八年级物理下册 11.3 动能和势能（原卷版）（人教版）

11.3动能和势能（原卷版）知识清单1.能量；2.动能；3.势能知识点1：能量1.现象探究：能做功的物体具有能量做功有快慢之分，那么，怎样比较做功的快慢呢？下面我们类比速度的定义进行说明。现象图示分析归纳海啸将建筑物、汽车等一扫而空流动的海水能将建筑物、汽车等一扫而空，流动的海水能对外做功，即流动的海水具有做功本领像流动的海水、被拉弯的弓、被举高的重锤等物体能够对外做功，我们就说这些物体具有能量被拉弯的弓将箭射出被拉弯的弓能将箭射出，弓能对外做功，即被拉弯的弓具有做功本领被举高的重锤下落敲击木桩而将木桩打入地里被举高的重锤，当它下落时可以把地面上木桩打入地里，它可以对木桩做功，即被举高的重锤具有做功本领2.能量的概念及单位（1）物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量，简称能。（2）能量的单位与功的单位相同，在国际单位制中，能量的单位是焦耳（J）。3.对能的理解（1）能量是表示物体做功本领的物理量。（2）物体做功过程实质上是能量转化或转移的过程，物体能够做功越多，表示这个物体所具有的能量越大。4.能与功的区别与联系区别功是一个过程量，能是一个状态量功是描述力对物体作用过程中取得的成效的物理量，是相对于一个过程而言的；能是描述一个物体做功本领的物理量，是一个状态量具有能量的物体不一定做功，而正在做功的物体一定具有能量联系功是能量变化的量度★特别提醒“能够做功”与“做了功”的区别物体“能够做功”与“做了功”是两个不同的概念。“能够做功”表示物体具有做功本领，与做不做功没关系；“做了功”表示结果，是物体对另一个物体施力并经过一段距离后取得了成效。【典例1】下列关于功和能的关系的说法中，正确的是（）。A.一个物体没有做功，它一定不具有能量；B.一个物体能够做的功越多，其动能一定越大；C.一个物体具有能量，说明它正在做功；D.一个物体能够做功，说明它具有能量知识点2：动能1.现象探究：运动的物体是否具有能现象图示分析归纳风吹着帆船移动空气在流动的过程中对帆做功风、流动的河水和飞行的子弹都能做功，它们都具有能量，分析这些物体的共同特点可知，这些物体都是由于运动而具有能量河水把砂石冲走水在流动过程中对砂石做功子弹射穿鸡蛋子弹在运动过程中对鸡蛋做功2.动能物体由于运动而具有的能叫做动能。一切运动的物体都具有动能。例如，空中飞行的小鸟、行驶的汽车、流动的水等。★特别提醒叙述动能的定义时，只能说“物体由于运动而具有的能”，不能说“运动的物体具有的能”，因为运动的物体除了具有动能外，还可能具有其他形式的能，如高空飞行的飞机除了具有动能外，还具有重力势能和内能等。4.理解动能大小时应注意的问题一切运动的物体都具有动能，物体的动能由物体质量和运动速度决定，在讨论物体动能大小时，必须同时分析两个因素。例如，一颗子弹的速度大于火车的速度，但子弹的动能不一定比火车的动能大，因为子弹的质量比火车的质量小得多；也不能因为火车的质量比子弹的质量大得多，就认为火车的动能一定比子弹的动能大，例如当火车的速度为零时，其动能一定比飞行的子弹小。【典例2】如图是探究“物体的动能大小与哪些因素有关”的实验装置图。实验中，探究的动能是指（）。A．小球在斜面上的动能；B．小球撞击木块时的动能；C．小球撞击木块后的动能；D．木块被小球撞击时的动能知识点3：势能1.重力势能（1）现象探究：位于高处的物体具有能量现象图示分析归纳从高空落下的陨石把地面砸出一个大坑陨石对地面做了功，说明从高空落下的陨石具有能量位于高处的物体下落时可以做功，表明位于高处的物体具有能量水一直从高处往下滴，时间长了能把石头滴穿位于高处的水滴对石头做功，说明高处的水滴具有能量从高处落下的铅球落在沙地中能砸出坑铅球对沙地做了功，说明从高处落下的铅球具有能量（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高度时所具有的能，叫做重力势能。2.弹性势能（1）现象探究如图甲所示，弹弓上被拉长的橡皮筋存储了能量，能把“子弹”射出，且橡皮筋的弹性形变越大，“子弹”被射出的距离越远；如图乙所示，被压缩的弹簧存储了能量，能把小车弹开，且弹簧形变量越大，小车被弹开的距离越远。由此可知，发生弹簧形变的物体在恢复形变时可以对外做功，即发生弹性形变的物体具有能量。甲乙（2）弹性势能的定义：物体由于发生弹性形变而具有的能叫做弹性势能。（3）决定弹性势能大小的因素：物体弹性势能的大小与物体的弹性形变程度和物体本身的材料有关。对同一物体，弹性形变越大，弹性势能越大。★特别提醒一个物体是否具有弹性势能，关键看该物体是否发生了弹性形变。若物体发生了弹性形变，则此物体具有弹性势能；若物体虽然发生了形变，但不是弹性形变，则没有弹性势能，如一捏就扁的的面团，就不具有弹性势能。（4）弹性势能的应用弹性势能的应用很广泛。如发条玩具，只要上紧玩具内的发条，松手后玩具就会再弹性势能的作用下动起来。【典例3】如图跳水运动员跳水过程中，被压弯的跳板具有___________，而将运动员弹起一定的高度，此时运动员具有___________，跳入水中而溅起水花。3.势能重力势能与弹性势能是常见的两种势能。4.动能和势能的异同点概念特点决定因素共同特点动能物体由于运动而具有的能一切运动的物体都具有动能质量、速度具有能的物体都能够做功，三种形式的能单位都是焦耳（J）势能重力势能物体由于受到重力并处在一定高度时所具有的能一切受到重力且位于高处的物体都具有重力势能质量、高度弹性势能物体由于发生弹性形变而具有的能一切发生弹性形变的物体都具有弹性势能弹性形变程度、材料▲拓展培优势能和动能的相对性1.物体所处的高度具有相对性，所以物体所具有的能也具有相对性。例如，放在书桌上课本，相当于地面来说有一定的高度，具有重力势能，而相对于桌面其高度为0，重力势能为0。2.物体的运动速度大小与选取的参照物有关，即速度大小具有相对性，那么动能的大小也具有相对性。同一物体相对于不同参照物，动能一般是不同的。例如，疾驶的列车对乘客而言，桌面上放着的茶杯相对于乘客是静止的，对乘客无害，但是相对于列车外的行人，茶杯速度很大，动能很大，一旦掷出窗外砸到行人就会对行人造成严重的伤害。实验清单1.实验探究：物体的动能跟哪些因素有关？2.实验探究：影响重力势能大小的因素实验、探究1物体的动能跟哪些因素有关？1.实验探究：物体的动能跟哪些因素有关提出问题物体的动能跟哪些因素有关？猜想与假设（1）“十次车祸九次快”，猜想动能可能与物体运动的速度有关；（2）同样速度的自行车和汽车，碰到行人后造成的伤害不同，猜想动能可能与物体的质量有关设计实验与制订计划用如图所示的装置探究钢球的动能与速度及质量的关系。实验中，通过换用不同质量的钢球来改变质量，让同一钢球从不同高度处滚下来改变速度。钢球动能的大小由木块被推动的距离远近来反映（转换法），木块被推动的越远，说明钢球的动能越大。进行实验（1）让同一钢球从斜面的不同高度处由静止开始滚下，推动木块移动，比较两次木块被推动距离的远近，如图甲、乙所示。甲乙（2）换用质量不同的钢球，让它们从斜面的同一高度处由静止开始释放，滚下后推动木块移动，比较两次木块被推动距离的远近，如图丙、丁所示。丙丁分析与论证（1）同一钢球从不同高度处滚下，钢球碰撞木块时的速度不同。高度越高，钢球碰撞木块时速度越大，木块被推得越远，说明物体的动能与物体的速度有关；（2）不同钢球从同一高度处滚下，钢球碰撞木块时的速度相同。质量大的钢球将木块推得远，说明物体的动能与物体的质量有关。实验结论物体动能与物体的质量和运动的速度有关。质量相同的物体，运动速度越大，动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，动能越大。实验、探究2影响重力势能大小的因素2.实验探究：影响重力势能大小的因素提出问题重力势能的大小与哪些因素有关？猜想与假设（1）生活中手机从几厘米高处跌落一般不会损坏，但从几米高处跌落，一般会造成较严重的损坏，由此猜想，重力势能的大小可能与高度有关；（2）下冰雹时，重冰雹比轻冰雹造成的危害大得多，由此猜想，重力势能的大小可能与物体的质量有关设计实验与制订计划将小方桌放置在沙箱中铺平的沙面上，让物体从某一高度自由下落撞击小方桌，小方桌下陷越深，说明下落的物体能够做的功越多（转换法），即物体具有的重力势能越大。改变同一物体下落的高度，或从同一高度释放不同质量的物体，比较物体对小方桌做功的多少。进行实验（1）让同一物体从不同高度处自由下落撞击小方桌，如图（b）、（c）所示。（2）让不同物体从同一高度处自由下落撞击小方桌，如图（c）、（d）所示。实验现象（1）同一物体下落时的高度越高，小方桌下陷得越深。（2）从同一高度下落时，质量大的物体比质量小的物体使小方桌下陷得更深。分析与论证（1）质量相等时，较高处物体使小方桌下陷的深度大，说明质量相等时，高度大的物体重力势能大；（2）高度相等时，质量大的物体使小方桌下陷的深度大，说明同一高度，质量大物体的重力势能大。实验结论同一高度，物体的质量越大，重力势能越大；同一质量物体，高度越大，物体的重力势能越大。【典例4】沈仔细同学在研究“影响重力势能大小的因素”时，提出了如下猜想： 猜想一：重力势能的大小可能与物体的质量有关； 猜想二：重力势能的大小可能与物体所在的高度有关； 猜想三：重力势能的大小可能与物体的运动路径有关。 他为了验证猜想，准备了如下实验器材：花泥（易产生塑性形变）若干块，刻度尺一把， 体积相同、质量为m的小球3个和质量为2m的小球一个。所用实验装置如图甲、乙所示。 为验证猜想，他首先让质量分别为m、2m的小球A、B从距花泥表面高H处由静止下落，测得A、B小球陷入花泥的深度为h1和h2，如图甲所示；然后让质量为m的小球C从距花泥表面高3H处由静止下落，质量为m的小球D从距花泥表面高3H的光滑弯曲管道上端静止滑入，最后从管道下端竖直落下（球在光滑管道中运动的能量损失不计）测得C、D小球陷入花泥的深度均为h3，且h1<h2<h3）请你完成下列内容：  （1）本实验中，小球的重力势能大小是通过______来反映的； （2）分析图甲所示的实验现象，可得出结论：当物体的______、______相同时，______越大，重力势能越大； （3）分析图乙所示的实验现象，发现两球运动的路径不同，但陷入花泥的深度相同，由此可知物体的重力势能与物体运动的路径______（选填“有关”或“无关”）； （4）综合分析图甲、乙所示的实验现象，还可得出的结论是：______。方法清单1.功和能的关系；2.动能和势能的大小；3.探究动能大小和哪些因素有关；4.探究重力势能大小的影响因素；5.探究弹性势能大小的影响因素题型一：功和能的关系★解题指导：功能关系（1）能是由物体状态决定的物理量，有能量的物体有做功的本领；（2）物体通过对外做功来释放能量；（3）功是能量变化的量度，即功是做功过程中物体的能量的多少。【典例5】下列关于功和能的关系的说法中，正确的是（）。A.一个物体没有做功，它一定不具有能量；B.一个物体能够做的功越多，其动能一定越大；C.一个物体具有能量，说明它正在做功；D.一个物体能够做功，说明它具有能量题型二：动能和势能的大小★解题指导分析物体的动能和重力势能的变化时，要同时考虑质量、高度和速度几个因素是否发生变化，再综合分析动能和重力势能的变化情况。【典例6】一个实心小球从高处竖直下落到地面的过程中，下列叙述中正确的是（）。A.小球的动能增大，重力势能减小；B.小球的动能减小，重力势能增大；C.小球的动能不变，重力势能减小；D.小球的动能增大，重力势能不变题型三：探究动能大小的影响因素★解题指导【考向点拨】1.研究方法：转换法（动能大小转换成木块移动距离）、控制变量法；2.如果水平面绝对光滑能否达到实验目的：不能，在光滑平面上，木块做匀速直线运动；3.比较哪两步可以看出动能与速度有关：步骤二、三；4.比较哪两步可以看出动能与物体质量有关：步骤二、四；5.判断动能和质量有关必须：控制小球到水平面时速度相同；6.判断动能和速度有关必须：使用相同小球；7.起点位置越高：小球达到斜面底端速度越大；8.木块运动距离越大：动能越大。【典例7】兴趣小组的同学认为车祸的危害程度与汽车的动能大小有关，于是他们进行了如下探究：  【提出问题】汽车的动能大小跟什么因素有关？ 【猜想假设】由“十次车祸九次快”可猜想：汽车的动能可能跟______有关；由“安全驾驶莫超载”可猜想：汽车的动能可能跟______有关。 【进行实验】他们做了如图所示的三次实验：用金属球模拟汽车，让金属球从斜槽的某一高度由静止开始滚下，碰到水平面上的物块，将物块撞出一段距离。物块被撞击得越远，说明金属球到达水平面时的动能就越______。 【分析论证】分析甲、丙两图的实验现象，可以初步得到的结论是：______。 【实践应用】用甲、乙两图的实验现象所得到的结论，可以解释汽车______（选填“超载”或“超速”）行驶时危险性大的原因。题型四：探究重力势能大小的影响因素★解题指导【考向点拨】在探究实验中，需要探究影响重力势能的三个因素，应用到了控制变量法。（1）当研究物体的重力势能与物体质量关系时，需要保持下落高度和运动路径相同，改变物体质量；（2）研究物体重力势能与下落高度的关系时，需要保持物体质量和运动路径相同，改变下落高度；（3）当研究物体重力势能与运动路径的关系时，需要保持物体质量和下落高度相同，改变运动路径。据此分析解答。（1）如何判断重力势能能大小：看小物块能够陷入沙面的深度（或对沙面上的物体做功的多少）；（2）保持物块质量不变时结论：物体质量相同时；所处高度越高重力势能越大；（3）保持物块高度不变时结论：不同质量的物体所处高度相同时，质量大的重力势能大。（4）实验结论：物体重力势能和质量、高度有关；质量越大、高度越高，重力势能越大；（5）实验方法：控制变量法、转换法。【典例8】用“模拟打桩”来探究物体重力势能的大小与哪些因素有关，物体的质量m1=m3<m2。实验时，让物体从木桩正上方的某一高度处自由下落，将木桩打入沙中，三次实验木桩进入沙中的深度如图所示。木桩进入沙中的深度越深，则物体对木桩做的功越______。比较A、B可知：物体重力势能的大小与物体的________有关；比较___________可知：物体重力势能的大小与物体被举的高度有关。题型五：探究弹性势能大小的影响因素【典例9】小江同学利用一个弹珠、三根材料和厚度相同、长宽不同的橡皮条，探究“橡皮条的弹性势能与长度、宽度的关系。”他依次将橡皮条固定在弹弓上，如图所示，在弹性范围内，拉伸相同的伸长量，将弹珠在同一位置沿水平方向弹射出去，测得弹射的水平距离，数据如下表：次数橡皮条橡皮条宽度/cm橡皮条长度/cm弹射的水平距离/cm请回答以下问题： （1）实验中，是通过比较______来间接反映橡皮条的弹性势能大小。 （2）比较第1次和第2次实验可知，拉伸相同的伸长量，橡皮条的弹性势能与橡皮条的______有关。 （3）比较第1次和第3次实验可知，拉伸相同的伸长量，橡皮条的弹性势能还与橡皮条的______有关。 （4）用同种材料同厚度的橡皮条，拉伸相同的伸长量，弹性势能最小的橡皮条是______ ：A.窄而长的宽而长的宽而短的窄而短的 （5）在此实验中用到了两种物理方法分别是______和______。易错清单1.功和能的关系；2.判断动能与势能的变化★易错预警1：功和能的关系物体能够对外做功，说明这个物体具有能量。物体能够对外做功是指这个物体具有做功的本领，由于所处的条件不同，物体可能正在做功，也可能没有做功，但只要它能够做功，就具有能量。功是过程量，它和一段位移(一段时间)相对应；而能量是状态量，它和一个时刻相对应。做功的过程是能量转化的过程，功是能量变化的量度。【典例10】(多选)关于功和能的关系，下列说法正确的是()。A.物体做的功越多，说明物体具有的能量越多；B.一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能量；C.功是能量变化的量度，做多少功，就有多少能量发生了转化；D.功就是能，能就是功，二者没有区别★易错预警2：判断动能和势能的变化分析动能或重力势能的大小变化的关键是明确它们大小的决定因素，弄清速度、高度、质量是变还是不变，如何变等。判断物体动能的变化时要同时考虑物体的质量和速度大小的变化；判断物体重力势能的变化时要同时考虑物体的质量和高度的变化，忽视任意一个因素就有可能造成判断错误。【典例11】如图所示是北斗导航系统某一卫星的轨道示意图．已知该卫星沿椭圆轨道绕地球运行的过程中机械能守恒．该卫星从远地点向近地点运行过程中，重力势能、动能、速度的变化是（）。A．重力势能增加、动能减小、速度减小；B．重力势能增加、动能减小、速度不变；C．重力势能减小、动能增加、速度增加；D．重力势能不变、动能不变、速度不变中考清单1.动能和势能的大小变化；2.探究影响动能大小的因素3.功率的计算1.动能和势能的大小变化★中考解析中考考题要求同学们具有初步的能量观，能从物理学的角度对动能、势能变化情况作出简单的分析。【典例12