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第十一章 功和机械能
第 3 节 动能和势能
素养目标
1. 通过对生活实例的观察和分析，从做功的角度描述能量，了解能量和做功的关系。知道动能、重力势能和弹性势能的概念。能用能量的观点解释生产生活中的现象，初步形成能量的观念。
2. 通过分析现象和抽象概括建立动能、重力势能、弹性势能的概念，发展科学思维。
3. 基于生活经验，提出动能、势能相关的研究问题，经历实验探究过程，进行分析论证，提升科学探究能力。
4. 通过解释生活现象，学会从能量的视角分析物理问题，懂得遵循自然规律，增强社会责任感。
创设情景，引入新课
一辆车停在某高层住宅的楼下，车顶遭到损毁，警察在现场只看到了一些碎的西瓜皮。经过认真分析，原来“罪魁祸首”正是这些西瓜皮。
坚固的车顶居然能被西瓜皮砸坏，这是什么原因呢
要是被其它坚硬物体砸，是否更厉害？
能 量
1. 现象探究：什么情况下能做功。
石头下落
分析：流动的水对水车做了功；飞行的子弹对木桩做了功；拉开的弓对箭做了功；下落的石头砸向地面，石头对地面做了功。
探究归纳：上述实例的共同特点是物体对外做了功。
2. 能量
（1）概念
物体能够对外做功，就说这个物体具有能
量，简称能。上述事例中，流动的水、飞行的子弹、拉开的弓都具有能量。
（2）能量的单位
物体做功的过程就是能量的转化过程，因此能量的单位与功的单位相同，都是 （ ）。
（3）理解能量
①能量的实质：物体做功的过程就是
的转化过程。功是 变化的量度，一个物体能够做的功越多，说明该物体具有的某种能量转化为其它的形式的能量就越多，即表示这个物体的 越大。
所以 是表
示物体做功本领
的物理量。
焦耳
J
能量
能量
能量
能量
②理解“能够对外做功”
物体“能够对外做功”并不等同于
做功。有能量的物体 做功，但能够做功的物体 有能量。例如：被举高的重锤在空中静止，它虽然现在没有做功，但当它下落时，可将木桩打入地下而做功，所以被举高的重锤具有做功的本领，它具有能量。
动 能
1. 动能
（1）问题探究：运动的物体是否具有能？
分析以下事例，看看运动的物体能否做功？
不一定
正在
一定
现象分析：台风、汽车、火箭都在运动，都能够做功，所以 能量。
探究发现：运动的物体 能量。
（2）动能
物体由于运动而 的能，叫作动能。物体的动能越大，它能对其他物体做的功就越多。
一切运动的物体都 动能。例如，
空中飞行的飞机、地上行驶的汽车、河水的流动等。
具有
具有
具有
具有
2. 研究物体的动能跟哪些因素有关
猜想与假设
动能是由于物体运动而具有的能，子弹飞行的速度大，对物体的杀伤力也大（做功多），所以动能可能与物体的运动速度有关。
锤子击碎物体时，锤头的质量越大，破坏力越强（做功越多），动能的大小可能与物体的质量有关。
实验思路
（1）实验方法：转换法与控制变量法
如下图所示，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，能
将B撞出一段距离s。在同一水平面上，木块B被撞得越远，钢球A对B做的功就越多，A的动能越大。
①转换法：木块通过被小球撞击运动的 来反映动能的大小。
视频欣赏——《转换法》
②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
距离s
实验这两个变量只能变化一个。
控制质量不变，改变
的方法：
控制速度不变，改变其
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滚下。
实验过程
探究一：探究动能大小与速度的关系
①控制钢球的质量m不变。
②让同一钢球A分别从不同的高度由静止开始滚下，撞击木块B。
③观察并测量木块被撞出的距离s。
速度
质量
探究二：探究动能大小与质量的关系
①控制速度不变，即固定钢球在滑槽上的释放
②改变钢球的质量m。
③观察并测量木块被撞出的距离s。
位置的高度h。
分析与论证
探究（1）中：
在质量相同时，钢球下落的高度越 ，钢球达到斜面底端的速度越 ，木块被撞击滑行的距离越 ，说明：
钢球的动能与速度 关，质量相同时，速度越大，动能越 。
探究（2）中：不同钢球从同一高度滚下，达到斜面底端时的速度相同，钢球
质量越 ，木块被撞击滑行的距离越 ，说明：
球的钢动能与质量 关，速度相同时，质量越大，动能越 。
实验结论
质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越 ；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越 。
高
大
远
有
大
大
远
有
大
大
大
交流与讨论
（1）使钢球获得动能的方法：将钢球由斜面某一高度静止释放（重力势能转化为 ）。
（2）将钢球放在斜面上同一高度处静止释放的目的：控制钢球达到斜面底端时具有相同的 （钢球的速度与质量 关）。
动能
初速度
无
（3）将质量相同的钢球由斜面上不同位置静止释放的目的：改变钢球达到斜面底端时的 。
（4）水平面绝对光滑时对实验的影响：钢球撞击木块后木块移动的距离 确定，则钢球动能的大小
比较。
换质量更小的 ，换更长的
。
（5）实验改进：木块被撞后滑出木板的解决办法：换质量更大的
（6）实验结论的应用：生活中超载、超速问题（超速时的速度大，超载时的质量大，则动能就
，危险性 ）。
3. 与动能有关的现象及解释
初速度
无法
无法
木块
钢球
木板
大
大
如图所示是一些道路的标志牌：小型客车最高行驶速度不得超过
km/h；大型客车、载货汽车最高行驶速度不得超过 km/h。
请你用物理知识解释，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，对不同车型会设定不一样的最高行驶速度
同一辆汽车，质量不变，速度越大，具有的动能越大，危害性越大。所以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。
100
80
车型不同，车的载重量就不同，也就是说，车的质量有大有小。如果车的行驶速度相同，质量大的，动能 ，在道路上行驶时，危险性就 。
因此，在同样的道路上，交通管理部门会对不同车型设定不同的
行驶速度。
视频演示——《探究影响动能大小的因素》
大
大
最高
势 能
1. 重力势能
（1）现象探究：被举高的物体能做功。
【观察现象】
①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。
【分析】被举高的重锤能够对桩做功，说明被举高的重锤具有 。
能量
②高空抛物现象曾被称为“悬在城市上空的痛”。它曾与“乱扔垃圾”齐名，排名第二。高空抛物，既伤人又伤物。
【分析】高空的物体能够 ，说明高处的物体具有 。
探究归纳:高处的物体都具有 。
想一想：高处的物体具有什么样的能呢？
（2）重力势能
在地球表面附近，物体由于受到重力并处在一定 时所具有的能，叫作重力势能。
山顶的巨石、举高的重锤都具有做功的本领，即具有 。这种能量是物体由于受到 产生的。
做功
能量
能量
高度
势能
重力
（3）决定重力势能大小的因素
【猜想与假设】
①重力势能是由于物体处在一定高度而具有的能，所以重力势能可能与物体的位置 有关。
②位置 相同的足球和铅球下落到地面，铅球对地面做的功比足球大得多，推测重力势能可能与物体的 有关。
物体离地面越高、质量越大，做功的本领越
。
高度
高度
质量
强
设计并进行实验
探究一：探究重力势能的大小与高度的关系
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。
探究二：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。
分析与论证
探究一：同一物体从不同高度的位置下落时，桌腿在沙坑下陷的深度不同；高度越高，桌腿在沙坑下陷的深度越大。
说明：质量相等的物体，位置越高，重力势能越 。
探究二：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.
说明：高度相同时，物体的质量越大，重力势能越 。
大
大
实验结论
大量实验表明：物体的重力势能与物体的 和 有关， 越大，
越高，它的重力势能就越大。
想想议议
我国的乌东德水电站的拦河拱坝高270 m。水电站满负荷发电时，一天的发电量就可以满足30万人1年的生活用电。我国葛洲坝水电站的拦河坝高70 m。
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
质量
质量
位置
位置
不能。
想想议议
在建筑工地上，常常看到以下的指示牌，你知道这些安全警示牌表示什么
含义？其中包含的物理原理是什么？
这些安全警示牌表示防止高空物体的下落。可见高空坠物非常危险，为什么？
因为水库中水的重力势能大小与水的质量和高度有关，虽然乌东德水电站比葛洲坝拦河坝高，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。
因为处于高空的物体具有很大的
能，一旦下落后，做的功也多，对人的伤害更大。
2. 弹性势能
（1）现象探究：物体发生弹性形变与做功
运动员在参加射箭比赛时，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？
被拉弯的弓可以把箭射出去，弓对箭做了功；发生形变的蹦床把人弹起来，弹簧对人做了功。
共同特点：发生弹性形变的物体能对其他物体做功，表明它具有能量。
重力势
（2）弹性势能
物体由于发生 形变而具有的能叫作弹性势能。
发生形变的物体在恢复形变时可以
，因此具有 。例如，发生形变的网球拍能将网球弹出，具有弹性能量。
（3）影响弹性势能的因素
弹性
做功
能量
【结论】物体的 形变越大，它具有的 势能就越大。
【分析】图甲中橡皮筋的形变越大，“子弹”被弹射得越远；图乙中弹簧的形变越大，小车被弹得越远。
探究结论
大量实验表明：影响弹性势能大小的因素是物体本身的 和 形变的程度。
在材料相同时，物体的弹性形变越大，它具有的弹性势能就越大。
（4）重力势能和弹性势能是常见的两种势能。
弹性
弹性
材料
弹性
课堂总结（1）
课堂总结（2）
动能和势能
重力势能
弹性势能
动能
能量
①定义：物体能够对外做功，就说这个物体具有能量.
②实质：物体做功的过程，就是能的转化过程. 能量是表示物体做功 本领的物理量.
③单位：焦耳（J）.
①定义：物体由于运动而具有的能叫作动能.
②影响因素：物体的速度越大，质量越大，它的动能就越大.
①定义：物体由于受到重力并处在一定高度时所具有的能.
②影响因素：物体的质量越大、位置越高，它的重力势能越大.
①定义：物体由于发生弹性形变而具有的能量.
②影响因素：物体的弹性形变越大，它具有的弹性势能就越大.
课堂总结（3）
物体由于运动而具有的能量
质量和速度
物体由于受到重力并处在一定高度时所具有的能
质量和高度
物体由于发生弹性形变而具有的能量
弹性形变程度和材料
都是能量的一种具体形式，都具有做功的本领，单位都是焦耳（J）.
课堂练习
1.在“研究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中，让质量不同的钢球从同一高度由静止开始滚下的目的是什么 你是通过观察什么现象来比较钢球动能大小的
实验中是通过观察木块被撞击后移动距
让质量不同的钢球从同一高度由静止开始滚下的目的是使钢球到达水平面时的速度相同。
2. 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
离的远近来比较钢球动能大小的，距离越远说明钢球的动能越大。
B
3.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。
（1）水平公路上行驶的汽车在运动，具有动能。
（2）悬挂在天花板上的吊灯在高处，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。
4.力和运动、功和能量是物理学的核心概念，它们之间存在着密切的联系。关于力和运动、功和能量之间的关系，下列说法错误的是（　　）
A．运动的物体一定具有能量
B．物体受到力的作用，力一定对物体做功
C．做功的本质是能量的转化
D．功和能量的单位都是焦耳
B
5.如图所示，2023年5月30日9时31分，搭载神舟十六号载人飞船的长征二号F遥十六运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射。在火箭加速上升的过程中，关于神舟十六号载人飞船，下列说法正确的是（ ）
A．动能增加，重力势能增加
B．动能不变，重力势能不变
C．动能不变，重力势能增加
D．动能增加，重力势能不变
A
下 课
Thanks!
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