11.3動能和勢能

第十一章功和機械能RJ八年級下冊（2024）滿載游客的過山車，在機械的帶動下向著軌道的最高端攀行……忽然，它從軌道的最高端飛駛而下，宛如一條蛟龍，時而上下翻騰，時而左搖右擺，時而駛上高高聳立著的大回環的頂端……你知道過山車的速度為什么有那么多的變化嗎？你知道過山車為什么能夠到達大回環的最高處嗎？學習目標1.能通過實例從做功的角度描述能量，能說出能量與做功的關系，記住能的單位。2.能利用實例或實驗初步認識動能、勢能的概念，并能運用其解釋相關的現象。3.能通過實驗探究，了解動能、勢能的大小跟哪些因素有關。導入新課近日家住閔行區的市民李先生下樓取車準備外出時，發現汽車的擋風玻璃被砸壞了，于是立即報警。民警迅速到達現場，發現車身殘留有大量已干涸的西瓜汁，四周也散落了一地瓜皮，初步判斷為高空拋物致車輛損壞。隨后調取小區監控，很快鎖定并抓獲住在12樓的周某。堅固的擋風玻璃居然能被西瓜皮砸壞，這是什么原因呢？一、能量被壓縮的彈簧將小球彈起，彈簧對小球

。做了功一、能量流動的水推動水車轉動，水對水車

。做了功一、能量歸納：處于高處的西瓜皮、壓縮的彈簧、流水都能

。這些物體都有對

做功的本領。做功外一、能量2.能量的定義及單位（1）定義：物體

，我們就說這個物體具有

（energy），簡稱

。一般來說，一個物體能夠做的功越多，表示這個物體的能量越

。（2）單位：在國際單位制中，能量的單位與功的單位相同，也是

（

）。具有做功的本領，但與是否做功無關。能夠對外做功能量能大焦耳J例題1：下列關于能量的敘述不正確的是（）A．拉彎的弓能把箭射得很遠，弓具有能量B．高空墜物會砸傷人，墜物具有能量C．臺風把大樹連根拔起，臺風具有能量D．急流的河水將石頭沖走，河水沒有能量，石頭具有能量D一、能量區別功是一個過程量，能是一個狀態量。功是描述一個力對物體的作用過程中所取得的成效的物理量，它是相對于一個過程而言的；能量是指一個物體具有能夠對外做功的本領。無論物體有沒有做功，只要物體能夠做功或具有做功的本領，它就具有能量。聯系功是能量變化的量度。能量與功的關系一、能量例題2．關于能的概念，下列說法中正確的是（）A．一個物體能夠做功，就說這個物體具有能B．一個物體已做過的功越多，說明這個物體具有的能越多C．一個物體做了功，說明這個物體具有能D．用線懸掛著的小球，沒有做功，所以沒有能A二、動能風（流動的空氣）具有

；能量二、動能運動的子彈具有

；能量二、動能流水具有

。能量二、動能歸納：運動的物體具有能量。二、動能1.動能物體由于

而具有的能，叫作動能（kineticenergy）。一切運動的物體

動能。例如

：空中飛行的鷹、地上運動的汽車、高鐵等都具有動能。運動不能錯誤地認為“運動的物體所具有的能量都是動能”，因為運動的物體除具有動能外，還可能具有其他形式的能量。都具有二、動能動能的大小跟哪些因素有關呢？二、動能猜想與假設：研究物體的動能跟哪些因素有關（1）動能是物體由于運動而具有的能，所以動能可能與物體的

有關。（2）速度相同的足球和鉛球相比，鉛球能夠做的功比足球大得多，推測動能可能與物體的

有關。速度質量

（1）

法的應用：既然動能的大小可能與物體的質量和速度有關，所以探究動能與速度的關系時，應控制

不變（取

鋼球），改變鋼球運動的速度（讓鋼球從斜面的

高度由

滾下，到達水平面時的速度不同）。在探究動能與質量的關系時，應控制

相同（讓鋼球從斜面的同一高度由靜止滾下），改變鋼球的質量（取質量不同的鋼球）。設計實驗：控制變量質量同一不同靜止速度無論鋼球的質量是否相同，只要它從同一斜面的同一高度由靜止滾下，它撞擊木塊時的速度就相同。二、動能二、動能（2）

法的應用：讓滾下來的鋼球在水平面上撞擊靜止的木塊，木塊移動的距離越

，說明鋼球具有的動能越大。轉換遠反映鋼球做功的本領越大。二、動能1.讓同一個鋼球分別從不同的高度由靜止開始滾下，鋼球運動到水平面時的快慢一樣嗎？哪次木塊被撞得遠？實驗表明，鋼球從高處滾下，高度越高，鋼球運動到水平面時速度越

，木塊被撞得越

。所以，質量相同時，鋼球的速度越大，動能越

。2.讓質量不同的鋼球從同一高度由靜止開始滾下。哪個鋼球把木塊撞得遠？實驗表明，速度相同時，質量越

的鋼球將木塊撞得越遠。所以，鋼球的速度相同時，質量越大，動能越

。快遠大大大實驗過程：二、動能物體的動能與物體的質量和運動速度有關。質量相同的物體，運動速度越大，動能越大；運動速度相同的物體，質量越大，動能越大。實驗結論：二、動能（1）研究對象應選擇彈性好且不易變形的鋼球。（2）水平面應選擇粗糙程度適中的長木板，如果選光滑的平面，木塊被撞出后由于慣性做勻速直線運動，無法通過木塊移動的距離判斷鋼球動能的大小。（3）實驗中，讓鋼球從不同的高度滾下，目的是使它們到達水平面時具有不同的速度，探究的是動能與速度的關系，不是動能與高度的關系。（4）在比較動能大小或分析動能變化時，必須同時考慮物體的質量、運動速度這兩個因素，而不能只考慮其中一個因素。注意事項：二、動能二、動能

二、動能答：同一車輛，其速度越大，動能越大，越不容易剎住車，所以要對機動車的最高行駛速度加以限制，以免發生交通事故。車輛速度一定時，質量越大，動能就越大，行駛時危險性越大，所以大型客車、載貨汽車的最高行駛速度比小型客車的小。例題3.為了有效阻斷病毒的傳播，多地用灑水車在水平路面上噴灑消毒液，消毒車勻速前進噴灑過程中，消毒車的動能______（選填“變大”“變小”或“不變”）變小例題4.為了探究物體的動能大小與哪些因素有關，小明設計了如下實驗，用質量不同的兩個小鋼球m和M（M的質量大于m），分別從不同的高度h和H（H>h）由靜止開始滾下，分別測出木塊B被撞擊后移動的距離，結果是s3>s1>s2。(1)該實驗中是通過觀察_______

_來判斷____（選填“鋼球”或“木塊”）的動能大小；

(2)用來研究超載安全隱患時，我們應選擇________兩圖所示實驗來進行比較；

(3)若將甲、乙兩圖中的木塊均移走，并適當調節斜面傾角和鋼球釋放高度，________（選填“能”或“不能”）研究物體的動能大小與速度的關系；

(4)實驗中鋼球碰撞木塊后繼續向前運動一段距離，則開始時鋼球的重力勢能________（選填“大于”“小于”或“等于”）木塊克服摩擦力所做的功；

(5)若水平面絕對光滑，本實驗將________（選填“能”或“不能”）達到探究目的。不能木塊運動距離的長短鋼球乙、丙能大于三、勢能重錘對土做了功，說明高處的重錘具有

；能量三、勢能鉛球對沙面做了功，說明被舉高的鉛球具有

；能量三、勢能歸納：物體離開地面一定高度，具有能量。物體處在一定高度且無支持面時，由于受到重力作用會下落，下落過程中就能對其下方的物體做功。三、勢能1.重力勢能：在地球表面附近，物體由于受到

并處在一定

時所具有的能，叫作

。重力高度重力勢能深層理解物體位于高處是一種相對的說法，在沒有特別指明的情況下，“高度”一般是相對于地面而言的。在初中階段，通常認為地面上的物體具有的重力勢能為零。三、勢能在高樓的窗外，一顆小小的螺絲釘意外掉落，瞬間能把地面砸出一個小坑；而同樣高度落下的一片羽毛，輕飄飄地落在地上卻毫無動靜。再比如，大壩蓄水時，水位越高，開閘后奔涌而出的水流就能帶動發電機產生更多的電。那究竟是什么因素決定了物體重力勢能的大小？為什么同樣從高處落下，不同物體帶來的“效果”差異這么大？三、勢能猜想與假設：2.實驗探究：決定重力勢能的大小因素①重力勢能是由于物體處在一定高度而具有的能，所以重力勢能可能與物體的位置

有關。②位置高度相同的足球和鉛球下落到地面，鉛球對地面做的功比足球大得多，推測重力勢能可能與物體的

有關。高度質量三、勢能（1）轉換法：高處落下的鐵塊撞擊小桌后，通過

來反映重力勢能的大小。（2）控制變量法：探究重力勢能與高度的關系時，控制

相同，改變高度；探究重力勢能與質量的關系時，控制

相同，改變質量。思想方法：桌腿陷入細沙中的深度質量高度三、勢能①把質量為m的重物第1次從h高處由靜止釋放，第2次從2h高處由靜止釋放，比較兩次把小桌子砸人沙子的深度。設計并進行實驗：桌腿較細，這樣可以在壓力一定時，通過減小受力面積來增大壓強，使桌腿更容易陷入沙中。三、勢能②將重物都從h高處由靜止釋放，第1次重物質量為m，第2次重物質量為2m，比較兩次把小桌子砸人沙子的深度。三、勢能①重物的質量相等時，高度大的把小桌子砸人沙子的深度

，說明質量相等時，高度大的重物的重力勢能

。分析論證：大大三、勢能②重物的高度相等時，質量大的把小桌子砸人沙子的深度

，說明高度相等時，質量大的重物的重力勢能

。大大三、勢能物體的重力勢能由物體的質量和所處的高度共同決定質量相同的物體，高度越高，它的重力勢能越大；所處高度相同的物體，質量越大，它的重力勢能越大。實驗結論：三、勢能例題4.小龍在研學時發現，強夯機（如圖a所示）在打夯時，夯錘的質量越大，被提升得越高，地面被砸出的坑就越深。由此，小龍猜想，物體的重力勢能可能與物體的質量和高度有關。為了驗證自己的猜想是否正確，小龍和科技小組的同學們設計了圖b所示的“模擬打樁”實驗，探究物體重力勢能的大小與哪些因素有關。已知物體質量，實驗時，讓物體從木樁正上方某一高度自由下落，將木樁打入沙中。(1)物體下落過程中，重力勢能轉化為___能，可以通過比較_______

___來判斷物體重力勢能的大小，由圖b可判斷：物體_______（選填“甲”“乙”或“丙”）釋放前的重力勢能最小；動木樁被打入沙中的深度甲(2)通過圖b中、兩木樁被打入沙中的深度，可以得出初步結論：_________；(3)通過圖b中_______兩木樁被打入沙中的深度，可以得出初步結論：物體下落的高度一定時，質量越大，具有的重力勢能越大；(4)由圖b中B、C兩木樁被打入沙中的深度相同，________（選填“能”或“不能”）說明物體乙、丙釋放前的重力勢能相同，你的理由是________

。物體乙、丙對木樁做的功相同當物體的質量一定時，物體的高度越高，具有的重力勢能越大A.C能例題5.老鷹和麻雀在空中飛行。如果它們的動能相等，則______飛得慢；如果它們的重力勢能相等，則______飛得高。（均選填“老鷹”或“麻雀”）老鷹麻雀三、勢能答：不能。重力勢能的大小不僅與物體所處的高度有關，還與物體的質量有關。要比較兩個水電站中水的重力勢能的大小，不僅要看水位的高度，還要看儲存水的質量。僅憑水位高低，不能得出正確結論。三、勢能

三、勢能發生

形變的撐桿對運動員

；說明發生彈性形變的撐桿具有

。能量彈性做了功三、勢能發生彈性形變的弓對箭做了功；說明發生彈性形變的弓具有

。能量三、勢能歸納：發生彈性形變的物體具有能量。三、勢能2.彈性勢能：（1）定義：物體由于發生

而具有的能叫作彈性勢能。深層理解：①并不是只有彈簧具有彈性勢能，任何物體只要發生了彈性形變就具有彈性勢能。②有彈性的物體不一定有彈性勢能。如：未被拉長或壓縮的彈簧就沒有彈性勢能。③形變分彈性形變和塑性形變，發生塑性形變的物體沒有彈性勢能。彈性形變三、勢能動能和重力勢能的大小都有其影響因素，那彈性勢能的影響因素會是？三、勢能射箭時弓的形變越大，箭射得越遠。（2）影響因素：對于

，彈性形變越

，它具有的彈性勢能就越大。同一物體大物體的材料也會影響彈性勢能的大小。例題7.小明看到運動員拉弓射箭時，弓拉得越彎，箭射得越遠。小明猜想：彈性勢能的大小可能與物體的彈性形變有關。(1)為驗證其猜想是否正確，他設計了如圖實驗（彈簧被壓縮后未超過其彈性限度）：如圖所示，將同一個彈簧壓縮___________（選填“相同”或“不同”）的長度，將小球置于彈簧的右端，松開后小球碰到同一位置的相同木塊上，分析比較木塊___________，從而比較彈簧彈性勢能的大小；(2)若水平面絕對光滑，本實驗將______（選填“能”或“不能”）達到探究目的，理由是_

；

(3)在此實驗中你猜想：彈性勢能的大小還與彈簧的___________有關。材料運動距離不同不能若水平面絕對光滑，木塊就會做勻速直線運動，無法比較木塊移動距離的遠近，達不到探究目的例題8.下圖是玩彈弓的情景。經驗表明，橡皮筋拉得越長，同樣的“子彈”射得越遠，這說明橡皮筋的彈性勢能與___

___有關；若橡皮筋被拉的長度相同，所用“子彈”的質量不同，則發現射出時“子彈”的速度也不同。在此過程中，橡皮筋對“子彈”做的功______（選填“相同”或“不相同”）。彈性形變程度相同三、勢能3.勢能：

和

是常見的兩種勢能（potentialenergy）。知識拓展：除了重力勢能和彈性勢能外，常見的勢能類型還有以下幾種：電勢能、引力勢能、分子勢能、核勢能、化學勢能、磁勢能重力勢能彈性勢能三、勢能定義決定大小的因素共同特點動能物體由于運動而具有的能質量、速度具有能的物體都能夠做功，動能和勢能的單位都是焦耳(J)勢能重力勢能物體由于受到重力并處在一定高度時所具有的能質量、高度彈性勢能物體由于發生彈性形變而具有的能彈性形變程度、材料動能和勢能的異同點例題9.下列物體既有動能又有勢能的是（）A．靜止在路邊的汽車B．被壓縮的彈簧C．高山上靜止的大石D．C919飛機在飛行D11.3動能和勢能能量定義能夠對外做功的物體就具有能量單位焦耳（J）動能定義物體由于運動