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2.1 功和机械能
第3课时 功和能、动能、势能
你把放在地面上的书包慢慢提到某一高度，然后停留几秒钟，再慢慢下降放回到地面。把书包提起的过程中，你对书包做了功。当你慢慢把书包放回地面时，会感受到书包拉着手下降，这个过程中书包对你做了功。
运动的物体也具有做功的本领。流动的水能够推动水车转动，流动的空气(风)能够推动风车转动，飞行的子弹能够穿透钢板，这些情形中，流水、风、飞行的子弹都具有做功的本领。
可见，举高的书包有做功的本领。
由此可见，举高的物体、运动的物体都具有能量。
1、能：
四、功与能
物体具有做功的本领，科学上就说这个物体具有能。
阳光照射将能转移给庄稼
人们的生活离不开能，生活中的衣、食、住、行，以及各式各样用品的制作等，都和“能”有密切关系。
运动的小孩具有能
燃烧的木材释放能
结合举重和人推车等事例，谈谈做功与能的转化的关系。
举重：
人推车：
举重运动员具有能量才能对杠铃做功，当举重运动员举起杠铃时，运动员对杠铃做了功。通过这个过程，运动员的化学能转化为杠铃的重力势能。
推车的人有能量才能对车做功，人推车时，人对车做了功，人的化学能转化为车的动能。
能的单位与功的单位一样，也是焦耳。
对物体做功可以使物体获得相应的能，而具有能的物体也可以对外做功。举重运动员具有能才会对杠铃做功，推车的人具有能才会对车做功。
做功的过程实质就是能的转化的过程，力对物体做多少功，就有多少能发生了转化。因此，可以用做功的多少来量度能的转化的多少。
功是能的转化的量度，做功的快慢也就是能的转化的快慢。根据这一观点，请叙述例题中起重机的功率为1.47kW的意义。
功率在数值上等于物体单位时间所做的功，起重机的功率为1.47kW表示起重机在1秒内完成的功为1.47千焦。即起重机在1秒内有1470焦的电能转化为机械能。
塔式起重机
掷出的铅球
物体由于做机械运动而具有的能。
流动的空气(风)、流动的水、飞翔的小鸟、行走的人、行驶的汽车、掷出的铅球等物体，都具有动能。
一切做机械运动的物体都具有动能。那么，物体动能的大小跟哪些因素有关呢？
五、动能：
流动的空气
流动的水
飞翔的小鸟
行驶的汽车
1.如图2.1-10 所示，小钢球A从斜面上h高度处滚下，在水平面上运动，撞击放在水平面上的木块B，并将木块B推出一段距离s。比较木块B被推出距离的远近，推断小钢球A的动能大小。
小钢球撞击木块
小球从斜面上h高度处滚下
小钢球滚到水平面时获得动能
钢球动能越大木块被推开距离越大
转换法
用木块被推开距离来判断小球动能大小
2.让同一个小钢球从斜面上不同的高度处分别由静止开始沿斜面滚下，观察小钢球滚到水平面时的运动快慢，比较木块被小钢球推出的距离大小。
h1 >h2
v1 >v2
s1 >s2
实验结论：
高度不同
质量相等的物体，运动的速度越大，动能越大。
控制变量法
实验目的：
研究动能大小与速度的关系
变量控制：
质量相同，速度不同
v
v
m
m
M
(h1 >h2)
(v1 >v2)
M=m
3.让不同质量的小钢球从斜面上相同的高度处分别由静止开始沿斜面滚下，观察小钢球滚到水平面时的运动快慢，比较木块被小钢球推出的距离大小。
mv3
s1 v1 =v3
高度h相同
实验结论：
速度相同时，物体的质量越大，动能越大。
4.你还能设计其他方案来探究物体动能大小与哪些因素有关吗？
v
v
m
m
M
实验目的：
研究动能大小与质量的关系
变量控制：
速度相同，质量不同
(m控制变量法
视频：影响动能的因素
1.图2.1-11中的汽车和摩托车，哪一个动能大
汽车和摩托车的速度相同，汽车的质量大于摩托车质量，因此汽车的动能大于摩托车的动能。
动能大小与物体的质量及速度都有关。速度相同时，质量大的大型客车具有的动能比小型客车大，若发生紧急情况需要刹车时，大型客车需要的制动距离更大。为了让大小型客车制动距离相同，大型客车的限速更低。
2.在同一条高速公路上，为什么对小型客车、大型客车的速度限制是不同的
台风来临之前，街道都会通知广大业主收掉放在阳台上的花盆，连雨季节，山上的落石会对汽车造成很大的危害。你能解释其中的科学道理吗？
高处的物体储存了较大的重力势能，下落时会转化为强大的动能，从而对人体和财产造成伤害。
1、重力势能：
游乐园中，过山车能够从轨道的最高处飞驰而下，这是因为有其他机械装置把过山车拉到轨道的最高处，给过山车储存了重力势能。
高处过山车储存了重力势能
六、势能：
举高的书也储存一定重力势能，当它下落时会将重力势能释放出来。
物体由于被举高而具有的能叫作重力势能。
如图2.1-12所示，某同学右手从图甲的位置将哑铃向上举起到图乙的位置，人有没有对哑铃做功？在图乙的位置，左右两手的哑铃具有相同的重力势能吗？
1、右手从图甲的位置将哑铃向上举起到图乙的位置，哑铃的空间位
置变高，重力势能变大，人对哑铃做了功。
2、在图乙位置，右手的哑铃高度更高，具有的重力势能更大。
甲
乙
打桩机打桩时，先把重锤高高举起，然后重锤下落，把桩打入地里。高高举起的重锤具有重力势能。
相同质量的重锤，所处的位置越高，它具有的重力势能就越大。
处在相同高度的重锤，质量越大，它具有的重力势能就越大。
甲 质量相同，高度不同
乙 质量不同，高度相同
图2.1-13 打桩机打桩
物体的质量越大，被举得越高，具有的重力势能就越大。
利用水力发电时，需要建造大坝，以提高水位、储存更多的水，也就是尽量使水的重力势能更大。
水力发电原理
拦河大坝
重力势能大小的影响因素：
质量、
高度。
发生形变的物体储存了能，在恢复形变过程中会做功。因此，发生形变的物体也具有能。射箭运动员把弓拉弯的过程中，给弓储存了能；网球拍击打网球时，球网发生了形变，从而储存了能。
2、弹性势能：
运动员射箭
发生形变的球网
物体由于发生弹性形变而具有的能量。
当物体恢复原状时就会释放出能。
显然，射箭时手拉弓弦使弓的形变越大。箭就射得越远。弹性势能大小跟物体形变的大小有关，物体弹性形变越大，弹性势能就越大。
势能
重力势能
弹性势能
弹性势能大小的影响因素：
弹性势形变的程度
1．下列物体中只具有动能的有＿＿＿＿, 只具有重力势能的有＿＿＿＿，既具有动 能又具有重力势能的有 ＿＿＿＿。
(1)水平公路上行驶的汽车。
(2)空中停着的直升机。
(3)被起重机举起的集装箱。
(4)被运动员掷出在空中飞行的铅球。
(5)光滑水平面上匀速运动的小车。
(6)从枪膛里被射出的子弹。
(1)
(2)
(4)
(5)
(6)
(3)
2、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，质量为m和2m的小球分别沿同一斜面按照实验要求下滑，与水平面上的纸盒相碰，纸盒在水平面上移动一段距离后静止。下列说法正确的是（　　）
A．实验中所探究的“物体的动能”是指纸盒的动能
B．此实验中物体动能的大小是通过纸盒移动的距离来表示的
C．由甲乙两图可知物体动能的大小与物体的速度无关
D．由甲丙两图可知，物体的动能大小与物体的高度有关
B
3、跳远运动员为了取得好成绩，往往要快速助跑，这是为了( )
A．增大惯性 B．增大动能
C．增大势能 D．增大冲力
B
4、下列现象中，动能和势能都增加的是（　 ）
A.被玩具枪水平射出的子弹
B.加速冲下山坡的汽车
C.上升越来越快的氢气球
D.平直轨道上行驶的火车
C
再见

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