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3．4动能和势能(1)
点击要点
1．机械能：动能和势能统称为机械能。
(1)动能：物体由于 而具肴的能。
(2)重力势能：物体由于被 而具有的能。
(3)弹性势能：物体由于发生 而具有的能。
2．动能和势能的影响因素：
(1)影响动能的因素是物体的 质量相同时，速度大的物体具有的动能大；速度相同时，质量大的物体具有的动能大j
(2)影响重力势能的因素是物体的 。质量相同时，高度大的物体重力势能大；高度相同时，质量大的物体重力势能大。
(3)同一物体的弹性 越大，其弹性势能越大。
典题分析
例1 小明为了探究动能的大小与哪些因素有关，
设计了如图甲、乙所示的实验：
(1)让质量相同的两个小球沿同一光滑斜面分别从A处和B处开始向下运动，然后与放在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，如图甲所示。
(2)让不同质量的两个小球沿同一光滑斜面分别从B处开始向下运动，然后与放在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，如图乙所示．
上述甲、乙两组实验中：
(1)要探究动能与物体运动速度的关系应选用 图，选择的理由是：
(2)乙图中让不同质量的两个小球从同一高度滚下的目的是
(3)甲、乙两组实验可以得出的结论是
巩固训练1 如下图所示，是研究“物体动能的大小与哪些因素有美”的实验装置，实验中让同一钢替从斜面上不同的高度由静止滚下，碰到同一木块上。请回答以下问题：
(1)此实验的目的是研究——(填“钢球”或“木块”)动能的大小与——的关系。
(2)实验是通过观察 ，说明钢球对木块做功的多少，从而得出结论的。
(3)若水平面为光滑的，该实验还能得出结论吗 ，理由是：
例2 为什么高速飞行的子弹对人体有杀伤力，而静止的子弹没有呢 以相同速度飞行的炮弹和子弹哪个杀伤力更大此 为什么
巩固训练2 一般情况下，货车造成的车祸比摩托车造成的车祸要严重得多，这是什么原因
跟踪演练
一、选择题
1．世界各国在向太空发射航天器时，一般都顺着地球自转方向发射，这主要是为了利用航天器在发射前随地球转动而具有的（ ）
A．动能 B．重力势能 C．热能 D．弹性势能
2．甲、乙两个物体，如果它们具有相等的动能，则( )
A．两个物体的质量一定相等
B．两个物体的速度一定相等
C．两个物体的质量和速度一定都相等
D．无法判断它们的质量和速度是否相等
3．关于动能的概念，下列说法中正确的是( )
A．速度大的物体具有的动能一定大
B．质量大的物体具有的动能一定大
C．运动物体只具有动能
D．一切运动的物体都具有动能
4．汽车超速行驶会造成严重的交通事故，快速行驶的汽车能将行人撞飞，这是因为( )
A．汽车具有较大的势能 B．汽车受到重力
C．汽车具有较大的内能 D．汽车具有较大的动能
5．蜜蜂撞到栏杆上，栏杆没有什么损伤，而汽车撞到栏杆，栏杆会被撞塌，这是因为蜜蜂( )
A．弹性势能较大 B．重力势能较小
C．动能较小 D．弹性较小
6．(2010成都)如图所示，是上海世博会中国馆一“东方之冠”。在一次参观中，李先生乘电梯上楼，在电梯匀速上升的过程中，李先生的( )
A．动能不断增太 B．重力势能不断增大
C．动能转化为重力势能 D．重力势能转化为动能
7．如图所示，电动小车沿斜面从A匀速运动到B，在运动过程中( )
A．动能减小，重力势能增加
B．动能增加，重力势能减小
C．动能不变，重力势能增加
D．动能不变，重力势能减小
8．关于物体的机械能，下列说法中正确的是( )
A．高山上的石头，稳稳地静止在那里，它没有重力势能
B．运动速度大的物体，具有的机械能不一定就大
C．一根弹簧被拉长时具有的弹性势能大，被压缩时具有的弹性势能小
D．没有做功的物体一定没有能
9．(2010莱芜)一位司机驾驶大货车在某路段行驶，由于超速被警察拦住，警察对司机说：“先生，刚才你的车速为70km／h，超速了。这位司机不满地说：“为什么小车的限速为80km／h，而大车的限逮却为60km／h，不合理!”如果让你从物理学角度向司机解释，你会告诉他，这是由于( )
A．物体的惯性跟速度和质量有关 B．摩擦力的大小跟速度和质量有关
C．物体的动能跟速度和质量有关 D．压强的大小跟速度和质量有关
10．(2010长沙)在探究“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验中，让同一铁球从斜面的不同高度由静止释放，撞击同一木块(如图所示)，下列说法中正确的是( )
A．这样做的目的是研究物体的动能大小与质量的关系
B．该实验说明物体的动能大小与高度有关
C．若水平面绝对光滑，木块将做匀速直线运动
D．铁球从斜面上滚下来的过程中动能一直减小
二、填空题
11．下列物体：A山顶上的石块；B天空中飞翔的小鸟；C
在操场上滚动的铅球；D．被拉开的弓；E．水平地面上
张弓待发的箭、；F．掷出去的标枪。
①只有动能的是： ；
②只有势能的是： ；
③既有动能又有势能的是： ；
④既没有动能又投有势能的是： 。
12．2010年10月26日，沪杭高铁正式开通，设计时速350km／h，试验最快速度超过400km／h。“和谐号”动车组的每节车照中都有电子屏幕显示时速的变化。当列车时速增大时，其动能将 (填“变大”、“变小”或“不变”)。
13．质量较大的喜鹊与质量较小的燕子在空中飞行，如果它们的动能相等，那么一飞得快。跳伞运动员在空中匀速下落的过程中，他的动能将 ，重力势能将 。
14．体积相同的铁球和木球，放在同一水平桌面上，铁球静止，木球运动， 球的重力势能大， 球的动能小。正在运动着的木球如果它受到的所有外力同时消失，它的速度将 ，动能将 (填“增大”、“减小”或“不变”)。
三、实验探究题
15．如图所示是“研究动能的大小与哪些因素有关”的实验装置。
(1)实验中为了研究动能大小与质量的关系，需要控制小球撞击时的速度不变，具体的控制方法是
（2）质量和速度谁对动能的影响较大呢 小文所在的物理兴趣小组借助速度传感器和其他仪器得出了两组数据，如表一和表二所示。
表一(钢球撞击时的速度为v=18crn／s)
序号 钢球质量m/g 木块滑行距离s/cm
1 100 10
2 200 20
3 300 30
表二(钢球质量为m：l00g)
序号 钢球撞击速度v/cm·s-1 木块滑行距离s／cm
1 8 10
2 16 40
3 24 90
分析这两组数据可以得出： 对物体的动能影响较大。依据是
16．了解到“重力势能”知识的小东同学，想用身边的器材(铅球)，来探究影响重力势能大小的因素，其探究程序如下：
(1)猜想：影响重力势能大小的因素可能有：
a．重力势能大小可能与物体的质量有关；
b．重力势能大小可能与物体韵高度有关。
(2)实验提供的实心铅球有2kg、2kg、3kg各一个，细沙(足够多)、刻度尺、两个相同大纸盒。请你利用上述器材，帮他设计实验方案、验证猜想、完成实验步骤：
A．将适量的沙子放进大纸盒里拨平；
B．取质量为 的铅球各一个，将两球分别对准纸盒位置提高到相同高度然后放手，用刻度尺量出铅球所砸沙坑的深度进行比较；
C．取质量为 的铅球各一个，将两球分别对准纸盒位置提高到不同高度然后放手，用刻度尺量出铅球所砸沙坑的深度进行比较。
(3)通过对该实验的探究，B步骤得到的结论是：重力势能跟 有关；C步骤得出的结论是：重力势能跟 有关。
17．探究：一个物体的质量是一定的，那么它具有重力势能就是由它的高度决定的。可是高度是相对的，因而重力势能也是相对的。举例来说，放在二楼地面的一盆花，对一楼地面来说它具有重力势能，而对二楼地面来说它具有的重力势能为零。现在请你考虑：一个物体的质量是一定的，那么，它具有的动能是由什么决定的 动能是否也有相对性 你能举出实际例子来说明吗
答案
【点击要点】
1．(1)运动(2)举高(3)弹性形变2．(1)质量和速度(2)质量和高度(3)形变
【典题分祈】
例1 (1)甲控制质量相同，高度不同速度不同 (2)小球到达斜面底端与盒相撞的速度相同 (3)动能大小与质量和速度有关，质量越大，速度越大，动能越大。(或质量相同的物体速度越大，动能越大，运动速度相同，物体质量越大，动能越大)
巩固训练l (1)钢球速度 (2)木块被推动距离的远近(3)不能平面光滑，木块将一直做匀速直线运动，无法比较距离的远近
例2 因为高速飞行的子弹具有很大的动能，做功的本领很强，因而它有很强的杀伤力，而静止的子弹不具有动能，因而它不具有杀伤力。以相同速度飞行的炮弹和子弹相比，因为炮弹的质量比子弹的质量大得多，它们的速度相等，所以炮弹的动能比子弹大得多，所以炮弹的杀伤力更大些。
巩固调练2 因为货车比摩托车的质量大，在速度相等时货车的动能比摩托车的动能大，因此造成的车祸比摩托车严重。
【跟踪演练】
1．A 2．D 3．D 4．D 5．C 6．B 7．C 8．B 9．C l0．C ll．①C ②A、D ③B、F ④E l2．变大13．燕子不变减小 14．铁木不变不变15．(1)让小球从同一高度自由滚下(2)速度质量增加一倍，动能增加为原来的两倍。速度增加一倍，动能增加为原来的四倍或质量和速度增加相同的倍数，速度对动能大小的变化影响较大。 l6．(2)B.2kg和3kg C 2kg和2kg (3)质量高度l7．具有的动能由速度决定．动能有相对性，例如高空飞行的飞机因飞机具有较大的速度，所以迎面飞来的小鸟，即使速度很小，相对于飞机来说也有很大的速度，也就具有较大的动能。
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3．4动能和势能（2）
点击要点
1．动能和势能的相互转化
(1)动能转化为重力势能时，物体的速度不断 ，高度不断 ；重力势能转化为动能时，高度 ，速度： 。
(2)动能转化为弹性势能时，速度 ，弹性形变 ；弹性势能转化为动能时，弹性形变 ，速度 。
2．机械能守恒
(1)物体通常既具有动能，又具有势能。
(2)当物体只受重力和弹性力时(不受阻力时)，机械能总量 。即动能减小了多少，势能就增加多少；势能减少多少，动能就增加多少。
典题要点
例1 物体在平衡力作用下运动，则下列说法错误的是( )
A．物体的运动状态不变 B．物体的机械能一定不变
C．物体的机械能可能增大 D．物体的动能一定不变
巩固训练1 一个物体如果不受任何外力作用，则它的( )
A．动能一定不变 B．势能一定不变
C．机械能一定不变 D．机械能一定变化
例2 小明在用单摆做动能和势能转化的实验中，感到小球
往返摆动的时间很有规律。于是猜想，小球往返摆动一次的时间
可能与小球的质量、摆长l以及摆动的幅度s有关。小明用右图
所示的装置，对猜想进行探究。用一小球，使其摆动，记下小球
往返摆动次数和所用的时间；在摆长不变的条件下，用质量不同
的小球，重复实验。小明经计算分析得出结论：在摆长不变的条件
下，小球往返摆动一次所用的时间与小球的质量无关。
(1)针对猜想，小明在实验过程中可能忽视的一个因素是： 。
(2)为了研究小球往返摆动一次所用时间与摆长的关系，请你写出实验方法。
巩固训练2 (2010临沂)如图所示的单摆，小球在ab间往复摆动的过程中，下列说正确的是( )
A．小球在n点时的动能最大
B．小球在b点时的动能最大
C．小球在c点时的动能最大
D．小球由c到口的运动过程中，重力势能不断转化为动能
跟踪演练
一、选择题
1．小红在学习中收集了一些与机械能有关的实例，如图所示，其中机械能增大的是( )
2．骑自行车上坡前一般要加紧蹬几下，这是为了( )
A．增大惯性 B．减小阻力 C．增大动能 D．增大势能
3．下面四幅图中属于动能转化为重力势能的是( )
4．如图所示，某同学将一支带弹簧可伸缩的圆珠笔摁在桌面上，松手后发现圆珠笔竖直向上跳起。在圆珠笔从松手到上升至最高点的过程中，有关能量转化过程，以下说法正确的是( )
A．先由动能转化为重力势能，再由重力势能转化为弹性势能
B．先由重力势能转化为动能，再由动能转化为弹性势能
C．先由弹性势能转化为重力势能，再由重力势能转化为动能；
D．先由弹性势能转化为动能，再由动能转化为重力势能
5．如图，同一物体分别由静止开始沿三个光滑斜面从A点滑下，
在到达斜面底部的动能大小为( )
A． B处动能大 B．C处动能大
C．D处动能大 D．B、C、D处动能一样
6．如图所示，弹簧的上端固定一块木板，小虎同学从地面跳上木板，在向下压缩弹簧的过程中，他的重力势能、弹簧的弹性势能变化情况是( )
A．重力势能减小，弹性势能增大
B．重力势能增大，弹性势能减小
C．重力势能增大，弹性势能增大
D．重力势能减小，弹性势能减小
7．在相同的高度，以相等的速度将三个同样的小球分别沿竖直向上、竖直向下、水平方向抛出，若不计空气阻力，比较它们落地时的动能大小，则( )
A．竖直向上抛出的大 B．竖直向下抛出的大
C．水平方向抛出的大 D．一样大
8．(2010桂林)如图所示，是探究“动能的大小与什么因素有关 ”实验的示意图。小球从a处滚下，在c处与小木块碰撞，并与小木块共同运动到d处停下。下面的一些判断正确的是( )
A．从a到b，小球的势能不变，动能增大
B．从b到c，小球的势能增大，动能增大
C．到达c处，小球的势能最小，动能最大
D．到达d处，小球的动能为零，小木块的动能最大
二、填空题
9．演示滚摆实验，当它下降时， 增加，
逐渐减少。假设没有阻力，每次上升的高度相同，这说明滚摆的
和 总量保持不变。
10．如右图用绳子把一个铁锁悬挂起来。把铁锁拿近自己的鼻子，
稳定后松手，头不要动。铁锁向前摆去又摆回来，铁锁摆回时
(填“会”或“不会”)碰到自己的鼻子。在摆动过程中，铁锁的 能和 能在不断转化。
11．一物体从光滑的斜面下滑，动能 ，势能 ，机械能总量 。一物体用力从斜面的底端匀速推到顶端，动能 ，势能 ，机械能总量 。
12．阳阳在蹦床上做游戏，从高处落到蹦床上又被弹起。当他从接触蹦床床面到运动至最低点的过程中(忽略空气阻力的影响)，重力势能 ，动能 ，弹性势能 (填“增大”、“减少”或“不变”)。
13．如图是每隔0.1s拍摄到的体积相同的实心木球和铁球从同一高度
同时自由下落的图片(不计下落时阻力)，由图可获得一些信息。假设木
球和铁球着地时打在沙坑里， 球能将沙坑打得更深，理由是
三、实验探究题
14．在水平地面上铺一张纸，将皮球表面涂黑，使其分别从不同高度处自由
落下时，能在纸上留下黑色圆斑A、B。球从较高处落下所成的
圆斑是其中的 (填“A”或“B”)，你判断的依据是
15．皮球落地后又弹起的频闪照片如图所示，由此可看出皮球的运动轨迹。请回答以下问题：
(1)小球从A下落过程中， 能转化为 能；
小球撞击地面发生形变时， 能转化为 能；
小球反弹恢复过程中， 能转化为 能。
(2)再仔细观察该图，你还发现了什么
16．体育课上老师安排男女同学分组打篮球，小华发现男女同学组的篮球落地后都会反弹，但反弹的高度却不同。篮球由静止开始下落，反弹的高度与哪些因素有关呢 小华与大家一起对这个问题进行了讨论，提出了不同的猜想。
猜想l：篮球反弹的高度可能与球的型号有关。
猜想2：篮球反弹的高度可能与下落的高度有关。
猜想3：篮球反弹的高度可能与地面材料有关。
于是，小华用两只充足气的#7(标准男子)、#6(标准女子)篮球及刻度尺，在水泥地面和木质地板上进行了实验。通过实验，得到的实验数据如下表。
实验序号 球的型号 下落高度／cm 地面材料 反弹高度／cm
1 #7 120 木质 80
2 #7 120 水泥 90
3 #7 150 水泥 110
4 #6 120 木质 80
(1)要验证猜想2，需要选用实验序号为 、 的两组数据进行分析。
(2)通过他的实验数据，可得到的结论是：篮球反弹的高度与 有关；与 无关。
提高班习题精选
1．如图所示，忽略空气阻力，由空中A处释放的小球经过B、C两位置时具有相同的( )
A．速度
B．动能
C．机械能
D．重力势能
2．(2010梅州)下列过程中，物体的重力势能转化为动能的是( )
A．跳伞运动员在空中匀速下落的过程
B．热气球上升的过程
C．汽车在水平路面上匀速行驶的过程
D．铅球自由下落的过程‘
3．下列情况中，机械能的总量保持不变的是( )
A．汽车从斜坡上匀速下滑
B．利用滑轮组将物体匀速提升
C．在没有空气阻力的情况下，物体自由下落
D．物体在光滑水平面上受拉力作用，速度增大
4．许多同学都很喜欢“多米诺骨牌效应”活动(按一定距离排列的骨牌，碰倒第一块骨牌后，其他所有骨牌会依次倒下)，其物理原理是：骨牌倒下时， 转化为 (填“动能”或“重力势能”)，这部分能量就转移给下一张骨牌，下一张骨牌倒下时具有的能量更大，骨牌被推倒的速度越来越快。
5．(2010荆州)在学习势能的知识时，小明同学猜想物体重力势能的大小可能与以下两个因素有关：
A物体的高度；B物体的质量。
为了证明自己的猜想。他把橡皮泥平铺在水平面上，让同一小球从不同高度自由下落，记录结果如下表。
实验次数 球离橡皮泥的高度／m 球在橡皮泥中的凹陷程度
1 1.0 较浅
2 2.0 较深
3 3.0 很深
(1)由记录结果可以得到的实验结论是：
(2)若想对另一个因素进行验证，你认为小明应该怎么做
6．在探究“动能大小与什么因素有关”时，我们是让铁球从斜面上滚下来，碰上一个放置在平面上的木块：
(1)当探究“动能的大小跟质量有什么关系”时，我们要让质量 的铁球分别从斜面的 高度处滚下来去撞击木块。
(2)由于铁球动能的大小不易直接观测出来，因此实验中，我们是靠观察木块被推走的距离远近来判断铁球动能大小的。像这种用能直接观测的量，来显示不易直接观测的量的方法叫转换法。转换法在物理实验中常用，请举一个使用转换法的例子：
7．如图是探究“物体的动能、速度和质量有关”的示意图，在探究动能与速度有关时，要保持 不变，让小球在 的高度滚下，以不同的速度推动小盒子移动一段距离，研究不同速度的小球对小盒子做功的大小；要探究动能跟物体的质量有关时，要保持 相同，就是要小球从静止开始从 滚下。某，J潍的探究记录如下表：
次数 小球质量m／g 小球起始高度h／cm 小盒移动距离s／cm 小球对小盒做功大小比较W
1 100 10 S1 Wl
2 100 20 S2>S1 W2>W1
3 100 30 S3>S2 W3> W2
4 200 20 S4>S2 W4>W2
5 300 20 S5>S4 W5> W4
分析后你得出的结论是：
8．在探究“动能的大小与哪些因素有关”的活动中，提供以下器材：
中间有沟槽的木质轨道(如图所示，其中AB部分倾斜并与平直部
分BC平滑连接，沟槽较光滑)，大小与沟槽相当的玻璃球和铁球
各一只，轻质弹簧、刻度尺各一个。
(1)利用这套器材进行实验时，可以通过比较 的大小来比较小球动能的大小。
(2)为了研究动能与质量大小的关系，请你写出简要的操作步骤：
(3)准课外兴趣小组活动中，物理老师曾经告诉同学们‘‘重力势能的大小与物体被举起的高度成正比”。善于动脑的小明利用上述器材设计了一个研究弹簧弹性势能E弹与压缩量x之间关系的实验方案：用某个小球将弹簧压缩并测量出压缩量x；松手释放小球并在木板上记下小球上冲到达的最高位置；用刻度尺测量出小球上升的高度h。下表数据是小明的实验记录。
实验次数 弹簧压缩量x／cm 上升高度h／cm
1 1.00 1.50
2 2.00 5.99
3 3.00 13.50
4 4.00 23.89
由表中可知，若压缩量x=1.00cm时，小球上升的高度为h1，，压缩量x=2.50cm时，小球上升的高度为h2，则h1 h2(填“>”、 “<”或“=”)。
(4)若小球到达最高点时弹性势能全部转化为重力势能。分析数据后发现弹簧弹性势能E弹与压缩量x 正比(填“成”或“不成”)。
答案
【点击要点】
1．(1)减小增加减小增大(2)减小增大减小增大2．(2)保持不变
【典题分析】
例1 B解析：能的概念比较抽象，许多同学没有深刻理解。解决该问题的关键之一是理解“在平衡力作用下的运动”的物体一定是作匀速直线运动，物体的动能大小决定于物体的质量及速度，因此作匀速运动的物体动能一定不变。解决该问题的关键之二是理解机械能包括动能和势能两部分，势能的大小决定于质量和高度，如物体在平衡力的作用下沿水平旁向运动(高度不变)，则物体的势能保持不变，机械能总量也保持不变；如物体在平衡力作用下沿竖直方向(非水平方向)运动，即物体的高度发生变化，势能随之发生变化，则机械能总量也改变了。
巩固训练l A
例2 (1)小球摆动的幅度应保持不变(或摆动幅度)
(2)用同一小球，再保持摆动幅度不变的条件下，比较摆长不同时，小球往返摆动一次所用的时间。
巩固训练2 C
【跟踪演练】
1．A 2．C 3．e 4．D 5．D 6．A 7．D 8．C 9．动能势能动能势能 l0．不会重力势动ll．增加减少不变不变增加增加12．减少减少增大l3．铁铁球具有的重力势能大14．B质量相等，高度越高，重力势能越大，转化成的弹性势能越大，球的形变越大15．(1)重力势动动弹性势弹性势动 (2)小球弹起的高度越来越低或机械能在不断减小l6．(1)2、3(2)下落的高度、地面材料球的型号
提高班习题精选
1．C 2．D 3．C 4．重力势能动能5． (1)质量一定时，物体高度越高，重力势能越大 (2)让几个质量不同的小球从同一高度自由下落，观察球在橡皮泥中凹陷程度6．(1)不同相同 (2)通过看到乒乓球跳动而知道音叉在振动等。 7．小球质量不同 速度同一高度物体的动能与速度和质量有关，当物体质量相等时，速度越大动能越大，当物体速度相等时，质量越大动能越大8．(1)轻质弹簧被压缩后形变 (2)分别让质量不相同的玻璃球和铁球从沟槽的同一高度滑下，当球的速度相同时，质量越大，球的动能越大(3)< (4)不成
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