资源简介

　　　　　　　　　　　11.4　动能和势能
学习目标
1.知道什么是动能、重力势能、弹性势能、机械能。 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。
课时1　认识动能、势能及其影响因素
知识点一　能量
1．物体能够对别的物体做功，我们就说这个物体具有能量，能量简称能。
2．能量的单位与功的单位一样，国际单位用焦耳来表达，符号为J。
3．能量属于一个广泛的词语，生活中能的形式多种多样，例如，动能、重力势能、弹性势能、光能、热能、电能、风能、核能、水能、化学能等，通常这些能都用符号E来表达。
知识点二　动能
4．动能：物体由于运动而具有的能。
5．动能的大小：质量相同时，速度越大的物体能做的功越多，表明它具有的动能大；速度相同时，质量越大的物体能做的功越多，表明它具有的动能大。
知识点三　势能
6．重力势能：把高处的物体由于受重力作用而具有的能叫做重力势能。
7．弹性势能：物体发生弹性形变而具有的能叫做弹性势能。
8．重力势能和弹性势能统称为势能。
9．重力势能的影响因素：质量和高度。
10．探究重力势能的大小与哪些因素有关。
(1)实验方法：转换法和控制变量法。
(2)如何观察物体重力势能大小：通过观察和比较小木桩打入沙中的深度。
(3)结论：当物体高度相同时，质量越大，它具有的重力势能越大；当物体质量相同时，高度越大，它具有的重力势能越大。
重点一　动能、势能相关判断
1．判断质量m的变化：正在洒水的洒水车、空投救灾物资的飞机、正在升空的火箭——m减小；正在工作的扫地机器人——m增大。
2．判断速度v大小的变化：匀速——v不变；加速、起动——v增大；减速(仅受重力、支持力、摩擦力的物体在粗糙水平面滑行)、刹车——v减小。
3．判断高度h的变化：上升、起飞——h增大；下落、下滑、降落、水流到下游——h减小；水平路面、悬停——h不变；近地点——h最小；远地点——h最大。
4．判断弹性形变程度：物体弹性形变程度越大，弹性势能越大；物体弹性形变程度越小，弹性势能越小。
【跟踪训练】 1．1970年4月24日，我国成功发射了第一颗人造地球卫星东方红一号，该卫星至今还运行在一个椭圆形的轨道上，东方红一号随火箭加速升空的过程中，其重力势能________(选填“变大”“变小”或“不变”)；当卫星运行到近地点时，________能最大，________能最小。
【答案】变大　动　势
重点二　探究动能的大小跟哪些因素有关
本实验应用了控制变量法和转换法。
步骤Ⅰ．让同一小球分别从斜面上A处和B处由静止开始滚下后碰上木块(如图甲)。
步骤Ⅱ．让不同质量的小球先后从斜面上同一高度滚下后碰上木块(如图乙)。
(1)步骤Ⅰ是为了研究动能大小与速度的关系。
(2)步骤Ⅱ是为了研究动能大小与质量的关系。
(3)该实验中斜面的作用是为了控制小球速度的大小，木块的作用是为了比较小球动能的大小。
【跟踪训练】 2．如图所示是“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验装置图。实验中让小球从斜槽的某个位置由静止滚下，撞击水平面上的木块，将木块撞出一段距离。
(1)实验中探究的是________(选填“小球”或“木块”)的动能大小的影响因素。
(2)实验中物体动能的大小是通过________(选填“s”或“h”)的大小来反映的，这种常用的实验方法称为________法。
(3)在探究动能与速度的关系时，要保持小球的________不变，让小球从________(选填“相同”或“不同”)的高度由静止开始滚下，以不同的速度推动木块移动。
(4)若让不同质量的小球从斜槽同一高度由静止开始滚下，目的是探究物体的动能与物体的________(选填“质量”或“速度”)的关系。
【答案】(1)小球　(2)s　转换　(3)质量　不同　(4)质量
基础巩固
1．下列关于能的叙述都正确的一组是(　A　)。
①一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能　②一个物体没有做功，它一定不具有能量　③一个物体已做过的功越多，说明这个物体具有的能越多　④运动的物体具有能，静止的物体没有能　⑤物体具有的能越多，做的功越多　⑥物体具有的能越多，它能做的功就越多
A．①⑥ B．①②⑤
C．④⑤⑥ D．①③⑥
2．射箭运动员用力将弓拉弯，此时的弓具有_________能；松手后箭被射出向前运动，说明力可以改变物体的__________；弓拉得越满，箭飞得越远，由此可以推断物体的________________越大，它具有的弹性势能越大。
【答案】弹性势　运动状态　弹性形变程度(形变量)
3．(跨学科)小安到家乡某区域进行跨学科主题学习，如图为该区域等高线地形示意图。若在该河段开展野外漂流活动，皮划艇从A点行驶到C点的过程中，其重力势能将(　C　)。
A.不变 B．变大
C．变小 D．先变大后变小
能力达标
4．如图所示是甲、乙两辆相同小车的s-t图像，关于这两辆小车的动能，以下判断正确的是(　B　)。
A．甲、乙两车的动能相等
B．甲车的动能大
C．乙车的动能大
D．缺乏条件，无法判断
5．如图是物体离手后，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　)。
A．斜向上投掷出去的铅球
B．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
6．(2025·深圳南山区校级三模)如图是探究“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验示意图。
(1)实验要探究的是物体动能的大小与物体________和质量的关系。
(2)实验中探究的是________(选填“小球”或“木块”)的动能，物体动能的大小是通过________(选填“s”或“h”)的大小来反映的。
【答案】(1)速度　 (2)小球　s
素养提升
7．某同学在探究“弹性势能大小与形变量的关系”时，猜测弹性势能可能与形变量x成正比，也可能与形变量的平方x2成正比。用如图甲所示装置进行探究，将弹簧套在光滑竖直杆上且底端固定在水平面上，刻度尺与杆平行，进行了如下操作：
①弹簧处于自由状态时，读出其上端距水平面的高度h0；
②将中间有孔的小铁块套在光滑杆上放于弹簧上端，竖直向下按压铁块，读出此时弹簧上端到水平面的高度h1；
③释放小铁块，当铁块上升到最大高度时，读出铁块下端到水平面的高度h2；
④改变弹簧的压缩长度，重复步骤②③，将测出的数据记录在表格中，并计算出弹簧的形变量x、形变量的平方x2和小铁块上升的距离Δh。
实验次数 h0/m h1/m h2/m x/m x2/m2 Δh/m
1 0.50 0.40 0.55 0.10 0.01 0.15
2 0.50 0.30 0.90 0.20 0.04 0.60
3 0.50 0.20 1.55 0.30 0.09 1.35
4 0.50 0.15 2.00 0.35 0.12 1.85
(1)实验中弹簧的形变量x＝________(用所测物理量符号表示)。
(2)本实验中，弹簧弹性势能大小是通过________(填字母)来间接反映的。
A．h1 B．h2
C．h2－h0 D．h2－h1
(3)该同学根据表中数据分别作出图乙Δh-x和图丙Δh-x2图像，由此得到的结论是弹簧弹性势能的大小与____________成正比。
【答案】(1)h0－h1　(2)D　(3)形变量的平方
课时2　机械能及其转化
1．物体的动能和势能统称为机械能。
2．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。
重点　机械能相关判断
1．机械能守恒能量转化图。
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，即机械能是守恒的。
2．机械能不守恒能量分析。
除机械能之外的能量参与转化，如：火箭发射，内能做功转化为动能，机械能增大；雨滴从高空落下，部分机械能转化为内能，机械能减小。
【跟踪训练】 如图是滚摆完成一次下降和上升的示意图，下列关于该过程中滚摆能量转化的说法正确的是(　D　)。
A．整个过程中滚摆的机械能守恒
B．从起点到甲位置的过程中将动能转化为重力势能
C．从最低点反弹上升时将重力势能转化为动能
D．甲位置的动能大于乙位置的动能
基础巩固
1．抽水蓄能电站白天时放出水用来发电，下列关于水向下流动时能量转化分析正确的是(　C　)。
A．水的重力势能增加
B．水的动能减少
C．水的重力势能转化为动能
D．水的动能转化为重力势能
2．运动员在自由式滑雪的训练过程中运动的轨迹(a→b→c→d→e)如图所示，如果不计空气阻力，则下列说法不正确的是(　D　)。
A．从a点下滑到b点的过程中，动能增加
B．从b点运动到c点的过程中，重力势能增加
C．在c点的机械能等于在d点的机械能
D．在a点的重力势能等于在c点的重力势能
3．小华利用橡皮筋和钩码制作了如图所示的“魔罐”。在水平地面上用手将它推出，滚动一段时间后，它能自动折返。“魔罐”被推出后向前滚动的过程中，(　A　)。
A．动能转化为弹性势能
B．弹性势能转化为动能
C．重力势能转化为弹性势能
D．弹性势能转化为重力势能
4．如图所示，弹簧的一端固定在竖直墙壁上，另一端连接一个小球。小球在A点时弹簧处于原长，向左推动小球将弹簧压缩至B点后松手，小球在光滑水平地面BC间来回运动。不计空气阻力，下列说法正确的是(　A　)。
A．小球在A点时的动能大小等于小球在C点时弹簧的弹性势能大小
B.小球从B 点运动至A点的过程中，小球的动能与弹簧的弹性势能都增加
C．小球从A点运动至C点的过程中，弹簧的弹性势能转化为小球的动能
D．小球从C点运动至B点的过程中，弹簧的弹性势能转化为小球的动能
5．(2025·广州越秀区校级二模)嫦娥五号返回器用类似“打水漂”的方式着陆地球，其着陆过程的部分轨迹简化为如图所示。AB段返回器的动能________(选填“变大”“变小”或“不变”)；BC段返回器的机械能________(选填“变大”“变小”或“不变”)；CD段返回器动能增加量________(选填“大于”“小于”或“等于”)重力势能的减小量。
【答案】变小　不变　小于
能力达标
6．很多同学都玩过荡秋千，下列说法正确的是(　D　)。
A．秋千荡到最低点时只有动能
B．秋千荡到最高点时有重力势能和动能
C．从最低点荡到最高点的过程中重力势能转化为动能
D．从最高点荡到最低点的过程中动能增大，重力势能减少
7．(2025·深圳二模)一个小球被水平抛出后，其部分运动轨迹如图甲所示，图中位置①和位置③距离地面的高度相等。图乙中的M、N两点对应图甲中“①”“②”或“③”中的两个位置，其动能和重力势能的参数如图乙所示，则(　D　)。
A．图乙中的M点对应图甲中的位置②
B．小球在位置③的速度比在位置②的大
C．小球在M点的重力势能大于在N点的重力势能
D．小球在位置①的动能大于260 J
8．“蹦极”是一种富有刺激性的运动项目。如图甲所示，将一根弹性橡皮绳的一端系住挑战者的腰部，另一端系于跳台。如图乙，当挑战者下落至A点时，橡皮绳刚好伸直，下落至B点时，橡皮绳对挑战者的拉力与挑战者受到的重力大小相等，C点是挑战者所能达到的最低点。对于挑战者从离开跳台到最低点的过程中(不考虑空气阻力)，下列说法正确的是(　D　)。
A．挑战者动能一直在增大
B．挑战者机械能保持不变
C．挑战者在A点的动能最大
D．挑战者减小的机械能等于橡皮绳增加的弹性势能
素养提升
9．科学家对银河系中心附近的恒星S2进行了多年的持续观测，给出了从1994年到2002年间恒星S2的位置，如图所示，科学家认为S2恒星的运动轨迹是一个椭圆。推测银河系中心可能存在着超大质量的黑洞。忽略S2恒星质量的变化，根据图片信息，下列说法中正确的是(　D　)。
A.黑洞可能位于椭圆轨道内部的P点
B．S2恒星在运动过程中所受合力为零
C．S2恒星在1995年时期的动能大于2001年时期的动能
D．S2恒星在1995年时期的重力势能大于2001年时期的重力势能　　　　　　　　　　　11.4　动能和势能
学习目标
1.知道什么是动能、重力势能、弹性势能、机械能。 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。
课时1　认识动能、势能及其影响因素
知识点一　能量
1．物体能够对别的物体 ，我们就说这个物体具有能量，能量简称能。
2．能量的单位与功的单位一样，国际单位用 来表达，符号为 。
3．能量属于一个广泛的词语，生活中能的形式多种多样，例如，动能、重力势能、弹性势能、光能、热能、电能、风能、核能、水能、化学能等，通常这些能都用符号E来表达。
知识点二　动能
4．动能：物体由于 而具有的能。
5．动能的大小：质量相同时， 越大的物体能做的功越多，表明它具有的动能大；速度相同时， 越大的物体能做的功越多，表明它具有的动能大。
知识点三　势能
6．重力势能：把 的物体由于受重力作用而具有的能叫做重力势能。
7．弹性势能：物体发生 而具有的能叫做弹性势能。
8．重力势能和弹性势能统称为势能。
9．重力势能的影响因素： 。
10．探究重力势能的大小与哪些因素有关。
(1)实验方法： 。
(2)如何观察物体重力势能大小：通过观察和比较小木桩打入沙中的深度。
(3)结论：当物体高度相同时， 越大，它具有的重力势能 ；当物体质量相同时， 越大，它具有的重力势能越大。
重点一　动能、势能相关判断
1．判断质量m的变化：正在洒水的洒水车、空投救灾物资的飞机、正在升空的火箭——m减小；正在工作的扫地机器人——m增大。
2．判断大小的变化：匀速——不变；加速、起动——大；减速(仅受重力、支持力、摩擦力的物体在粗糙水平面滑行)、刹车——减小。
3．判断高度h的变化：上升、起飞——增大；下落、下滑、降落、水流到下游——减小；水平路面、悬停——不变；近地点——最小；远地点——最大。
4．判断弹性形变程度：物体弹性形变程度越大，弹性势能越大；物体弹性形变程度越小，弹性势能越小。
【跟踪训练】 1．1970年4月24日，我国成功发射了第一颗人造地球卫星东方红一号，该卫星至今还运行在一个椭圆形的轨道上，东方红一号随火箭加速升空的过程中，其重力势能________(选填“变大”“变小”或“不变”)；当卫星运行到近地点时，________能最大，________能最小。
重点二　探究动能的大小跟哪些因素有关
本实验应用了控制变量法和转换法。
步骤Ⅰ．让同一小球分别从斜面上A处和B处由静止开始滚下后碰上木块(如图甲)。
步骤Ⅱ．让不同质量的小球先后从斜面上同一高度滚下后碰上木块(如图乙)。
(1)步骤Ⅰ是为了研究动能大小与速度的关系。
(2)步骤Ⅱ是为了研究动能大小与质量的关系。
(3)该实验中斜面的作用是为了控制小球速度的大小，木块的作用是为了比较小球动能的大小。
【跟踪训练】 2．如图所示是“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验装置图。实验中让小球从斜槽的某个位置由静止滚下，撞击水平面上的木块，将木块撞出一段距离。
(1)实验中探究的是________(选填“小球”或“木块”)的动能大小的影响因素。
(2)实验中物体动能的大小是通过________(选填“s”或“h”)的大小来反映的，这种常用的实验方法称为________法。
(3)在探究动能与速度的关系时，要保持小球的________不变，让小球从________(选填“相同”或“不同”)的高度由静止开始滚下，以不同的速度推动木块移动。
(4)若让不同质量的小球从斜槽同一高度由静止开始滚下，目的是探究物体的动能与物体的________(选填“质量”或“速度”)的关系。
基础巩固
1．下列关于能的叙述都正确的一组是(　)。
①一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能　②一个物体没有做功，它一定不具有能量　③一个物体已做过的功越多，说明这个物体具有的能越多　④运动的物体具有能，静止的物体没有能　⑤物体具有的能越多，做的功越多　⑥物体具有的能越多，它能做的功就越多
A．①⑥ B．①②⑤
C．④⑤⑥ D．①③⑥
2．射箭运动员用力将弓拉弯，此时的弓具有_________能；松手后箭被射出向前运动，说明力可以改变物体的__________；弓拉得越满，箭飞得越远，由此可以推断物体的________________越大，它具有的弹性势能越大。
3．(跨学科)小安到家乡某区域进行跨学科主题学习，如图为该区域等高线地形示意图。若在该河段开展野外漂流活动，皮划艇从A点行驶到C点的过程中，其重力势能将(　)。
A.不变 B．变大
C．变小 D．先变大后变小
能力达标
4．如图所示是甲、乙两辆相同小车的s-t图像，关于这两辆小车的动能，以下判断正确的是(　)。
A．甲、乙两车的动能相等
B．甲车的动能大
C．乙车的动能大
D．缺乏条件，无法判断
5．如图是物体离手后，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．斜向上投掷出去的铅球
B．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
6．(2025·深圳南山区校级三模)如图是探究“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验示意图。
(1)实验要探究的是物体动能的大小与物体________和质量的关系。
(2)实验中探究的是________(选填“小球”或“木块”)的动能，物体动能的大小是通过________(选填“s”或“h”)的大小来反映的。
素养提升
7．某同学在探究“弹性势能大小与形变量的关系”时，猜测弹性势能可能与形变量x成正比，也可能与形变量的平方x2成正比。用如图甲所示装置进行探究，将弹簧套在光滑竖直杆上且底端固定在水平面上，刻度尺与杆平行，进行了如下操作：
①弹簧处于自由状态时，读出其上端距水平面的高度h0；
②将中间有孔的小铁块套在光滑杆上放于弹簧上端，竖直向下按压铁块，读出此时弹簧上端到水平面的高度h1；
③释放小铁块，当铁块上升到最大高度时，读出铁块下端到水平面的高度h2；
④改变弹簧的压缩长度，重复步骤②③，将测出的数据记录在表格中，并计算出弹簧的形变量x、形变量的平方x2和小铁块上升的距离Δh。
实验次数 h0/m h1/m h2/m x/m x2/m2 Δh/m
1 0.50 0.40 0.55 0.10 0.01 0.15
2 0.50 0.30 0.90 0.20 0.04 0.60
3 0.50 0.20 1.55 0.30 0.09 1.35
4 0.50 0.15 2.00 0.35 0.12 1.85
(1)实验中弹簧的形变量x＝________(用所测物理量符号表示)。
(2)本实验中，弹簧弹性势能大小是通过________(填字母)来间接反映的。
A．h1 B．h2
C．h2－h0 D．h2－h1
(3)该同学根据表中数据分别作出图乙Δh-x和图丙Δh-x2图像，由此得到的结论是弹簧弹性势能的大小与____________成正比。
课时2　机械能及其转化
1．物体的动能和势能统称为机械能。
2．物体的动能与势能是可以 的；有摩擦等阻力时，在动能与势能的相互转化中，机械能会 。
重点　机械能相关判断
1．机械能守恒能量转化图。
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，即机械能是守恒的。
2．机械能不守恒能量分析。
除机械能之外的能量参与转化，如：火箭发射，内能做功转化为动能，机械能增大；雨滴从高空落下，部分机械能转化为内能，机械能减小。
【跟踪训练】 如图是滚摆完成一次下降和上升的示意图，下列关于该过程中滚摆能量转化的说法正确的是(　)。
A．整个过程中滚摆的机械能守恒
B．从起点到甲位置的过程中将动能转化为重力势能
C．从最低点反弹上升时将重力势能转化为动能
D．甲位置的动能大于乙位置的动能
基础巩固
1．抽水蓄能电站白天时放出水用来发电，下列关于水向下流动时能量转化分析正确的是(　)。
A．水的重力势能增加
B．水的动能减少
C．水的重力势能转化为动能
D．水的动能转化为重力势能
2．运动员在自由式滑雪的训练过程中运动的轨迹(a→b→c→d→e)如图所示，如果不计空气阻力，则下列说法不正确的是(　)。
A．从a点下滑到b点的过程中，动能增加
B．从b点运动到c点的过程中，重力势能增加
C．在c点的机械能等于在d点的机械能
D．在a点的重力势能等于在c点的重力势能
3．小华利用橡皮筋和钩码制作了如图所示的“魔罐”。在水平地面上用手将它推出，滚动一段时间后，它能自动折返。“魔罐”被推出后向前滚动的过程中，(　)。
A．动能转化为弹性势能
B．弹性势能转化为动能
C．重力势能转化为弹性势能
D．弹性势能转化为重力势能
4．如图所示，弹簧的一端固定在竖直墙壁上，另一端连接一个小球。小球在A点时弹簧处于原长，向左推动小球将弹簧压缩至B点后松手，小球在光滑水平地面BC间来回运动。不计空气阻力，下列说法正确的是(　)。
A．小球在A点时的动能大小等于小球在C点时弹簧的弹性势能大小
B.小球从B 点运动至A点的过程中，小球的动能与弹簧的弹性势能都增加
C．小球从A点运动至C点的过程中，弹簧的弹性势能转化为小球的动能
D．小球从C点运动至B点的过程中，弹簧的弹性势能转化为小球的动能
5．(2025·广州越秀区校级二模)嫦娥五号返回器用类似“打水漂”的方式着陆地球，其着陆过程的部分轨迹简化为如图所示。AB段返回器的动能________(选填“变大”“变小”或“不变”)；BC段返回器的机械能________(选填“变大”“变小”或“不变”)；CD段返回器动能增加量________(选填“大于”“小于”或“等于”)重力势能的减小量。
能力达标
6．很多同学都玩过荡秋千，下列说法正确的是(　)。
A．秋千荡到最低点时只有动能
B．秋千荡到最高点时有重力势能和动能
C．从最低点荡到最高点的过程中重力势能转化为动能
D．从最高点荡到最低点的过程中动能增大，重力势能减少
7．(2025·深圳二模)一个小球被水平抛出后，其部分运动轨迹如图甲所示，图中位置①和位置③距离地面的高度相等。图乙中的M、N两点对应图甲中“①”“②”或“③”中的两个位置，其动能和重力势能的参数如图乙所示，则(　)。
A．图乙中的M点对应图甲中的位置②
B．小球在位置③的速度比在位置②的大
C．小球在M点的重力势能大于在N点的重力势能
D．小球在位置①的动能大于260 J
8．“蹦极”是一种富有刺激性的运动项目。如图甲所示，将一根弹性橡皮绳的一端系住挑战者的腰部，另一端系于跳台。如图乙，当挑战者下落至A点时，橡皮绳刚好伸直，下落至B点时，橡皮绳对挑战者的拉力与挑战者受到的重力大小相等，C点是挑战者所能达到的最低点。对于挑战者从离开跳台到最低点的过程中(不考虑空气阻力)，下列说法正确的是(　)。
A．挑战者动能一直在增大
B．挑战者机械能保持不变
C．挑战者在A点的动能最大
D．挑战者减小的机械能等于橡皮绳增加的弹性势能
素养提升
9．科学家对银河系中心附近的恒星S2进行了多年的持续观测，给出了从1994年到2002年间恒星S2的位置，如图所示，科学家认为S2恒星的运动轨迹是一个椭圆。推测银河系中心可能存在着超大质量的黑洞。忽略S2恒星质量的变化，根据图片信息，下列说法中正确的是(　)。
A.黑洞可能位于椭圆轨道内部的P点
B．S2恒星在运动过程中所受合力为零
C．S2恒星在1995年时期的动能大于2001年时期的动能
D．S2恒星在1995年时期的重力势能大于2001年时期的重力势能

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