资源简介

(共48张PPT)
11.4 动能和势能
一、能量：物体做功的本领
我们生活在一个充满能量的世界里：行驶的汽车能够撞伤障碍物，流动的水能够推动水轮机转动，举高的锤子能够砸钉子，被压缩的弹簧能够弹开物体…… 这些现象都表明，物体具有做功的本领。在物理学中，物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量，简称能。能量的单位和功的单位相同，都是焦耳（J）。
物体具有能量的多少可以通过它能够对外做的功的多少来衡量。一个物体能够做的功越多，表示它具有的能量越大。例如，高速行驶的汽车比慢速行驶的汽车能够做更多的功，因此它具有更大的能量；举得越高的锤子比举得较低的锤子能够做更多的功，因此它具有更大的能量。
能量有多种形式，本节课我们重点学习机械能的两种基本形式：动能和势能（包括重力势能和弹性势能）。
二、动能：运动物体的能量
（一）动能的概念
物体由于运动而具有的能量叫做动能。一切运动的物体都具有动能，例如行驶的汽车、飞行的小鸟、流动的河水、运动的人体等都具有动能。静止的物体不具有动能，例如停在路边的汽车、静止的石头等没有动能。
（二）影响动能大小的因素
动能的大小与哪些因素有关呢？我们可以通过实验来探究。
实验探究：动能的大小与哪些因素有关
实验目的：探究动能的大小与物体的质量和速度的关系。
实验器材：斜面、小球（质量不同）、木块、刻度尺。
实验步骤：
让同一小球从斜面的不同高度由静止滚下，撞击水平面上的木块，观察木块被推动的距离。
让质量不同的小球从斜面的同一高度由静止滚下，撞击水平面上的木块，观察木块被推动的距离。
实验现象：
同一小球从斜面越高的位置滚下，到达水平面时速度越大，木块被推动的距离越远。
质量不同的小球从斜面同一高度滚下，到达水平面时速度相同，质量越大的小球，木块被推动的距离越远。
实验结论：
动能的大小与物体的质量和速度有关：质量越大，速度越大，物体的动能就越大。
（三）动能的实例分析
狂风能够吹倒大树，而微风只能吹动树叶，这是因为狂风的速度比微风大，具有更大的动能。
满载货物的大卡车在行驶时，即使速度不是很大，也具有很大的动能，因此在高速公路上，大卡车的限速比小轿车低，这是为了减小它的动能，保证行车安全。
子弹的质量很小，但由于它的速度非常大，因此具有很大的动能，能够穿透物体。
三、势能：储存的能量
势能是指物体由于位置或形状发生变化而具有的能量，势能包括重力势能和弹性势能两种。
（一）重力势能
重力势能的概念
物体由于受到重力并处在一定高度时所具有的能量叫做重力势能。例如，举高的杠铃、悬挂在天花板上的吊灯、山顶上的石头、空中的飞鸟等都具有重力势能。物体的位置越高，质量越大，它具有的重力势能就越大。
影响重力势能大小的因素
我们可以通过实验来探究重力势能的大小与哪些因素有关。
实验探究：重力势能的大小与哪些因素有关
实验目的：探究重力势能的大小与物体的质量和高度的关系。
实验器材：沙箱、铅球（质量不同）、刻度尺。
实验步骤：
让同一铅球从不同高度自由下落，落入沙箱中，观察铅球在沙箱中陷入的深度。
让质量不同的铅球从同一高度自由下落，落入沙箱中，观察铅球在沙箱中陷入的深度。
实验现象：
同一铅球从越高的位置下落，在沙箱中陷入的深度越深。
质量不同的铅球从同一高度下落，质量越大的铅球，在沙箱中陷入的深度越深。
实验结论：
重力势能的大小与物体的质量和高度有关：质量越大，高度越高，物体的重力势能就越大。
重力势能的实例分析
水库中的水被拦河坝抬高，具有很大的重力势能，当水从高处流下时，重力势能转化为动能，推动水轮机发电。
建筑工地上的工人会把砖块举得很高，这样砖块具有较大的重力势能，当砖块下落时能够对地面或其他物体做功。
站在高处的人比站在低处的人具有更大的重力势能，因此在高处作业时必须采取安全措施，防止坠落造成伤害。
（二）弹性势能
弹性势能的概念
物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能。例如，被压缩的弹簧、被拉弯的弓、被压缩的皮球、被拧紧的发条等都具有弹性势能。物体的弹性形变越大，它具有的弹性势能就越大。
影响弹性势能大小的因素
弹性势能的大小与物体发生弹性形变的程度有关：物体的弹性形变越大，它具有的弹性势能就越大。例如，被压缩得越紧的弹簧，具有的弹性势能越大，能够对外做的功越多；被拉得越弯的弓，具有的弹性势能越大，射出的箭飞得越远。
弹性势能的实例分析
弹弓是利用弹性势能工作的，拉弯的橡皮筋具有弹性势能，松手后弹性势能转化为子弹的动能，使子弹飞出。
钟表里的发条被拧紧后具有弹性势能，发条逐渐放松时，弹性势能转化为钟表指针的动能，使指针转动。
蹦床运动员在蹦床上跳跃时，蹦床发生弹性形变，具有弹性势能，弹性势能转化为运动员的动能和重力势能，使运动员能够跳得很高。
四、动能和势能的转化：能量的动态变化
在一定条件下，动能和势能可以相互转化。
（一）动能与重力势能的相互转化
自由下落的物体：物体从高处自由下落时，高度逐渐降低，重力势能逐渐减小；速度逐渐增大，动能逐渐增大。在这个过程中，重力势能转化为动能。例如，苹果从树上落下时，重力势能转化为动能。
向上抛出的物体：物体被向上抛出时，速度逐渐减小，动能逐渐减小；高度逐渐升高，重力势能逐渐增大。在这个过程中，动能转化为重力势能。例如，向上抛出的篮球，在上升过程中动能转化为重力势能。
单摆运动：单摆由摆球和摆线组成，当摆球从最高点向最低点运动时，高度降低，重力势能减小，速度增大，动能增大，重力势能转化为动能；当摆球从最低点向最高点运动时，高度升高，重力势能增大，速度减小，动能减小，动能转化为重力势能。在忽略空气阻力的情况下，单摆的动能和重力势能可以相互转化，且机械能的总量保持不变。
（二）动能与弹性势能的相互转化
小球撞击弹簧：小球以一定的速度撞击弹簧时，小球的速度逐渐减小，动能逐渐减小；弹簧被压缩，弹性形变逐渐增大，弹性势能逐渐增大。在这个过程中，动能转化为弹性势能。当弹簧被压缩到最大程度时，小球的动能为零，弹簧的弹性势能最大。随后，弹簧逐渐恢复原状，弹性势能逐渐减小，小球的速度逐渐增大，动能逐渐增大，弹性势能转化为动能。
拉弓射箭：拉弓时，弓发生弹性形变，具有弹性势能；松手后，弓的弹性势能转化为箭的动能，使箭射出。在这个过程中，弹性势能转化为动能。
蹦床运动：运动员从高处落到蹦床上时，速度减小，动能减小，蹦床发生弹性形变，弹性势能增大，动能转化为弹性势能；当蹦床被压缩到最大程度后，开始恢复原状，弹性势能减小，运动员的速度增大，动能增大，同时高度升高，重力势能增大，弹性势能转化为动能和重力势能。
（三）动能、重力势能与弹性势能的相互转化
在一些复杂的过程中，动能、重力势能和弹性势能可以同时发生转化。例如，撑杆跳高运动员的运动过程：运动员助跑时具有动能；撑杆与地面接触后，运动员的动能转化为撑杆的弹性势能和运动员的重力势能；当撑杆被压弯到最大程度后，弹性势能开始转化为运动员的动能和重力势能，使运动员上升到高处；在运动员下落过程中，重力势能转化为动能。
五、机械能：动能和势能的总和
动能和势能统称为机械能。机械能是动能与势能（包括重力势能和弹性势能）的总和，即：\(
\text{ °è } = \text{ ¨è } + \text{é è } + \text{ § è }
\)
在只有动能和势能相互转化的过程中，机械能的总量保持不变，这就是机械能守恒定律。例如，在忽略空气阻力的情况下，单摆的机械能守恒；物体在光滑斜面上运动时，机械能守恒。
但在实际情况中，由于存在摩擦、空气阻力等因素，机械能会不断减少，转化为其他形式的能量（如内能），但总的能量是守恒的，这就是能量守恒定律。
六、课堂实验：探究动能和势能的转化
（一）实验目的
探究动能和势能之间的相互转化。
（二）实验器材
单摆（或滚摆）、斜面、小球。
（三）实验步骤
单摆实验：
将单摆的摆球拉到一定高度，使其具有重力势能。
松手让摆球摆动，观察摆球在摆动过程中的速度和高度变化。
滚摆实验：
将滚摆的绳子绕紧，使滚摆悬在高处，具有重力势能。
松手让滚摆下落，观察滚摆在下落和上升过程中的速度和高度变化。
小球在斜面上的运动实验：
将小球放在斜面的顶端，使其具有重力势能。
松手让小球沿斜面滚下，观察小球在斜面上和水平面上的运动情况。
（四）实验现象与分析
单摆的摆球在摆动过程中，从最高点到最低点，高度降低，速度增大，重力势能转化为动能；从最低点到最高点，高度升高，速度减小，动能转化为重力势能。
滚摆在下落过程中，高度降低，速度增大，重力势能转化为动能；在上升过程中，高度升高，速度减小，动能转化为重力势能。
小球从斜面顶端滚下时，高度降低，速度增大，重力势能转化为动能；小球在水平面上滚动时，由于受到摩擦阻力，速度逐渐减小，动能转化为内能，最终停止运动。
七、课堂小结
能量的概念：物体能够对外做功，就具有能量，单位是焦耳（J）。
动能：物体由于运动而具有的能量，与质量和速度有关，质量越大、速度越大，动能越大。
重力势能：物体由于受重力并处在一定高度而具有的能量，与质量和高度有关，质量越大、高度越高，重力势能越大。
弹性势能：物体由于发生弹性形变而具有的能量，与弹性形变程度有关，形变越大，弹性势能越大。
动能和势能的转化：在一定条件下，动能与重力势能、弹性势能可以相互转化；只有动能和势能相互转化时，机械能守恒（忽略摩擦等因素）。
机械能：动能和势能的总和，即机械能 = 动能 + 重力势能 + 弹性势能。
八、课堂练习
下列物体中，只具有动能的是（ ）；只具有重力势能的是（ ）；只具有弹性势能的是（ ）；既具有动能又具有重力势能的是（ ）。
A. 停在地面上的汽车 B. 在空中飞行的飞机 C. 被压缩的弹簧 D. 放在山顶上的石头
一辆汽车在平直的公路上加速行驶，它的动能______（选填 “增大”“减小” 或 “不变”），重力势能______（选填 “增大”“减小” 或 “不变”）。
运动员在跳高过程中，当他从地面向上跳起时，动能转化为______；当他到达最高点时，______最大。
为什么在高速公路上，大卡车的限速比小轿车低？请用动能的知识解释。
九、课后作业
完成课本上的相关练习题，巩固动能和势能的知识。
举例说明生活中动能和势能相互转化的实例，并分析能量的转化过程。
设计一个小实验，证明动能和重力势能可以相互转化，写出实验方案、所需器材、实验步骤和实验现象。
查阅资料，了解水力发电站的工作原理，说明其中能量的转化过程。
2024沪粤版物理九年级上册
11.4 动能和势能
第十一章 功与机械能
授课教师： . 班 级： . 时 间： .
1.知道物体具有能量的含义 、机械能的概念。
2.知道动能、重力势能、弹性势能分别与哪些因素有关。
3.知道动能、重力势能、弹性势能可以相互转化。
4.能解释自然界中机械能相互转化的现象。
学习目标
观察下列现象，你有什么发现？
发生形变的跳板能使运动员弹起
被拉开的弓能使箭射出
一、认识能量
观察下列现象，你有什么发现？
升高的重锤能将桩打入土中
流动的水能推动水轮发电机发电
归纳与小结
物体能够对别的物体做功，我们就说这个物体具有能量。
能量的单位与功的单位一样，在国际单位制中，功的单位是焦耳(J)，能的单位也是焦耳(J)。
观察与思考
下列哪种风具有的能量最大？
（1）四、五级风能够推动帆船“逆水行舟”；
（2）八、九级大风可以使大树“前仰后合”；
（3）飓风能把大树连根拔起。
归纳与小结
在物理学中，能量和做功有密切的联系，能量反映了物体做功的本领。一个物体能做的功越多，这个物体具有的能量就越大。
观察与思考
物体由于运动而具有的能叫做动能。
动能的大小跟哪些因素有关呢？
猜想
动能的大小可能跟物体的速度有关
动能的大小可能跟物体的质量有关
二、动能
实验与探究
实验一
（1）让小球分别从斜面上A 处和B 处滚下（如图a），比较它们在平面上运动速度的大小。
（2）让同一小球分别从A 处和B 处滚下（如图b），看看哪种情况下小球将木块推得更远。
交流与讨论
质量相同时，速度越大的物体能做的功越多，表明它具有的动能越大。
实验二
（1）让不同质量的小球先后从斜面
上同一高度处滚下（如图a），
比较它们在平面上运动速度的
大小。
（2）让这两个小球从斜面上同一高
度处滚下（如图b），看看哪种
情况下小球将木块推得更远。
(a)不同质量的小球从同一高度处滚下
(b)不同质量的小球从同一高度处滚下后碰上木块
速度相同时，质量越大的物体能做的功越多，表明它具有的动能越大。
交流与讨论
归纳与小结
物体的动能与速度和质量有关，速度越大，质量越大，它具有的动能就越大。
观察与思考
以同样速度行驶的大货车和小汽车，哪个动能大 行驶时哪个危险性更高 为什么
观察下列图片，你有什么发现？
三、势能
(a)被升高的重锤落下时能对木桩做功
(b)变形的撑竿能对运动员做功
物理学中高处的物体由于受重力作用而具有的能叫做重力势能。
交流与讨论
物体发生弹性形变而具有的能叫做弹性势能。
重力势能和弹性势能统称为势能。
思考：重力势能的大小跟什么因素有关？
实验与探究
（1）先让同一重物从不同的高度落
下，打击小木桩，观察和比较
小木桩被打入沙中的深度。
（2）用质量不同的物体分别从同一
高度落下，打击小木桩，观察
和比较小木桩被打入沙中的深度。
物体的位置越高，质量越大，它具有的重力势能就越大。
交流与讨论
归纳与小结
大量事实和实验表明：物体的位置越高，质量越大，它具有的重力势能就越大；弹性物体的弹性越强，形变越大，它具有的弹性势能就越大。
观察与思考
说说下列情况的物体都具有哪些能？
动能和重力势能
动能和重力势能
四、机械能的转化
交流与讨论
物体的动能和势能统称为机械能。
一个物体可以既有动能，又有势能，也可以只具有动能或者只具有势能。
思考：动能与势能是否可以相互转化呢？
实验与探究
A.探究摆球的动能与势能的转化
如图所示，将小球拉到A处，然后释放。仔细观察小球摆动的情况；比较小球在点A、B 和中间点C 的势能和动能的情况。
A→C
重力势能转化为动能
C→B
动能转化为重力势能
归纳与小结
物体具有的动能与势能是可以相互转化的。
实验与探究
B.动能与势能转化的应用
在杂技表演中，演员们的动能与势能是怎样相互转化的？
在玩蹦蹦床的过程中，人的动能与势能是怎样相互转化的？
游乐场中的过山车沿轨道运动时，动能与势能是怎样
相互转化的？
摆球每次上升达到的高度都比前一次要低些，这是什么原因？
观察与思考
由于存在空气阻力的作用，使摆球每次上升的高度和到达最低处的速度都逐渐减小，这说明摆球的机械能减少了。
归纳与小结
物体的动能与势能是可以相互转化的；有摩擦等阻力时，在动能与势能的相互转化中，机械能会减少。
说说水力发电站机械能的转化情况。
观察与思考
水力发电是水的机械能转化为电能；电动机工作时，
是电能转化为机械能。
能
1. 关于能量的概念，下列说法正确的是(　C　)
A. 高山上静止的石头不具有能量
B. 物体做的功越多，说明物体具有的能量越多
C. 只要物体能够做功，就说明物体具有能量
D. 只有正在做功的物体才具有能量
C
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
1
动能
2. [2023·阜阳期末改编]下列物体具有动能的是(　B　)
A. 静止在水平面的小汽车
B. 正在下落的雨滴
C. 坐在教室里听课的同学
D. 阳台上的花盆
B
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
1
3. 一个人跑步时与走路时相比，跑步时的动能 (填
“较大”或“较小”)；甲、乙两辆相同的卡车，甲满
载，乙空载，当它们以相同的速度行驶时， 车的动
能较小。
较大　
乙　
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
1
4. 【原创题】在合肥某社区举行的家庭趣味运动会上，小明
的爸爸和小刚的爸爸都参加了60 m的障碍赛，他们以相同
的速度运动并同时到达终点。小明认为自己爸爸的动能
大，因为小刚的爸爸 小。
质量　
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
1
5. [2024·亳州月考]在“探究物体的动能大小与哪些因素有
关”的实验中，同学们做了如图所示三个实验，将小球沿
着同一斜面由静止释放，并与同一水平面上的同一木块相
碰，木块在水平面上移动一段距离后静止。
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
1
(1)为了研究物体动能与速度的关系，选择 两
个图进行比较，得到的结论是：小球的质量一定时，
越大，则动能越大。
(2)为了研究物体动能与质量的关系，实验中应选择
两个图进行比较，得到的结论是：小球的速度一定
时， 越大，则动能越大。
(3)实验中，通过比较 来判断小球动能
的大小，这种实验方法是 法。
甲、乙　
速度　
甲、
丙　
质量　
木块移动的距离　
转换　
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
1
重力势能
6. 【教材改编题】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＝m2＜m3。实验时，让
物体从木桩正上方的某一高度处自由下落，将木桩打入沙
中，三次实验木桩进入沙中的深度如图所示，木桩进入沙
中的深度越深，则物体对木桩做的功越 ，比较图
a、b可知：物体重力势能的大小与物体的 有关；
比较图 可知：物体重力势能的大小与物体的质量
有关。
多　
高度　
a、c　
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
1
7. [2024·淮南月考]如图所示，货架上A、B、C、D四个体积
相同的实心球，已知ρA＝ρB＞ρC＝ρD，则A与B相
比， 重力势能大，B与C相比， 重力势能大。
A　
B　
方法点睛：物体重力势能的大小与物体的质量和所处的高
度有关，质量大、高度高的物体重力势能大。
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
1
8. [2023·湛江雷州期末]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其发生 大小有关。
远　
形变程度　
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
1
9. 课堂上，同学们就“悬挂在教室天花板下的灯是否具有重
力势能”展开了热烈讨论。下列说法正确的是(　C　)
A. 灯处于静止状态，重力没有做功，故没有重力势能
B. 灯只在掉下的过程中(运动起来)才具有重力势能
C. 灯虽处于静止状态，但有重力势能
D. 以上说法均不对
C
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
1
10. [2023·宿州泗县期末]如图所示，弹簧下端悬挂一个实心
小球，用手托住小球，小球静止在A点，此时弹簧处于自
然长度。释放小球，小球向下运动到最低点B(不超过弹
簧弹性限度)，小球从A点运动到B点的过程中，
(填“小球动能”“小球重力势能”或“弹簧
的弹性势能”)不断增大。
弹簧的
弹性势能　
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
1
11. [立德树人·中国智慧][2024·阜阳月考]2023年7月27日，搭
载遥感三十六号卫星的长征二号丁遥八十一火箭，在西
昌卫星发射中心成功发射。若不计燃料和外壳的质量损
耗，在加速升空过程中，三十六号卫星的重力势能
，火箭的动能 。(均填“变大”“变小”或
“不变”)
变
大　
变大　
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
1
12. 【原创题】2023年7月31日，在我国成都举行的第31届世
界大学生夏季运动会中，我国选手摘得男子双人3米跳板
的金牌。运动员离开跳板后，向上纵起，然后下落，在
此过程中(　C　)
C
A. 动能一直增大
B. 重力势能一直减小
C. 动能先减小后增大
D. 重力势能先减小后增大
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
1
13. 【物理与日常生活】随着科技的发展，越来越多的智能
产品进入了我们的生活，代替了人工进行劳作。如图是
某款无人驾驶扫地车，正在平直路面上匀速前进，并将
地面上的垃圾吸入车内。此过程中，扫地车整体的
(　B　)
B
A. 动能不变，重力势能变小
B. 动能变大，重力势能变大
C. 动能变大，重力势能不变
D. 动能变小，重力势能不变
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
1
14. [2024·亳州月考改编]如图所示，在“探究影响重力势能
大小的因素”实验中，有三个实心的、大小相同的铁球
A、铁球B和塑料球C，球A、C离沙地高度相同。现让三
个球同时由静止释放，球落到沙地上的状态如图中虚线
球所示。
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
1
(1)根据三个小球在沙地中下陷的深度可以判断出释放前
球 的重力势能最大。
(2)比较球A、C可得出重力势能大小与 的关系。
A　
质量　
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
1
一、能量
二、动能
三、势能
1.重力势能
2.弹性势能
四、机械能的转化
1.机械能
2.动能和势能的转化
11.4 动能和势能
谢谢观看！

展开更多......

收起↑