八年級物理下冊 11.3 動能和勢能（原卷版）（人教版）

11.3動能和勢能（原卷版）知識清單1.能量；2.動能；3.勢能知識點1：能量1.現(xiàn)象探究：能做功的物體具有能量做功有快慢之分，那么，怎樣比較做功的快慢呢？下面我們類比速度的定義進(jìn)行說明?，F(xiàn)象圖示分析歸納海嘯將建筑物、汽車等一掃而空流動的海水能將建筑物、汽車等一掃而空，流動的海水能對外做功，即流動的海水具有做功本領(lǐng)像流動的海水、被拉彎的弓、被舉高的重錘等物體能夠?qū)ν庾龉?，我們就說這些物體具有能量被拉彎的弓將箭射出被拉彎的弓能將箭射出，弓能對外做功，即被拉彎的弓具有做功本領(lǐng)被舉高的重錘下落敲擊木樁而將木樁打入地里被舉高的重錘，當(dāng)它下落時可以把地面上木樁打入地里，它可以對木樁做功，即被舉高的重錘具有做功本領(lǐng)2.能量的概念及單位（1）物體能夠?qū)ν庾龉?，我們就說這個物體具有能量，簡稱能。（2）能量的單位與功的單位相同，在國際單位制中，能量的單位是焦耳（J）。3.對能的理解（1）能量是表示物體做功本領(lǐng)的物理量。（2）物體做功過程實質(zhì)上是能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程，物體能夠做功越多，表示這個物體所具有的能量越大。4.能與功的區(qū)別與聯(lián)系區(qū)別功是一個過程量，能是一個狀態(tài)量功是描述力對物體作用過程中取得的成效的物理量，是相對于一個過程而言的；能是描述一個物體做功本領(lǐng)的物理量，是一個狀態(tài)量具有能量的物體不一定做功，而正在做功的物體一定具有能量聯(lián)系功是能量變化的量度★特別提醒“能夠做功”與“做了功”的區(qū)別物體“能夠做功”與“做了功”是兩個不同的概念?！澳軌蜃龉Α北硎疚矬w具有做功本領(lǐng)，與做不做功沒關(guān)系；“做了功”表示結(jié)果，是物體對另一個物體施力并經(jīng)過一段距離后取得了成效?！镜淅?】下列關(guān)于功和能的關(guān)系的說法中，正確的是（）。A.一個物體沒有做功，它一定不具有能量；B.一個物體能夠做的功越多，其動能一定越大；C.一個物體具有能量，說明它正在做功；D.一個物體能夠做功，說明它具有能量知識點2：動能1.現(xiàn)象探究：運動的物體是否具有能現(xiàn)象圖示分析歸納風(fēng)吹著帆船移動空氣在流動的過程中對帆做功風(fēng)、流動的河水和飛行的子彈都能做功，它們都具有能量，分析這些物體的共同特點可知，這些物體都是由于運動而具有能量河水把砂石沖走水在流動過程中對砂石做功子彈射穿雞蛋子彈在運動過程中對雞蛋做功2.動能物體由于運動而具有的能叫做動能。一切運動的物體都具有動能。例如，空中飛行的小鳥、行駛的汽車、流動的水等?！锾貏e提醒敘述動能的定義時，只能說“物體由于運動而具有的能”，不能說“運動的物體具有的能”，因為運動的物體除了具有動能外，還可能具有其他形式的能，如高空飛行的飛機除了具有動能外，還具有重力勢能和內(nèi)能等。4.理解動能大小時應(yīng)注意的問題一切運動的物體都具有動能，物體的動能由物體質(zhì)量和運動速度決定，在討論物體動能大小時，必須同時分析兩個因素。例如，一顆子彈的速度大于火車的速度，但子彈的動能不一定比火車的動能大，因為子彈的質(zhì)量比火車的質(zhì)量小得多；也不能因為火車的質(zhì)量比子彈的質(zhì)量大得多，就認(rèn)為火車的動能一定比子彈的動能大，例如當(dāng)火車的速度為零時，其動能一定比飛行的子彈小。【典例2】如圖是探究“物體的動能大小與哪些因素有關(guān)”的實驗裝置圖。實驗中，探究的動能是指（）。A．小球在斜面上的動能；B．小球撞擊木塊時的動能；C．小球撞擊木塊后的動能；D．木塊被小球撞擊時的動能知識點3：勢能1.重力勢能（1）現(xiàn)象探究：位于高處的物體具有能量現(xiàn)象圖示分析歸納從高空落下的隕石把地面砸出一個大坑隕石對地面做了功，說明從高空落下的隕石具有能量位于高處的物體下落時可以做功，表明位于高處的物體具有能量水一直從高處往下滴，時間長了能把石頭滴穿位于高處的水滴對石頭做功，說明高處的水滴具有能量從高處落下的鉛球落在沙地中能砸出坑鉛球?qū)ι车刈隽斯?，說明從高處落下的鉛球具有能量（2）重力勢能：在地球表面附近，物體由于受到重力并處在一定高度時所具有的能，叫做重力勢能。2.彈性勢能（1）現(xiàn)象探究如圖甲所示，彈弓上被拉長的橡皮筋存儲了能量，能把“子彈”射出，且橡皮筋的彈性形變越大，“子彈”被射出的距離越遠(yuǎn)；如圖乙所示，被壓縮的彈簧存儲了能量，能把小車彈開，且彈簧形變量越大，小車被彈開的距離越遠(yuǎn)。由此可知，發(fā)生彈簧形變的物體在恢復(fù)形變時可以對外做功，即發(fā)生彈性形變的物體具有能量。甲乙（2）彈性勢能的定義：物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能叫做彈性勢能。（3）決定彈性勢能大小的因素：物體彈性勢能的大小與物體的彈性形變程度和物體本身的材料有關(guān)。對同一物體，彈性形變越大，彈性勢能越大。★特別提醒一個物體是否具有彈性勢能，關(guān)鍵看該物體是否發(fā)生了彈性形變。若物體發(fā)生了彈性形變，則此物體具有彈性勢能；若物體雖然發(fā)生了形變，但不是彈性形變，則沒有彈性勢能，如一捏就扁的的面團，就不具有彈性勢能。（4）彈性勢能的應(yīng)用彈性勢能的應(yīng)用很廣泛。如發(fā)條玩具，只要上緊玩具內(nèi)的發(fā)條，松手后玩具就會再彈性勢能的作用下動起來?！镜淅?】如圖跳水運動員跳水過程中，被壓彎的跳板具有___________，而將運動員彈起一定的高度，此時運動員具有___________，跳入水中而濺起水花。3.勢能重力勢能與彈性勢能是常見的兩種勢能。4.動能和勢能的異同點概念特點決定因素共同特點動能物體由于運動而具有的能一切運動的物體都具有動能質(zhì)量、速度具有能的物體都能夠做功，三種形式的能單位都是焦耳（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一切受到重力且位于高處的物體都具有重力勢能質(zhì)量、高度彈性勢能物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能一切發(fā)生彈性形變的物體都具有彈性勢能彈性形變程度、材料▲拓展培優(yōu)勢能和動能的相對性1.物體所處的高度具有相對性，所以物體所具有的能也具有相對性。例如，放在書桌上課本，相當(dāng)于地面來說有一定的高度，具有重力勢能，而相對于桌面其高度為0，重力勢能為0。2.物體的運動速度大小與選取的參照物有關(guān)，即速度大小具有相對性，那么動能的大小也具有相對性。同一物體相對于不同參照物，動能一般是不同的。例如，疾駛的列車對乘客而言，桌面上放著的茶杯相對于乘客是靜止的，對乘客無害，但是相對于列車外的行人，茶杯速度很大，動能很大，一旦擲出窗外砸到行人就會對行人造成嚴(yán)重的傷害。實驗清單1.實驗探究：物體的動能跟哪些因素有關(guān)？2.實驗探究：影響重力勢能大小的因素實驗、探究1物體的動能跟哪些因素有關(guān)？1.實驗探究：物體的動能跟哪些因素有關(guān)提出問題物體的動能跟哪些因素有關(guān)？猜想與假設(shè)（1）“十次車禍九次快”，猜想動能可能與物體運動的速度有關(guān)；（2）同樣速度的自行車和汽車，碰到行人后造成的傷害不同，猜想動能可能與物體的質(zhì)量有關(guān)設(shè)計實驗與制訂計劃用如圖所示的裝置探究鋼球的動能與速度及質(zhì)量的關(guān)系。實驗中，通過換用不同質(zhì)量的鋼球來改變質(zhì)量，讓同一鋼球從不同高度處滾下來改變速度。鋼球動能的大小由木塊被推動的距離遠(yuǎn)近來反映（轉(zhuǎn)換法），木塊被推動的越遠(yuǎn)，說明鋼球的動能越大。進(jìn)行實驗（1）讓同一鋼球從斜面的不同高度處由靜止開始滾下，推動木塊移動，比較兩次木塊被推動距離的遠(yuǎn)近，如圖甲、乙所示。甲乙（2）換用質(zhì)量不同的鋼球，讓它們從斜面的同一高度處由靜止開始釋放，滾下后推動木塊移動，比較兩次木塊被推動距離的遠(yuǎn)近，如圖丙、丁所示。丙丁分析與論證（1）同一鋼球從不同高度處滾下，鋼球碰撞木塊時的速度不同。高度越高，鋼球碰撞木塊時速度越大，木塊被推得越遠(yuǎn)，說明物體的動能與物體的速度有關(guān)；（2）不同鋼球從同一高度處滾下，鋼球碰撞木塊時的速度相同。質(zhì)量大的鋼球?qū)⒛緣K推得遠(yuǎn)，說明物體的動能與物體的質(zhì)量有關(guān)。實驗結(jié)論物體動能與物體的質(zhì)量和運動的速度有關(guān)。質(zhì)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(zhì)量越大，動能越大。實驗、探究2影響重力勢能大小的因素2.實驗探究：影響重力勢能大小的因素提出問題重力勢能的大小與哪些因素有關(guān)？猜想與假設(shè)（1）生活中手機從幾厘米高處跌落一般不會損壞，但從幾米高處跌落，一般會造成較嚴(yán)重的損壞，由此猜想，重力勢能的大小可能與高度有關(guān)；（2）下冰雹時，重冰雹比輕冰雹造成的危害大得多，由此猜想，重力勢能的大小可能與物體的質(zhì)量有關(guān)設(shè)計實驗與制訂計劃將小方桌放置在沙箱中鋪平的沙面上，讓物體從某一高度自由下落撞擊小方桌，小方桌下陷越深，說明下落的物體能夠做的功越多（轉(zhuǎn)換法），即物體具有的重力勢能越大。改變同一物體下落的高度，或從同一高度釋放不同質(zhì)量的物體，比較物體對小方桌做功的多少。進(jìn)行實驗（1）讓同一物體從不同高度處自由下落撞擊小方桌，如圖（b）、（c）所示。（2）讓不同物體從同一高度處自由下落撞擊小方桌，如圖（c）、（d）所示。實驗現(xiàn)象（1）同一物體下落時的高度越高，小方桌下陷得越深。（2）從同一高度下落時，質(zhì)量大的物體比質(zhì)量小的物體使小方桌下陷得更深。分析與論證（1）質(zhì)量相等時，較高處物體使小方桌下陷的深度大，說明質(zhì)量相等時，高度大的物體重力勢能大；（2）高度相等時，質(zhì)量大的物體使小方桌下陷的深度大，說明同一高度，質(zhì)量大物體的重力勢能大。實驗結(jié)論同一高度，物體的質(zhì)量越大，重力勢能越大；同一質(zhì)量物體，高度越大，物體的重力勢能越大?！镜淅?】沈仔細(xì)同學(xué)在研究“影響重力勢能大小的因素”時，提出了如下猜想：?猜想一：重力勢能的大小可能與物體的質(zhì)量有關(guān)；?猜想二：重力勢能的大小可能與物體所在的高度有關(guān)；?猜想三：重力勢能的大小可能與物體的運動路徑有關(guān)。?他為了驗證猜想，準(zhǔn)備了如下實驗器材：花泥（易產(chǎn)生塑性形變）若干塊，刻度尺一把，?體積相同、質(zhì)量為m的小球3個和質(zhì)量為2m的小球一個。所用實驗裝置如圖甲、乙所示。?為驗證猜想，他首先讓質(zhì)量分別為m、2m的小球A、B從距花泥表面高H處由靜止下落，測得A、B小球陷入花泥的深度為h1和h2，如圖甲所示；然后讓質(zhì)量為m的小球C從距花泥表面高3H處由靜止下落，質(zhì)量為m的小球D從距花泥表面高3H的光滑彎曲管道上端靜止滑入，最后從管道下端豎直落下（球在光滑管道中運動的能量損失不計）測得C、D小球陷入花泥的深度均為h3，且h1<h2<h3）請你完成下列內(nèi)容：??（1）本實驗中，小球的重力勢能大小是通過______來反映的；?（2）分析圖甲所示的實驗現(xiàn)象，可得出結(jié)論：當(dāng)物體的______、______相同時，______越大，重力勢能越大；?（3）分析圖乙所示的實驗現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)兩球運動的路徑不同，但陷入花泥的深度相同，由此可知物體的重力勢能與物體運動的路徑______（選填“有關(guān)”或“無關(guān)”）；?（4）綜合分析圖甲、乙所示的實驗現(xiàn)象，還可得出的結(jié)論是：______。方法清單1.功和能的關(guān)系；2.動能和勢能的大??；3.探究動能大小和哪些因素有關(guān)；4.探究重力勢能大小的影響因素；5.探究彈性勢能大小的影響因素題型一：功和能的關(guān)系★解題指導(dǎo)：功能關(guān)系（1）能是由物體狀態(tài)決定的物理量，有能量的物體有做功的本領(lǐng)；（2）物體通過對外做功來釋放能量；（3）功是能量變化的量度，即功是做功過程中物體的能量的多少?！镜淅?】下列關(guān)于功和能的關(guān)系的說法中，正確的是（）。A.一個物體沒有做功，它一定不具有能量；B.一個物體能夠做的功越多，其動能一定越大；C.一個物體具有能量，說明它正在做功；D.一個物體能夠做功，說明它具有能量題型二：動能和勢能的大小★解題指導(dǎo)分析物體的動能和重力勢能的變化時，要同時考慮質(zhì)量、高度和速度幾個因素是否發(fā)生變化，再綜合分析動能和重力勢能的變化情況?！镜淅?】一個實心小球從高處豎直下落到地面的過程中，下列敘述中正確的是（）。A.小球的動能增大，重力勢能減??；B.小球的動能減小，重力勢能增大；C.小球的動能不變，重力勢能減?。籇.小球的動能增大，重力勢能不變題型三：探究動能大小的影響因素★解題指導(dǎo)【考向點撥】1.研究方法：轉(zhuǎn)換法（動能大小轉(zhuǎn)換成木塊移動距離）、控制變量法；2.如果水平面絕對光滑能否達(dá)到實驗?zāi)康模翰荒埽诠饣矫嫔?，木塊做勻速直線運動；3.比較哪兩步可以看出動能與速度有關(guān)：步驟二、三；4.比較哪兩步可以看出動能與物體質(zhì)量有關(guān)：步驟二、四；5.判斷動能和質(zhì)量有關(guān)必須：控制小球到水平面時速度相同；6.判斷動能和速度有關(guān)必須：使用相同小球；7.起點位置越高：小球達(dá)到斜面底端速度越大；8.木塊運動距離越大：動能越大?！镜淅?】興趣小組的同學(xué)認(rèn)為車禍的危害程度與汽車的動能大小有關(guān)，于是他們進(jìn)行了如下探究：??【提出問題】汽車的動能大小跟什么因素有關(guān)？?【猜想假設(shè)】由“十次車禍九次快”可猜想：汽車的動能可能跟______有關(guān)；由“安全駕駛莫超載”可猜想：汽車的動能可能跟______有關(guān)。?【進(jìn)行實驗】他們做了如圖所示的三次實驗：用金屬球模擬汽車，讓金屬球從斜槽的某一高度由靜止開始滾下，碰到水平面上的物塊，將物塊撞出一段距離。物塊被撞擊得越遠(yuǎn)，說明金屬球到達(dá)水平面時的動能就越______。?【分析論證】分析甲、丙兩圖的實驗現(xiàn)象，可以初步得到的結(jié)論是：______。?【實踐應(yīng)用】用甲、乙兩圖的實驗現(xiàn)象所得到的結(jié)論，可以解釋汽車______（選填“超載”或“超速”）行駛時危險性大的原因。題型四：探究重力勢能大小的影響因素★解題指導(dǎo)【考向點撥】在探究實驗中，需要探究影響重力勢能的三個因素，應(yīng)用到了控制變量法。（1）當(dāng)研究物體的重力勢能與物體質(zhì)量關(guān)系時，需要保持下落高度和運動路徑相同，改變物體質(zhì)量；（2）研究物體重力勢能與下落高度的關(guān)系時，需要保持物體質(zhì)量和運動路徑相同，改變下落高度；（3）當(dāng)研究物體重力勢能與運動路徑的關(guān)系時，需要保持物體質(zhì)量和下落高度相同，改變運動路徑。據(jù)此分析解答。（1）如何判斷重力勢能能大?。嚎葱∥飰K能夠陷入沙面的深度（或?qū)ι趁嫔系奈矬w做功的多少）；（2）保持物塊質(zhì)量不變時結(jié)論：物體質(zhì)量相同時；所處高度越高重力勢能越大；（3）保持物塊高度不變時結(jié)論：不同質(zhì)量的物體所處高度相同時，質(zhì)量大的重力勢能大。（4）實驗結(jié)論：物體重力勢能和質(zhì)量、高度有關(guān)；質(zhì)量越大、高度越高，重力勢能越大；（5）實驗方法：控制變量法、轉(zhuǎn)換法?！镜淅?】用“模擬打樁”來探究物體重力勢能的大小與哪些因素有關(guān)，物體的質(zhì)量m1=m3<m2。實驗時，讓物體從木樁正上方的某一高度處自由下落，將木樁打入沙中，三次實驗?zāi)緲哆M(jìn)入沙中的深度如圖所示。木樁進(jìn)入沙中的深度越深，則物體對木樁做的功越______。比較A、B可知：物體重力勢能的大小與物體的________有關(guān)；比較___________可知：物體重力勢能的大小與物體被舉的高度有關(guān)。題型五：探究彈性勢能大小的影響因素【典例9】小江同學(xué)利用一個彈珠、三根材料和厚度相同、長寬不同的橡皮條，探究“橡皮條的彈性勢能與長度、寬度的關(guān)系?！彼来螌⑾鹌l固定在彈弓上，如圖所示，在彈性范圍內(nèi)，拉伸相同的伸長量，將彈珠在同一位置沿水平方向彈射出去，測得彈射的水平距離，數(shù)據(jù)如下表：次數(shù)橡皮條橡皮條寬度/cm橡皮條長度/cm彈射的水平距離/cm請回答以下問題：?（1）實驗中，是通過比較______來間接反映橡皮條的彈性勢能大小。?（2）比較第1次和第2次實驗可知，拉伸相同的伸長量，橡皮條的彈性勢能與橡皮條的______有關(guān)。?（3）比較第1次和第3次實驗可知，拉伸相同的伸長量，橡皮條的彈性勢能還與橡皮條的______有關(guān)。?（4）用同種材料同厚度的橡皮條，拉伸相同的伸長量，彈性勢能最小的橡皮條是______?：A.窄而長的寬而長的寬而短的窄而短的?（5）在此實驗中用到了兩種物理方法分別是______和______。易錯清單1.功和能的關(guān)系；2.判斷動能與勢能的變化★易錯預(yù)警1：功和能的關(guān)系物體能夠?qū)ν庾龉Γf明這個物體具有能量。物體能夠?qū)ν庾龉κ侵高@個物體具有做功的本領(lǐng)，由于所處的條件不同，物體可能正在做功，也可能沒有做功，但只要它能夠做功，就具有能量。功是過程量，它和一段位移(一段時間)相對應(yīng)；而能量是狀態(tài)量，它和一個時刻相對應(yīng)。做功的過程是能量轉(zhuǎn)化的過程，功是能量變化的量度?！镜淅?0】(多選)關(guān)于功和能的關(guān)系，下列說法正確的是()。A.物體做的功越多，說明物體具有的能量越多；B.一個物體能夠做功，我們就說這個物體具有能量；C.功是能量變化的量度，做多少功，就有多少能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化；D.功就是能，能就是功，二者沒有區(qū)別★易錯預(yù)警2：判斷動能和勢能的變化分析動能或重力勢能的大小變化的關(guān)鍵是明確它們大小的決定因素，弄清速度、高度、質(zhì)量是變還是不變，如何變等。判斷物體動能的變化時要同時考慮物體的質(zhì)量和速度大小的變化；判斷物體重力勢能的變化時要同時考慮物體的質(zhì)量和高度的變化，忽視任意一個因素就有可能造成判斷錯誤?！镜淅?1】如圖所示是北斗導(dǎo)航系統(tǒng)某一衛(wèi)星的軌道示意圖．已知該衛(wèi)星沿橢圓軌道繞地球運行的過程中機械能守恒．該衛(wèi)星從遠(yuǎn)地點向近地點運行過程中，重力勢能、動能、速度的變化是（）。A．重力勢能增加、動能減小、速度減??；B．重力勢能增加、動能減小、速度不變；C．重力勢能減小、動能增加、速度增加；D．重力勢能不變、動能不變、速度不變中考清單1.動能和勢能的大小變化；2.探究影響動能大小的因素3.功率的計算1.動能和勢能的大小變化★中考解析中考考題要求同學(xué)們具有初步的能量觀，能從物理學(xué)的角度對動能、勢能變化情況作出簡單的分析。【典例12