第四節動能和勢能【學習目標】1、能量：一個物體能夠做功，我們就說這個物體具有能理解：能量表示物體做功本領大小的物理量；能量可以用能夠做功的多少來衡量。 一個物體“能夠做功”并不是一定“要做功”也不是“正在做功”或“已經做功”如：山上靜止的石頭具有能量，但它沒有做功。也不一定要做功。2、知識結構：機械能勢能重力勢能定義：物體由于被舉高而具有的能量。決定其大小的因素：物體質量越大、舉得越高，勢能就越大彈性勢能定義：發生形變的物體具有的能量。決定其大小的因素：物體彈性形變越大、彈性勢能就越大動能定義：物體由于運動而具有的能量決定其大小的因素：物體速度越大、質量越大，動能就越大3、探究決定動能大小的因素： 猜想：動能大小與物體質量和速度有關； 實驗研究：研究對象：小鋼球 方法：控制變量； 如何判斷動能大小：看小鋼球能推動木快做功的多少 如何控制速度不變：使鋼球從同一高度滾下，則到達斜面底端時速度大小相同； 如何改變鋼球速度：使鋼球從不同同高度滾下；分析歸納：保持鋼球質量不變時結論：運動物體質量相同時；速度越大動能越大；保持鋼球速度不變時結論：運動物體速度相同時；質量越大動能越大；得出結論：物體動能與質量和速度有關；速度越大動能越大，質量越大動能也越大。物體質量m/kg速度v/(m.s-1)動能E/J牛約600約0.5約75中學生約50約6約900 練習：右表中給出了一頭牛漫步行走和一名中學生百米賽跑時的一些數據：分析數據，可以看出對物體動能大小影響較大的是 速度你判斷的依據：人的質量約為牛的1/12，而速度約為牛的12倍，此時動能為牛的12倍說明速度對動能影響大4、決定重力勢能大小的其中一個因素“高度”的理解：沒有特殊指明時，通常是指相對地面而言的，即通常把地面上物體的重力勢能視為零。在某些特殊情況下，也可以選擇其他物體作為參照物。所以重力勢能具有相對性。5、彈簧一定具有彈性勢能嗎？不一定，沒發生彈性形變的彈簧就沒有。6、分析動能大小的關鍵是：抓住質量和速度兩個因素，不能只考慮一個。同理，分析重力勢能也要抓住質量和高度兩個因素，不能只考慮一個。【同步精練】（一）課內鞏固考點1：動能的大小與什么有關1（2010衢州）2010年1月10日，在臺金高速公路上發生一起兩車相撞事故，其中一輛小車上一名未系安全帶的乘客向前“飛”出，撞穿前擋風玻璃。汽車碰撞時，乘客由于具有 ，直接從座位上向前“飛”出；汽車行駛的速度越大，汽車具有的 能越大，危險性就增大，因此汽車行駛要限速。2質量較大的鴿子與質量較小的燕子在空中飛行，如果它們的動能相等，那么（）A燕子比鴿子飛得快 B鴿子比燕子飛得快C燕子比鴿子飛得高 D鴿子比燕子飛得高3、【2009德州市】正在運動著的物體如果它受到的所有外力同時消失，它的速度將,動能將。(選填“增大”、“減小”或“不變”) 考點2：重力勢能的大小與什么有關4、(2010萊蕪) 2009年10月，國際航空節在萊蕪雪野旅游區舉行，期間進行了輕型飛機特技飛行、熱氣球、動力懸掛滑翔傘等8個大項21個小項的精彩比賽和表演。在熱氣球表演中：有一熱氣球正在加速上升，在其加速上升的過程中，它受到的浮力_重力（選填“大于”、“等于”或“小于”），它的重力勢能_ （選填“變大”、“變小”或“不變”）。 圖65、（2010鎮江）在水平地面上鋪一張紙，將皮球表面涂黑，使皮球分別從不同高度處自由下落，在紙上留下黑色圓斑A、B，如圖所示球從較高處下落形成的圓斑是圖中 （選填“A”或“B”），由此可知重力勢能大小與 有關6、【2009上海市】如圖6所示，青蛙從跳起到落地的過程中，它的重力勢能【 】 A一直增大B一直減小 C先增大后減小D先減小后增大7、（2010大理）為緩解旱情，4月份以來滇西地區多次利用直升機進行人工降雨，直升機飛在某一高度勻速直線飛行時，不斷向空中拋灑“干冰”（固態二氧化碳），此時直升機的動能和重力勢能變化情況是（ ）A動能變大，重力勢能變小 B動能變小，重力勢能變大C動能變小，重力勢能不變 D動能變小，重力勢能變小考點3：彈性勢能的大小與什么有關8、（2010仙桃）如圖12所示，壓縮彈簧，彈簧可以將小球彈起。彈簧將小球彈起的高度與哪些因素有關呢？（以下所有彈簧被壓縮后都未超過其彈性限度）。（1）小明利用一根彈簧、一個小球和刻度尺進行了三次實驗，得出的三組不同數據如表二所示：表二次 數123彈簧被壓縮的長度（cm）l1l2l3小球被彈起的高度（cm）h1h2h3圖12由表二可得出的初步結論是： 。（2）小紅猜想：彈簧將小球彈起的高度可能與被壓縮彈簧的材料有關。她設計的探究方案如下：將A、B兩根外形完全相同，材料不同的彈簧分別置于水平桌面上；將小球置于彈簧A的上端，按下小球，使彈簧被壓縮的長度為5cm，松手后小球被彈起，記下小球彈起的高度H1；再將同一小球置于彈簧B的上端，按下小球，使彈簧被壓縮的長度為6cm，松手后小球被彈起，記下小球彈起的高度H2；比較H1、H2的大小，就可初步得出彈簧將小球彈起的高度是否與被壓縮彈簧的材料有關了。小紅探究方案中存在的一個問題是： 。（3）影響彈簧將小球彈起的高度的因素可能還有 （說出一個影響因素即可）；彈簧在生產和生活中有著廣泛有應用，請你舉出一例 。圖12考點4：實驗探究9、【2009河南省】如圖l2所示，是“研究動能的大小與哪些因素有關”的實驗裝置。(1)實驗中通過觀察的大小，來判斷小球動能的大小。(2)實驗中為了研究動能大小與質量的關系需要控制小球撞擊時的速度不變，具體的控制方法是。 (3)質量和速度誰對動能的影響較大呢?小文所在的物理興趣小組借助速度傳感器和其他儀器得出了兩組數據如表一和表二所示。 表一(鋼球撞擊時的速度為v=8cms) 表二(鋼球質量為m：100g)序號鋼球質量m/g，木塊滑行距離scm110010220020330030序號l鋼球撞擊速度 vcms-1木塊滑行距離s/cm18102164032490 分析這兩組數據可以得出：對物體的動能影響較大依據是. 10、為了探究動能的大小與哪些因素有關，如下圖中所示的實驗，圖(a)表示將小車從不同高度由靜止開始滑下，比較木塊被撞后移動的距離；圖(b)表示改變小車的質量，讓它們都從同一高度由靜止開始滑下，再比較被撞后移動的距離.在按圖(a)所示進行實驗時，看到的現象是：小車開始滑下時所處的位置越高，將木塊推動的距離越 ，這是因為開始滑下時所處的位置越高，到達底端時 越大，動能也就越大.在按圖(b)所示進行實驗時，保持小車開始滑下時所處的高度相同，其目的是 .根據觀察到的現象可總結出：運動物體所具有的動能大小還跟物體的 有關.11（2010荊州）在學習勢能的知識時，小明同學猜想物體重力勢能的大小可能與以下兩個因素有關：A.物體的高度；B.物體的質量。為了證明自己的猜想，他把橡皮泥平鋪在水平面上，讓同一小球從不同高度自由下落，記錄結果如右表。（1）由記錄結果可以得到的實驗結論是： ；（2）若想對另一個因素進行驗證，你認為小明應該怎么做？ 。12、【2009德州市】了解到“重力勢能”知識的小東同學，想用身邊的器材（鉛球），來探究影響重力勢能大小的因素，其探究程序如下：(1) 猜想：影響重力勢能大小的因素可能有： a、重力勢能大小可能與物體的質量有關b、重力勢能大小可能與物體的高度有關 (2) 實驗提供的實心鉛球有2kg、2kg、3kg各一個，細沙(足夠多)、刻度尺、兩個相同大紙盒，請你利用上述器材，幫他設計實驗方案、驗證猜想、完成實驗步驟：A、將適量的沙子放進大紙盒里撥平；B、取質量為的鉛球各一個，將兩球分別對準紙盒位置提高到相同高度然后放手，用刻度尺量出鉛球所砸沙坑的深度進行比較；C、取質量為的鉛球各一個，將兩球分別對準紙盒位置提高到不同高度然后放手，用刻度尺量出鉛球所砸沙坑的深度進行比較. (3) 通過對該實驗的探究，B步驟得到的結論是：重力勢能跟有關；C步驟得出的結論是：重力勢能跟有關。（二）基礎過關1、【2009朝陽市】人們常常利用物體具有各種形式的機械能來做功，如：機械手表里擰緊的發條具有能，可以帶動小齒輪和指針轉動；風具有能，可以推動帆船航行；打樁機舉高的重錘具有能，可以完成打樁工作。2、（08黃石）唐詩中有“黃河遠上白云間”、“不盡長江滾滾來”的詩句，從物理學的角度來看，前一句生動形象地表明黃河水存儲著大量的 能，后一句表明長江水具有大量的 能 3、（2010南充）一跳傘運動員跳離飛機，當降落傘張開后，他將勻速下降，此時他的重力勢能將 ，他的動能將 （選填“增大”、“減小”、“不變”） 4、【2010南京】滬寧城際鐵路即將通車，南京至上海路程約為300km，若列車運行的平均速度為250kmh，則乘坐該列車從南京到上海只需 h列車中的乘客看到車外的樹木飛馳而過，這是以為參照物，列車在進站過程中，動能將(選填“變大”、“不變”或“變小”)。5【2010湖州】杭州樂園中有一種游戲叫“終極跳”。乘客系好安全帶后先由電動機牽引上升到高處，然后快速下落到地面附近。 (1)乘客在上升過程中，人的勢能將(選填“增大減小”或“不變”)。 (2)乘客下落過程中感覺地面撲面而來，這是以為參照物的。圖116【2010百色】圖11表示撐桿跳高運動的幾個階段：助跑、撐桿起跳、越橫桿。從運動員撐桿起跳到越橫桿的過程中，有關機械能變化的情況是：運動員的重力勢能 ，桿的彈性勢能 。7、【2010吉林省】下列敘述正確的是 （ ）A、物體只有受到力的作用才能運動 B、使用杠桿的目的就是為了省力C、勻速下落的降落傘動能逐漸增大 D、一切物體都具有慣性8（2010茂名）下列現象中物體動能和重力勢能都發生變化的是（ ）A水平軌道上正在進站的列車B站在觀光電梯上勻速下降的游客C站在商場自動扶梯上勻速上升的顧客乙甲（第10題圖）D體育考試時，拋出的實心球從高處下落的過程9（2010嘉興）小玲同學把兩個50克的鉤碼掛到彈簧秤的掛鉤上（如圖甲），圖乙是彈簧秤的示數。下列有關說法錯誤的是（）A稱量時彈簧秤中的彈簧在拉力的作用下發生了形變B稱量時鉤碼的重力勢能減少，彈簧的彈性勢能增加C彈簧秤的示數為1牛D鉤碼的質量與它受到的重力成正比10. （2010溫州）2010年5月，全國蹦床錦標賽在溫州舉行。比賽中，當運動員從蹦床上起跳后，在空中上升的過程中（） A動能變大，重力勢能變小 B動能變小，重力勢能變小C動能變大，重力勢能變大 D動能變小，重力勢能變大11（2010重慶）2010年4月14日，青海玉樹發生強烈地震。地震后運送救災物資的飛機對災區投放物品，物品在空中勻速下落的過程中，其動能和重力勢能的變化是（）A動能增加，重力勢能增加 B動能減少，重力勢能減少C動能不變，重力勢能減小 D動能不變，重力勢能增加12、【2010年上海】如圖1所示，雜技表演者在離板后的上升過程中，她的（ ）A、重力勢能增大，動能減小 B、重力勢能增大，動能增大C、重力勢能減小，動能減小 D、重力勢能減小，動能增大13、（08內蒙古通遼）2008年5月汶川大地震時，我國政府在第一時間緊急派出飛機為災區空投救災物資，從飛機上空投的救災物資在下落過程中，逐漸減小的物理量是（）A動能 B重力勢能C重力 D質量14、（2010桂林）如圖7所示，是探究“動能的大小與什么因素有關？”實驗的示意圖。小球從a處滾下，在c處與小木塊碰撞，并與小木塊共同運動到d處停下。下面的一些判斷正確的是（ ）A從a到b，小球的勢能不變，動能增大B從b到c，小球的勢能增大，動能增大C到達c處，小球的勢能最小，動能最大D到達d處，小球的動能為零，小木塊的動能最大15、（2010龍巖）喜歡打籃球的小宇，聽說在正規籃球比賽前要對球反彈的高度進行測定，反彈高度必須在一定范圍內方可使用。于是小宇打算研究籃球由靜止開始自由下落時，反彈的高度與哪些因素有關。（1）他猜想籃球反彈的高度可能與籃球的充氣程度有關。請你再提出一個合理的猜想：籃球反彈的高度可能還與 因素有關。（2）為了研究小宇提出的猜想， 所需器材：籃球一只、打氣筒一個、 。16、【2010長春】圖15甲是探究阻力對物體運動影響的實驗，圖15乙是探究動能大小與什么因素有關的實驗。請回答下列問題： （1）圖甲實驗表明：平面越光滑，小車運動距離越 。聯想到在雨雪天駕駛汽車應適當 （選填“增大”或“減小”）汽車之間的距離。 （2）圖乙實驗表明，鋼球質量越大，動能越 。聯想到高速公路的限速牌上同時標明“120”和“100”字樣， （選填“大客車”或“小轎車”的限速應該是100km/h。 （3）由此看來，無論是保持車距還是限制車速，都是由于汽車具有 ，要保持原來的運動狀態，剎車后不能立即停下來，所以要遵守交通規則。17. 【2010攀枝花】圖甲是研究“物體動能的大小與哪些因素有關”的實驗裝置，實驗中讓同一鋼球從斜面上不同的高度由靜止滾下，碰到同一木塊上。圖乙是研究“牛頓第一定律”的實驗裝置，實驗中讓同一鋼球從斜面上相同的高度由靜止滾下，在粗糙程度不同的平面上運動。請回答以下問題：（1）設計甲實驗的目的是研究鋼球動能的大小與_的關系；設計乙實驗的目的是研究運動的鋼球與所受_的關系。（2）甲實驗是通過被推動木塊_的大小，說明鋼球對木塊做功的多少，從而判斷鋼球動能的大小；乙實驗是通過鋼球在粗糙程度不同的平面上運動的遠近，推理得出：在理想情況下，運動的物體如果_，將做勻速直線運動。（3）我們知道影響物體動能大小的因素有兩個，除了上述研究的因素外，請在下面的橫線上寫出研究物體的動能與另一個因素的關系的實驗方案：_。甲乙18、【2009雅安市】（7分）小紅猜想動能的大小可能與物體質量和運動速度有關，于是設計了如圖14甲、乙所示的實驗，探究動能的大小與哪些因素有關。圖14（1）讓質量相同的兩個小球沿同一光滑斜面分別從A處和B處開始向下運動，然后與放在水平面上的紙盒相碰，紙盒在水平面上移動一段距離后靜止，如圖14甲所示。（2）讓不同質量的兩個小球沿同一光滑斜面分別從B處開始向下運動，然后與放在水平面上的紙盒相碰，紙盒在水平面上移動一段距離后靜止，如圖14乙所示。上述甲、乙兩組實驗中：乙圖中讓不同質量的兩個小球從同一高度滾下的目的是兩球到達水平面時，具有相同的。選用圖甲探究的是動能與的關系，理由是：兩球相等；得出的結論是：。選用圖乙探究的是動能與的關系，得出的結論是：。物理研究方法有許多，如等效替代法、類比法、對比法、控制變量法；本實驗中運用了兩種研究方法，一是法；二是轉換法，就是用紙盒移動的距離長短來表示小球動能的大小。乙甲圖1519、【2009河池市】圖15所示，甲是探究“動能的大小與什么因素有關”的實驗裝置,實驗中讓同一鋼球從斜面上不同的高度由靜止滾下，碰到同一木塊上乙是探究“阻力對物體運動的影響”的實驗裝置，實驗中讓同一小車從斜面上相同的高度由靜止滑下，在粗糙程度不同的水平面上運動.請回答下列問題：（1）甲實驗的目的是探究鋼球動能的大小與的關系；實驗時，它是通過觀察，從而判斷鋼球動能的大小.（2）進行乙實驗時，每一次都讓同一小車從斜面上相同的高度由靜止滑下，其目的是使小車在水平面運動的起始相同；通過觀察小車在粗糙程度不同的水平面上運動來判斷小車在不同的水平面受到的大小.從而可以推理：如果運動的物體不受力，它將. （三）能力提升圖21【2010上海】質量相同的甲、乙兩小車同時同地做勻速直線運動，它們運動的s-t圖像如圖2所示。由圖像可知，甲小車 （ ）A 具有的慣性大。B 所受的合力大。C 具有的動能大。D 具有的勢能大。2【2010長沙】在探究“物體動能的大小與哪些因素有關”的實驗中，讓同一鐵球從斜面的不同高度由靜止釋放，撞擊同一木塊（如圖所示），下列說法中正確的是（ ）A這樣做的目的是研究物體的動能大小與質量的關系B該實驗說明物體的動能大小與高度有關C若水平面絕對光滑，木塊將做勻速直線運動D鐵球從斜面上滾下來的過程中動能一直減小3、（2010楚雄）小明和小亮在學校的乒乓球臺上玩彈玻璃球的游戲，一不小心玻璃球就會滾到臺下，他們注意到，球的落地點時遠時近。那么，玻璃球的落地點到球臺的水平距離會和哪些因素有關呢？小明猜想： A. 小球的落地點到球臺的水平距離可能與球臺的高度有關； B. 小球的落地點到球臺的水平距離可能與球的速度有關。 （1）根據生活經驗，你還能幫助小明提