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第3节　动能和势能
能量
1．概念：物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量．
　功与能量的关系
(1)功是一个过程量，而能量是物体本身所具有的，是一个状态量．
(2)具有能量的物体不一定在做功，但做功的物体一定具有能量．
(3)物体能够做的功越多，它具有的能量就越大．
2．单位：能量的单位与功的单位相同，也是焦耳．
动能
1．概念：物体由于运动而具有的能，叫作动能．一切运动的物体都具有动能．
2．影响动能大小的因素：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．
(1)物体运动速度的大小，与所选定的参照物有关，即速度具有相对性，因此物体动能的大小也具有相对性．对于同一物体，选择不同的参照物，其动能的大小可以取不同的值．(2)物体动能大小由质量和速度两个因素决定，分析比较动能大小时，必须同时考虑这两个因素．
势能
1．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，叫作重力势能．质量相同的物体，位置越高，重力势能越大；位置相同，质量越大，重力势能越大．
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．物体的弹性形变越大，弹性势能越大．
3．势能：重力势能和弹性势能是常见的两种势能．
(1)①重力势能与物体所处的高度有关，在没有特别指明的情况下“高度”一般是指相对于地面而言的．②一个物体可以同时具有动能和势能，也可以只具有动能或势能．
(2)判断一个物体是否具有弹性势能，关键是看物体是否发生弹性形变，若物体只有弹性无形变或有形变无弹性，此时物体都不具有弹性势能．
能量的理解
典例1 下面关于能量的说法中正确的是( D )
A．只有正在做功的物体才具有能量
B．具有能量的物体都在做功
C．不做功的物体就不具有能量
D．能够做功的物体一定具有能量
功是一个过程量，能量是一个状态量；具有能量的物体不一定做功，但做功的物体一定具有能量．
变式 关于能的概念，下列说法正确的是( A )
A．一个物体能够做功，就说这个物体具有能
B．一个用线悬挂着的小球，没有做功所以就没有能
C．一个物体已做的功越多，说明这个物体具有的能越多
D．—个物体做了功，说明这个物体具有能
探究影响动能大小的因素
典例2 [天津中考]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：汽车的动能可能跟速度有关．
由“安全驾驶莫超载”可猜想：汽车的动能可能跟质量有关．
【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大．
典例2图
【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质量相同时，汽车(物体)的速度越大，动能越大．
【实践应用】用甲、乙两图的实验现象所得到的结论，可以解释汽车超载(填“超载”或“超速”)行驶时危险性大的原因．
影响动能大小的因素：质量和速度．
变式 [2023·牡丹江]探究物体的动能跟哪些因素有关的实验装置如图所示．关于该实验说法正确的是( C )
变式图
A．水平面越光滑越好
B．实验研究的是木块的动能大小
C．小球由斜面滚下，重力势能转化为动能
D．小球质量越大，动能越大
势能
1 探究影响重力势能大小的因素
典例3 [2024·苏州一模]如图所示是探究“重力势能的大小跟哪些因素有关”的实验．
典例3图
(1)由图甲中实验情景可得结论：在物体被举高的高度一定时，物体质量越大，重力势能越大．
(2)如图乙所示，C铅球由静止自由下落，D铅球沿光滑弯曲管道由静止滑下，实验表明，铅球重力势能的大小与球通过的路径无关(填“有关”或“无关”)．
(3)若要探究物体重力势能与高度的关系，可选用A、C(填“A”“B”“C”或“D”)两个铅球，让两个铅球从不同高度落下，比较它们陷入沙子中的深度．
影响重力势能大小的因素：质量和高度．
变式 小然同学在做“探究重力势能的大小跟哪些因素有关”的实验时，设计了以下实验：如图甲所示，三个相同的木桩插在沙中，露出沙面的高度相同，取三个铁块(均为实心的，且m1＝m2变式图
(1)要研究重力势能与质量的关系，我们要选择1、3两次实验来进行比较．
(2)选择图甲中的1、2实验来进行比较，可得出结论：当质量相同时，物体的高度越高，重力势能越大．
(3)物理研究的方法有许多，如等效替代法、类比法、转换法、控制变量法．本实验主要运用了两种研究方法，一是控制变量法，二是转换法，就是用木桩陷入沙中的深浅来表示铁块重力势能的大小．
(4)如图乙所示，另一小组的小蝶同学在做“探究重力势能的大小跟哪些因素有关”的实验时，将体积相同、质量不同的两个金属球从同一高度释放，目的是探究金属球重力势能的大小与质量的关系，他观察到两个杯口上方的纸都被砸破了，没有比较出两个金属球重力势能的大小．
为了能够从实验现象中比较出两个金属球重力势能的大小，你将如何改进这个实验？改进方法：用沙坑代替纸杯；改进后的实验可以通过观察沙坑被撞击后的凹陷程度大小来比较金属球重力势能的大小．
2 探究影响弹性势能大小的因素
典例4 小李同学利用同样大小的黏土弹珠、三根材料和厚度相同的橡皮条，探究“橡皮条的弹性势能与长度、宽度的关系”．他依次将橡皮条固定在弹弓上，在弹性范围内，将橡皮条拉伸相同的伸长量，将黏土弹珠在同一位置沿水平方向弹射出去，测得弹射的水平距离的数据如表所示．
(1)实验中，通过比较弹珠被弹射的水平距离的远近来间接反映橡皮条的弹性势能大小．
(2)比较第1次和第2次实验可知，拉伸相同的伸长量，橡皮条的弹性势能与橡皮条的长度有关．
(3)由第1、2、3次实验数据可知，同种材料、相同厚度的橡皮条，拉伸相同的伸长量，弹性势能最大的橡皮条是D．
A．窄而长的　 B．宽而长的
C．窄而短的　 D．宽而短的
(4)该同学想进一步研究弹射的水平距离与弹珠质量的关系，在前面实验的基础上又用质量较大的铁弹珠进行了第4次实验，请你利用所学知识判断铁弹珠被弹射的水平距离小于(填“大于”“等于”或“小于”)14 m.
影响弹性势能大小因素：物体的弹性形变程度和材料性能．
变式 [2024·柳州期末]下列具有弹性势能的是( C )
A．匀速行驶的汽车 B．射出去的箭
C．被拉弯的弓 D．树上掉落的苹果
动能、势能大小变化的判断
典例5 [2023·德阳]第31届世界大学生夏季运动会将在成都隆重举行．运动会将设体操比赛，体操比赛中的自由体操运动员空中翻滚非常精彩．关于翻滚过程中体操运动员的动能与重力势能的变化正确的是( C )
典例5图
A．体操运动员上升过程中动能增大，重力势能增大
B．体操运动员下降过程中动能增大，重力势能增大
C．体操运动员上升过程中动能减小，重力势能增大
D．体操运动员下降到最低点时重力势能最大
分析物体动能、重力势能和弹性势能的有无和变化，要同时考虑质量、速度、高度和弹性形变等影响因素．
变式1 [2024·长沙]2024年5月3日，长征五号遥八运载火箭搭载嫦娥六号探测器成功发射，开启了人类月背取样的旅程．嫦娥六号加速升空的过程中( A )
变式1图
A．重力势能和动能都增大
B．重力势能和动能都减小
C．重力势能减小，动能增大
D．重力势能增大，动能减小
变式2 如图所示是物体离手后，在空中飞行过程中动能EK随时间t变化的曲线，运动的物体可能是( A )
变式2图
A．斜向上投掷出去的铅球
B．一松手由静止下落的乒乓球
C．竖直向上垫起的排球
D．离开脚后在地上滚动的足球
1．[2024·柳州二模]如图所示，农民赶着牛拉着铧犁在田里劳动，它们以相同速度向前行进，则其动能( C )
第1题图
A．农民最大 B．铧犁最大
C．牛最大 D．一样大
2．[2024·九江一模]长征系列运载火箭为我国的航天事业做出了巨大贡献.2024年1月17日，搭载天舟七号货运飞船的长征七号遥八运载火箭在我国文昌航天发射场成功发射．火箭加速上升的过程中，描述天舟七号货运飞船错误的是( B )
A．动能增大
B．质量变小
C．运动状态改变
D．受非平衡力的作用
3．[2023·韶关模拟]一辆洒水车匀速行驶在平直的公路上，在洒水过程中，洒水车的动能减小，重力势能减小．(均填“减小”“增大”或“不变”)
4．[2024·上海]一个小车往斜坡向上运动时，它的s t图像如图所示．它在30 s内通过的路程为90米，在此过程，小车的动能不变(填“变大”“不变”或“变小”)的．若小车突然急刹车，则它的惯性不变(填“变大”“不变”或“变小”)．
第4题图
5．[2024·长沙]排球是同学们喜爱的体育运动．垫球时，球的运动快慢和运动方向都发生了改变，说明力可以改变物体的运动状态，当球上升到最高点时重力势能最大．
6．如图所示是舰载机在我国自主建造的国产航母“山东舰”甲板上降落时的情景．舰载机着舰后必须适时放下着舰钩，钩住甲板上的拦阻索，达到强行减速的目的，最后舰载机停在航母水平甲板上．从舰载机放下着舰钩钩住拦阻索至舰载机停下的过程中，拦阻索(可视为弹性绳)的弹性形变越来越大，则飞机受到的弹力将越来越大(填“大”或“小”)；发生弹性形变的拦阻索具有弹性势能．
第6题图第3节　动能和势能
能量
1．概念：物体能够对外做功，我们就说这个物体具有 ．
　功与能量的关系
(1)功是一个过程量，而能量是物体本身所具有的，是一个状态量．
(2)具有能量的物体不一定在做功，但做功的物体一定具有能量．
(3)物体能够做的功越多，它具有的能量就越大．
2．单位：能量的单位与功的单位相同，也是 ．
动能
1．概念：物体由于 而具有的能，叫作动能．一切 的物体都具有动能．
2．影响动能大小的因素：质量相同的物体，运动的 越大，它的动能越大；运动速度相同的物体， 越大，它的动能也越大．
(1)物体运动速度的大小，与所选定的参照物有关，即速度具有相对性，因此物体动能的大小也具有相对性．对于同一物体，选择不同的参照物，其动能的大小可以取不同的值．(2)物体动能大小由质量和速度两个因素决定，分析比较动能大小时，必须同时考虑这两个因素．
势能
1．重力势能：物体由于 ，叫作重力势能．质量相同的物体， ，重力势能越大；位置相同， ，重力势能越大．
2．弹性势能：物体由于 而具有的能叫作弹性势能．物体的 越大，弹性势能越大．
3．势能： 势能和 势能是常见的两种势能．
(1)①重力势能与物体所处的高度有关，在没有特别指明的情况下“高度”一般是指相对于地面而言的．②一个物体可以同时具有动能和势能，也可以只具有动能或势能．
(2)判断一个物体是否具有弹性势能，关键是看物体是否发生弹性形变，若物体只有弹性无形变或有形变无弹性，此时物体都不具有弹性势能．
能量的理解
典例1 下面关于能量的说法中正确的是( )
A．只有正在做功的物体才具有能量
B．具有能量的物体都在做功
C．不做功的物体就不具有能量
D．能够做功的物体一定具有能量
功是一个过程量，能量是一个状态量；具有能量的物体不一定做功，但做功的物体一定具有能量．
变式 关于能的概念，下列说法正确的是( )
A．一个物体能够做功，就说这个物体具有能
B．一个用线悬挂着的小球，没有做功所以就没有能
C．一个物体已做的功越多，说明这个物体具有的能越多
D．—个物体做了功，说明这个物体具有能
探究影响动能大小的因素
典例2 [天津中考]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 ．
典例2图
【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 (填“超载”或“超速”)行驶时危险性大的原因．
影响动能大小的因素：质量和速度．
变式 [2023·牡丹江]探究物体的动能跟哪些因素有关的实验装置如图所示．关于该实验说法正确的是( )
变式图
A．水平面越光滑越好
B．实验研究的是木块的动能大小
C．小球由斜面滚下，重力势能转化为动能
D．小球质量越大，动能越大
势能
1 探究影响重力势能大小的因素
典例3 [2024·苏州一模]如图所示是探究“重力势能的大小跟哪些因素有关”的实验．
典例3图
(1)由图甲中实验情景可得结论： ．
(2)如图乙所示，C铅球由静止自由下落，D铅球沿光滑弯曲管道由静止滑下，实验表明，铅球重力势能的大小与球通过的路径 (填“有关”或“无关”)．
(3)若要探究物体重力势能与高度的关系，可选用 (填“A”“B”“C”或“D”)两个铅球，让两个铅球从 落下，比较它们陷入沙子中的深度．
影响重力势能大小的因素：质量和高度．
变式 小然同学在做“探究重力势能的大小跟哪些因素有关”的实验时，设计了以下实验：如图甲所示，三个相同的木桩插在沙中，露出沙面的高度相同，取三个铁块(均为实心的，且m1＝m2变式图
(1)要研究重力势能与质量的关系，我们要选择 两次实验来进行比较．
(2)选择图甲中的1、2实验来进行比较，可得出结论： ．
(3)物理研究的方法有许多，如等效替代法、类比法、转换法、控制变量法．本实验主要运用了两种研究方法，一是控制变量法，二是 法，就是用 来表示铁块重力势能的大小．
(4)如图乙所示，另一小组的小蝶同学在做“探究重力势能的大小跟哪些因素有关”的实验时，将体积相同、质量不同的两个金属球从同一高度释放，目的是探究金属球重力势能的大小与质量的关系，他观察到两个杯口上方的纸都被砸破了，没有比较出两个金属球重力势能的大小．
为了能够从实验现象中比较出两个金属球重力势能的大小，你将如何改进这个实验？改进方法：用 代替纸杯；改进后的实验可以通过观察 来比较金属球重力势能的大小．
2 探究影响弹性势能大小的因素
典例4 小李同学利用同样大小的黏土弹珠、三根材料和厚度相同的橡皮条，探究“橡皮条的弹性势能与长度、宽度的关系”．他依次将橡皮条固定在弹弓上，在弹性范围内，将橡皮条拉伸相同的伸长量，将黏土弹珠在同一位置沿水平方向弹射出去，测得弹射的水平距离的数据如表所示．
(1)实验中，通过比较 来间接反映橡皮条的弹性势能大小．
(2)比较第1次和第2次实验可知，拉伸相同的伸长量，橡皮条的弹性势能与橡皮条的 有关．
(3)由第1、2、3次实验数据可知，同种材料、相同厚度的橡皮条，拉伸相同的伸长量，弹性势能最大的橡皮条是 ．
A．窄而长的　 B．宽而长的
C．窄而短的　 D．宽而短的
(4)该同学想进一步研究弹射的水平距离与弹珠质量的关系，在前面实验的基础上又用质量较大的铁弹珠进行了第4次实验，请你利用所学知识判断铁弹珠被弹射的水平距离 (填“大于”“等于”或“小于”)14 m.
影响弹性势能大小因素：物体的弹性形变程度和材料性能．
变式 [2024·柳州期末]下列具有弹性势能的是( )
A．匀速行驶的汽车 B．射出去的箭
C．被拉弯的弓 D．树上掉落的苹果
动能、势能大小变化的判断
典例5 [2023·德阳]第31届世界大学生夏季运动会将在成都隆重举行．运动会将设体操比赛，体操比赛中的自由体操运动员空中翻滚非常精彩．关于翻滚过程中体操运动员的动能与重力势能的变化正确的是( )
典例5图
A．体操运动员上升过程中动能增大，重力势能增大
B．体操运动员下降过程中动能增大，重力势能增大
C．体操运动员上升过程中动能减小，重力势能增大
D．体操运动员下降到最低点时重力势能最大
分析物体动能、重力势能和弹性势能的有无和变化，要同时考虑质量、速度、高度和弹性形变等影响因素．
变式1 [2024·长沙]2024年5月3日，长征五号遥八运载火箭搭载嫦娥六号探测器成功发射，开启了人类月背取样的旅程．嫦娥六号加速升空的过程中( )
变式1图
A．重力势能和动能都增大
B．重力势能和动能都减小
C．重力势能减小，动能增大
D．重力势能增大，动能减小
变式2 如图所示是物体离手后，在空中飞行过程中动能EK随时间t变化的曲线，运动的物体可能是( )
变式2图
A．斜向上投掷出去的铅球
B．一松手由静止下落的乒乓球
C．竖直向上垫起的排球
D．离开脚后在地上滚动的足球
1．[2024·柳州二模]如图所示，农民赶着牛拉着铧犁在田里劳动，它们以相同速度向前行进，则其动能( )
第1题图
A．农民最大 B．铧犁最大
C．牛最大 D．一样大
2．[2024·九江一模]长征系列运载火箭为我国的航天事业做出了巨大贡献.2024年1月17日，搭载天舟七号货运飞船的长征七号遥八运载火箭在我国文昌航天发射场成功发射．火箭加速上升的过程中，描述天舟七号货运飞船错误的是( )
A．动能增大
B．质量变小
C．运动状态改变
D．受非平衡力的作用
3．[2023·韶关模拟]一辆洒水车匀速行驶在平直的公路上，在洒水过程中，洒水车的动能 ，重力势能 ．(均填“减小”“增大”或“不变”)
4．[2024·上海]一个小车往斜坡向上运动时，它的s t图像如图所示．它在30 s内通过的路程为 米，在此过程，小车的动能 (填“变大”“不变”或“变小”)的．若小车突然急刹车，则它的惯性 (填“变大”“不变”或“变小”)．
第4题图
5．[2024·长沙]排球是同学们喜爱的体育运动．垫球时，球的运动快慢和运动方向都发生了改变，说明力可以改变物体的 ，当球上升到最高点时 能最大．
6．如图所示是舰载机在我国自主建造的国产航母“山东舰”甲板上降落时的情景．舰载机着舰后必须适时放下着舰钩，钩住甲板上的拦阻索，达到强行减速的目的，最后舰载机停在航母水平甲板上．从舰载机放下着舰钩钩住拦阻索至舰载机停下的过程中，拦阻索(可视为弹性绳)的弹性形变越来越大，则飞机受到的弹力将越来越 (填“大”或“小”)；发生弹性形变的拦阻索具有 能．
第6题图

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