＞v2
控制质量不变，改变速度的方法：
同一小球从不同高度滚下。
质量不等的小球从同一高度滑下，运动到水平面时，速度相等。
实验过程
2. 探究动能大小与速度的关系
让同一钢球（质量不变）A分别从不同的高度由静止开始滚下，撞击木块B，观察并测量前后两次木块B被撞移动的距离。
控制质量不变，改变速度的方法：
同一小球从不同高度滚下。
第一次木块B被撞移动的距离远。
同一小球从高处滑下，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。
实验现象：
实验分析：
实验
结论
质量相同时，物体的速度越大，动能越大。
①实验过程
3. 探究动能大小与质量的关系
控制速度不变，改变质量的方法：
质量不等的小球从同一高度滚下。
改变钢球的质量，让不同的钢球A、 A＇分别从同一高度由静止开始滚下（控制与木块碰撞前的速度相等），观察并测量前后两次木块B被撞移动的距离。
第一次木块B被撞移动的距离远。
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。
②实验现象：
③实验分析：
实验
结论
速度相同时，物体的质量越大，动能越大。
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。
想一想：生活中还有哪些事例能支持上述结论？
能够支持上述结论的生活事例：
①操场上飞来的足球可以用脚去踢，而飞来的铅球却唯恐避之不及；②汽车在高速行驶时造成的车祸比低速行驶时造成的车祸要严重得多……
观察道路标示牌：小型客车最高行驶速度不得超过100km/h；大型客车、载货汽车最高行驶速度不得超过80km/h。请利用物理知识解释，为什么要对机动车的最高行驶速度进行限制？为什么在同样的道路上，对不同车型设定不一样的最高行驶速度？
速度越大，动能越大。限制机动车的最高行驶速度才能保证机动车行驶的安全性。
车型不同，载重量不同，如果车的行驶速度相同，质量大的，动能大，则行驶的危险性大。所以质量大的大型客车最高行驶速度要小些。
4. 一些物体的动能（单位：J）
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
【例题1】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.
满载
快跑
变大
减小
0
减小
根据影响动能大小的因素判断：
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，动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，动能也越大。
【例题2】在探究“物体动能大小跟哪些因素有关”的实验中，让小球由静止开始沿斜面向下运动去撞击水平面上的木块，实验步骤如图甲、乙、丙所示。
①木块运动的距离越远，说明撞击木块时小球具有的动能越______。
②通过比较甲、乙两次实验可得，动能大小与_______有关。
③通过比较甲、丙两次实验可得动能大小与__________有关。
大
速度
质量
②比较甲、乙两次实验，质量不变，高度不等，则滑下时的速度不等，探究动能大小与速度的关系。
③比较甲、丙两次实验，高度相等，则滑下时的速度相等，质量不变，探究动能大小与质量的关系。
被拉弯的弓和发生形变的蹦床可以把箭射出去、把人弹起，弓和弹簧能够对外功，说明他们具有能量。
射箭比赛
蹦床比赛
1. 弹性势能
射箭比赛时，拉弯的弓为什么能将箭射出？蹦床比赛中，运动员为什么可以 “跳” 这么高？
①弹性势能
物体由于发生弹性形变而具有的能叫做弹性势能。
发生形变的物体在恢复形变时可以做功，因此具有能量。例如，发生形变的网球拍能将网球弹出，具有能量。
发生形变的网球拍
具有弹性势能。
发生形变的撑杆
具有弹性势能。
图(a)中橡皮筋的形变越大，“子弹”被弹射得越远；
图(b)中弹簧的形变越大，小车被弹得越远。
事实表明，弹性形变越大，物体的弹性势能就越大。
②弹性势能的影响因素：
弹性势能的大小与弹性物体的形变程度有关；同一物体，弹性形变越大，弹性势能越大。
（a）用弹弓弹射“子弹”
（b）压缩的弹簧弹开小车
被举高的重锤具有对桩做功的本领，故被举高的重锤具有
能量
做功
观察打桩机打桩的过程，如图所示，打桩机在工作时，先把重锤高高举起，重锤落下，可以把桩打入地里。
重锤对桩做功了吗？
那么被举高的重锤具有什么能呢？
①重力势能：被举高的物体具有做功的本领，也具有势能，这种势能叫做重力势能。
重锤
2. 重力势能
重力势能的大小可能与物体离开地面高度、物体质量…..等因素有关。
物体的高度越高、质量越大，做功的本领越强。
②探究重力势能大小与哪些因素有关？
猜一猜
12.2 模拟打桩
活 动
图是模拟打桩的装置图。实验时，让“重锤”从“桩”正上方的某一高度处自由下落，将“桩”打入沙中。想一想，要想将“桩”打得深一些，可以采用哪些方法
方法1:
方法2:
试一试，你观察到哪些现象 这些现象说明什么问题
选择质量大的物块作为“重锤”
使同一“重锤”从再高一点的地方下落
③实验方案
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。
探究重力势能的大小与物体高度、质量的关系。
转换法：
通过桌腿下陷的深度来反映重力势能的大小。
实验过程
④探究重力势能的大小与物体高度的关系
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。
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。
结论
质量相等的物体，高度越高，重力势能越大。
实验过程
⑤探究重力势能大小与质量的关系
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。
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。
结论
高度相同时，物体的质量越大，重力势能越大。
结论
物体重力势能的大小跟高度、质量有关，质量相同的物体，高度越高，它的重力势能越大；
高度相同的物体，质量越大，它的重力势能也越大。
陨石坑
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
【例题3】 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
C
无人机沿水平方向匀速飞行喷洒农药时，速度不变，质量减小，所以其动能与重力势能都在变小。所以选C。
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
3. 动能和势能的比较
3
课堂总结
动能
势能
物体由于运动而具有的能量
物体由于发生弹性形变而具有的能
物体由于被举高而所具有的能
重力势能
弹性势能
影响因素：物体的运动速度和质量
影响因素：物体的质量和所在的高度
影响因素：物体的弹性形变程度
动能和势能
4
WHAT WHY WOW
1. 通常，载重汽车造成的车祸比小轿车造成的车祸严重得多，这是为什么？但也有例外，这又是为什么
由于载重汽车的质量要比小轿车大得多，在运动速度相差不大的情况下，载重汽车的动能要比小轿车的动能大，因此造成的车祸也更严重一些。但是，如果小轿车的速度比载重汽车大很多，那么小轿车造成的车祸会更严重。
为什么要规定汽车在公路上行驶的最大速度？
现在你明白了吗？（教材P32 ）
动能大小的决定因素是物体的质量和运动的速度，质量越大，速度越大，物体的动能就越大。对汽车速度进行限制，实质是为了控制动能的大小，避免交通事故的发生。
对质量一定的车辆而言，假若不限制速度，则速度越大的车辆动能越大，遇到紧急情况时容易发生交通事故。
5
课堂练习
一个物体虽然没有做功，但是只要它有做功的能力，它就具有能量，故A、C错误，D正确；
物体做功越多，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，故B错误。所以选D。
1. 关于功和能的关系的说法中，下列说法中正确的是（ ）
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
D
2. 一小朋友在平直路面上滑滑板，如图所示，小朋友匀速滑滑板的过程中，其动能大小的情况是 （ ）
平直路面上匀速滑滑板的小朋友，速度不变，质量不变，故动能不变。
选项D正确。
D
A. 一直变大　　　　 B. 一直变小
C. 先变大后变小　　　 D. 始终不变
沙尘虽然质量较小，但飞行的速度较大，具有的动能也较大。
3. 2021年3月15日，全国十多个省市出现恶劣的沙尘暴天气，迎着沙尘，脸部被沙尘打得瑟瑟发痛，原因是沙尘虽然质量较小，但飞行　　　 大，　　 能较大。
动
速度　
机械钟表内的发条被卷紧后，其发生了弹性形变，故①具有弹性势能；扔在空中的橡皮，没有发生弹性形变，故②不具有弹性势能；被适当拉伸的弹簧，发生了弹性形变，故③具有弹性势能；充满气的气球，发生了弹性形变，故④具有弹性势能。
故B选项正确。
4. 下列物体中: ①卷紧的钟表发条；②扔在空中的橡皮；③被适当拉伸的弹簧；④充满气的气球。
具有弹性势能的是 （ ）
A. ①②③④　　　　 B. ①③④
C. 只有①　　　　 D. 只有①③
B
橡皮筋拉得越长，同样的“子弹”射得越远，橡皮筋的弹性势能越大；这说明橡皮筋的弹性势能与弹性形变程度有关。
在橡皮筋被拉得长度相同时，橡皮筋的弹性势能相同，对子弹做的功相同，射出子弹的动能也相同，由于所用“子弹”的质量不同，其射出时的速度也会不同。
5. 如图所示是玩弹弓的情景。经验表明，橡皮筋拉得越长，同样的“子弹”射得越　　　，这说明橡皮筋的弹性势能与橡皮筋发生　　 　 大小有关；若橡皮筋被拉得长度相同，所用“子弹”的质量不同，则发现射出时的速度也　　　 (选填“相同”或“不相同”)；在此过程中，橡皮筋对“子弹”做的功　　 (选填“相同”或“不相同”)。
远　
　弹性形变程度
不相同
相同
开车上坡，车的质量不变，如果提高车速，则车的动能会增大，更容易爬坡。
因清洁车沿街道匀速行驶，车的速度不变，在清扫垃圾过程中，车的质量增加，所以车的动能将变大。
6. 司机开车上坡前，往往加大油门以提高车速，这是为了增大汽车的　 能。清扫路面垃圾的清洁车沿街道匀速行驶，在清扫垃圾过程中，车的动能将　　　 (选填“变大”、“变小”或“保持不变”)。
动
变大
7. 某同学在做“探究决定重力势能大小的因素”实验时，观察到如图所示的现象（物块B的质量大于物块A的质量），请仔细观察图中下落的铜块与小桌陷入沙面的情况，然后归纳得出初步结论。
① 比较图中的（a）和（b）实验过程及相关条件可知： 。
② 比较图中的（b）和（c）实验过程及相关条件可知： 。
　解析见下页
①比较图中的（a）和（b）实验过程及相关条件可知： 。
②比较图中的（b）和（c）实验过程及相关条件可知： 。
①比较图（a）和（b），物体A的质量不变，所处高度不同，且物体越高所能使小桌陷入的深度越大，所具有的重力势能越大。故结论为：
质量相等的物体，所处高度越高，具有的重力势能越大；
②同理比较（b）和（c），不同质量的物体A、B，所处高度相同，质量大的物体使小桌陷入的深度越大，其所具有的重力势能大。故结论为：
高度相同，物体质量越大，具有的重力势能越大。
8. 小华在探究“动能大小与什么因素有关”时，提出了如下猜想:
猜想一：动能的大小可能与物体的运动速度有关；
猜想二：动能的大小可能与物体的质量有关。
(1)让钢球从高为h的斜面由静止开始滚下，碰上水平面上静止的木块，如图所示。实验时通过观察　 移动的距离来判断　 动能的大小。(均选填“钢球”或“木块”)
木块
钢球
为了验证猜想，老师提供了如下器材：刻度尺、斜槽、较光滑的长木板、粗糙的长木板、小木块、质量不同的小钢球若干个，实验装置如图所示。请你帮助他们完成下列内容:
(2)对于老师提供的长度相同的较光滑长木板A和粗糙长木板B，为了使
实验顺利进行，他们应选择长木板　　　 (选填“A”或“B”)。
钢球的质 量m/kg 0.1 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40
木块滑行 的距离s/m 0.12 0.11 0.12 0.12 0.11 0.11 0.12
他根据以上实验数据得出“物体的动能大小与质量无关”的结论，这个结论是　　　 (选填“正确”或“错误”)的，因为　 　 。
　解析见下页
(4)小华同学为了验证猜想二，他将质量不同的钢球从斜面的不同高度
由静止开始滚下，实验记录数据如下:
(3)为了验证猜想一，小华同学让同一钢球从斜面的不同高度由静止释放，高度h越高，木块被撞得越远。由此可得出的结论是：_______________。
(2)对于老师提供的长度相同的较光滑长木板A和粗糙长木板B，为了使实验顺利进行，他们应选择长木板　 (选填“A”或“B”)。
(3)为了验证猜想一，小华同学让同一钢球从斜面的不同高度由静止释放，高度h越高，木块被撞得越远。由此可得出的结论是：
（2）若长木板较光滑，钢球和木块运动的距离很远，容易滑出木板的表面，所以应选择粗糙程度大的长木板B。
（3）让同一钢球从同一斜面的不同高度由静止释放，高度h越高，钢球到达斜面底端的速度越大，木块被撞得越远，由此可得出的结论是：
在质量相同时，物体的速度越大，动能越大。
猜想一：动能的大小可能与
物体的运动速度有关；
质量相同时，物体的速度越大，动能越大。
B
钢球的质量m/kg 0.1 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40
木块滑行的距离s/m 0.12 0.11 0.12 0.12 0.11 0.11 0.12
他根据以上实验数据得出“物体的动能大小与质量无关”的结论，这个结论是　　　 (选填“正确”或“错误”)的，
因为　 　 。
(4)小华同学为了验证猜想二，他将质量不同的钢球从斜面的不同高度由静止开始滚下，实验记录数据如下:
（4）实验结论是错误的，原因是不同质量的钢球没有从斜面上同一高度由静止释放，未控制钢球到达斜面底端的速度相同。
错误
没有控制钢球从同一高度由静止滚下

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