11.3 動能和勢能（導(dǎo)學案）- 八年級物理下冊同步備課系列（人教版）(教師版)

學而優(yōu)教有方11.3動能和勢能（導(dǎo)學案）【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(guān)系。記住能的單位.2.能通過實例或?qū)嶒灣醪秸J識動能勢能的概念，并能運用其解釋相關(guān)的現(xiàn)象.3.能通過實驗探究，了解動能、勢能的大小跟那些因素有關(guān)。4.具有從能量的角度分析物理問題的意識?！緦W習重點】影響動能和勢能大小的因素?！緦W習難點】影響動能和勢能大小的因素?！咀灾黝A(yù)習】閱讀教材，完成以下問題：1．如果一個物體能夠做功，表示這個物體具有能量，簡稱能。在物理學中，能的單位是焦耳。2．物體由于運動而具有的能，叫做動能。物體動能的大小跟它的質(zhì)量和速度有關(guān)。質(zhì)量相同的物體，運動的速度越大，它的動能越大；運動速度相同的物體，質(zhì)量越大，它的動能也越大。3．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。物體的重力勢能跟它的質(zhì)量和高度有關(guān)。對于高度相同的物體，質(zhì)量越大，重力勢能越大；對于質(zhì)量相同的物體，高度越高，重力勢能越大。4．物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能量叫做彈性勢能。彈性勢能的大小與物體本身的材料和彈性形變的程度有關(guān)。在材料相同時，物體的彈性形變越大，它具有的彈性勢能就越大。5.重力勢能和彈性勢能統(tǒng)稱為勢能?！竞献魈骄俊刻骄恳?、動能1.能量（1）現(xiàn)象探究：什么情況下能做功?！鞠胍幌搿肯率鰧嵗惺裁垂餐攸c？【分析】流動的水對水車做了功；飛行的子彈對蘋果做了功；拉開的弓對箭做了功?！咎骄繗w納】上述實例的共同特點是物體對外做了功。（2）能量：物體能夠?qū)ν庾龉?，我們就說這個物體具有能量，簡稱能。（3）能量的實質(zhì)：物體做功的過程就是能的轉(zhuǎn)化過程。物體做的功越多，說明某種能轉(zhuǎn)化為別的形式的能就越多，就表示這個物體的能量越大。即能量是表示物體做功本領(lǐng)的物理量。（4）能量的單位：物體做功的過程就是能的轉(zhuǎn)化過程，因此能的單位與功的單位相同，是焦耳（J）。2.動能（1）問題探究：運動的物體是否具有能？【分析】臺風、汽車、子彈都在運動，具有能量。【探究發(fā)現(xiàn)】運動的物體具有能。（2）動能物體由于運動而具有的能量，叫做動能。一切運動的物體都具有動能。例如，空中飛行的飛機、地上行駛的汽車、河水的流動等。3.探究物體的動能跟哪些因素有關(guān)【猜想與假設(shè)】（1）動能是由于物體運動而具有的能，子彈飛行的速度大，對物體的殺傷力也大（做功多），所以動能可能與物體的運動速度有關(guān)。（2）錘子擊碎物體時，錘頭的質(zhì)量越大，破壞力越強（做功越多），動能的大小可能與物體的質(zhì)量有關(guān)?！局贫ㄓ媱潯浚?）如圖所示，鋼球A從高為h的斜槽上滾下，在水平面上運動，運動的鋼球A碰到木塊B后，能將B撞出一段距離s。在同一水平面上，木塊B被撞得越遠，鋼球A對B做的功就越多，A的動能越大。（2）實驗方法①轉(zhuǎn)換法：通過被撞物體運動的距離s來反映動能的大小。②控制變量法：在探究動能大小可能與物體運動速度、物體質(zhì)量有關(guān)時，每次實驗這兩個變量只能變化一個?！具M行實驗】（1）探究動能大小與速度的關(guān)系①控制鋼球的質(zhì)量m不變。②讓同一鋼球A分別從不同的高度由靜止開始滾下，撞擊木塊B。③觀察并測量木塊被撞出的距離s。④實驗記錄表次數(shù)質(zhì)量m/kg高度h/cm推動木塊的距離s/cm10.110

20.115

30.120

（2）探究動能大小與質(zhì)量的關(guān)系①控制速度不變，即固定鋼球在滑槽上的釋放位置的高度h。②改變鋼球的質(zhì)量m。③觀察并測量木塊被撞出的距離s。④實驗記錄表次數(shù)質(zhì)量m/kg高度h/cm推動木塊的距離s/cm10.110

20.210

30.310

【分析與論證】探究（1）中：鋼球質(zhì)量相同，鋼球達到斜面底端的速度越大，木塊被撞擊滑行的距離越遠。說明：鋼球的動能大小與速度有關(guān)，速度越大，動能越大。探究（2）中：鋼球達到斜面底端速度相同時，鋼球質(zhì)量越大，木塊被撞擊滑行的距離越遠，說明：鋼球的動能大小與質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量越大，動能越大?！緦嶒灲Y(jié)論】物體動能的大小跟速度、質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量相同的物體，運動速度越大，它的動能越大；運動速度相同的物體，質(zhì)量越大，它的動能越大?！窘涣髋c討論】（1）使鋼球獲得動能的方法：將鋼球由斜面某一高度靜止釋放（重力勢能轉(zhuǎn)化為動能）。（2）將質(zhì)量不同的鋼球放在斜面上同一高度處靜止釋放的目的：控制鋼球達到斜面底端時具有相同的初速度（鋼球的速度與質(zhì)量無關(guān)）。（3）將質(zhì)量相同的鋼球由斜面上不同位置靜止釋放的目的：改變鋼球達到斜面底端時的初速度。（4）實驗改進①若木塊質(zhì)量較大，為確保實驗現(xiàn)象較明顯，可增大鋼球滾下的高度。②不用木塊的實驗改進：在桌上鋪一條毛巾，用鋼球在毛巾表面滾動的距離來反映動能的大小。（5）實驗結(jié)論的應(yīng)用：生活中超載、超速問題（超速：速度大，超載：質(zhì)量大；則使車輛的動能大，危險性大）。4.與動能有關(guān)的現(xiàn)象及解釋【想想議議】某段道路的標示牌顯示：小型客車最高行駛速度不得超過100km/h；大型客車、載貨汽車最高行駛速度不得超過80km/h。請利用物理知識解釋，為什么要對機動車的最高行駛速度進行限制？為什么在同樣的道路上，對不同車型設(shè)定不一樣的最高行駛速度？【分析】同一輛汽車，質(zhì)量不變，速度越大，具有的動能越大，危害性大。所以限制機動車的最高行駛速度才能保證機動車行駛的安全性。車型不同，載重量不同，如果載貨車與小汽車的行駛速度相同，由于載貨車的質(zhì)量大，具有的動能大，則剎車時滑行的距離長，危害性大。所以質(zhì)量大的大型貨車最高行駛速度要小些。5.小資料——《一些物體的動能》【例題1】判斷下列物體動能的變化情況：①一輛汽車加速運動，它的動能__________；②火車進站時做減速運動，它的動能_____，停止后，它的動能等于___；③一輛灑水車在馬路上勻速前進并灑水，它的動能_________；④汽車空載和滿載時以相同速度前進：________時動能大?！敬鸢浮孔兇?；減??；0；減??；滿載.【解析】根據(jù)影響動能大小的因素判斷：物體動能的大小跟速度、質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量相同的物體，運動的速度越大，它的動能越大；運動速度相同的物體，質(zhì)量越大，它的動能也越大?！纠}2】如圖1所示是“探究物體的動能跟哪些因素有關(guān)”的實驗，將小鋼球從高度為h的同一斜面上由靜止開始滾下，推動同一木塊在水平面向前移動一段距離后停下。先后完成甲、乙、丙所示的三組實驗。（1）小鋼球在滾下斜面的過程中，其動能大小是通過______（選填“高度”或“距離”）大小來反映的；（2）分析比較甲和乙兩組實驗可得：__________________；（3）分析比較________兩組實驗可得，物體速度相同時，質(zhì)量越大，動能越大；（4）綜合上述可知，如圖2所示的交通標志牌是交通管理部門對不同車型設(shè)定不同的最高________；（5）在實驗中，若增大水平面的粗糙程度，則木塊移動的距離將______（選填“增大”、“不變”或“減小”）?！敬鸢浮浚?）距離；（2）物體質(zhì)量相同時，速度越大，動能越大；（3）甲、丙；（4）速度。【解析】（1）鋼球從斜面滾下過程中，其動能大小是通過木塊移動距離s的大小來反映的，小木塊移動距離越大，說明小鋼球的動能越大。（3）探究動能大小與質(zhì)量的關(guān)系，保持速度相同，鋼球的質(zhì)量不同，故分析比較甲、丙兩組實驗可得出物體的動能與質(zhì)量的關(guān)系。（4）（5）在實驗中，若增大水平面的粗糙程度，木塊受到的阻力增大，則木塊移動的距離將減小。探究二、勢能1.重力勢能（1）現(xiàn)象探究：被舉高的物體能做功。①觀察打樁機打樁的過程：如圖所示，打樁機在工作時，先把“重錘”高高舉起，“重錘”落下，可以把樁打入地里。②高空拋物現(xiàn)象曾被稱為“懸在城市上空的痛”。它曾與“亂扔垃圾”齊名，排名第二。高空拋物，既傷人又傷物?！痉治觥勘慌e高的重錘能夠?qū)蹲龉?，說明被舉高的重錘具有能量。高空拋物能夠做功，說明高處的物體具有能量?！咎骄繗w納】高處的物體都具有能量?！具^渡】高處的物體具有什么能呢？這種能量是物體由于受到重力產(chǎn)生的。（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.決定重力勢能大小的因素【猜想與假設(shè)】（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高度有關(guān)。（2）位置高度相同的足球和鉛球下落到地面，鉛球?qū)Φ孛孀龅墓Ρ茸闱虼蟮枚?，推測重力勢能可能與物體的質(zhì)量有關(guān)?！驹O(shè)計并進行實驗】（1）探究重力勢能的大小與高度的關(guān)系讓同一物體分別從不同的高度由靜止下落，觀察桌腿在沙坑下陷的深度。（2）探究重力勢能大小與質(zhì)量的關(guān)系讓質(zhì)量不同的物體分別從同一高度由靜止開始下落，觀察桌腿在沙坑下陷的深度?！痉治雠c論證】探究（1）中：同一物體從不同高度的位置下落時，桌腿在沙坑下陷的深度不同；高度越高，桌腿在沙坑下陷的深度越大。說明：質(zhì)量相等的物體，高度越高，重力勢能越大。探究（2）中：質(zhì)量不同的物體從同一高度下落時，質(zhì)量越大，桌腿在沙坑下陷的深度越大。說明：高度相同時，物體的質(zhì)量越大，重力勢能越大?！緦嶒灲Y(jié)論】物體重力勢能的大小跟高度、質(zhì)量有關(guān)，物體的質(zhì)量越大，位置越高，它具有的重力勢能就越大?！鞠胂胱h議】在建筑工地上，常常看到以下的指示牌，你知道這些安全警示牌表示什么含義？其中包含的物理原理是什么？【分析】這些安全警示牌分別表示：當心吊物；當心落物；必須戴安全帽。因為處于高空的物體具有很大的重力勢能，一旦下落后，做的功也多，對人的傷害更大。3.彈性勢能（1）現(xiàn)象探究：物體發(fā)生彈性形變與做功【想一想】運動員在參加射箭比賽時，拉彎的弓為什么能將箭射出？蹦床比賽中，運動員為什么可以“跳”這么高？【分析】被拉彎的弓和發(fā)生形變的蹦床可以把箭射出去、把人彈起，弓和彈簧能夠?qū)ν庾龉?，說明他們具有能量。共同特點：發(fā)生彈性形變的物體具有能量。射箭蹦床弓的形變程度越大，箭射得越遠【追問】這種形式的能量是如何產(chǎn)生的？功（2）彈性勢能：物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能叫做彈性勢能。（3）影響彈性勢能大小的因素事例：鐘表的發(fā)條，擰的越緊，指針走動的時間越長；彈弓的皮筋拉的越長，彈丸被彈射的越遠。觀察如圖所示的射箭比賽，會發(fā)現(xiàn)弓的形變程度越大，箭射得越遠。以上發(fā)生彈性形變的物體，其彈性形變越大，具有的彈性勢能越大?？梢娢矬w的彈性勢能與彈性形變程度有關(guān)。影響彈性勢能大小的因素是物體本身的材料和彈性形變的程度。在材料相同時，物體的彈性形變越大，它具有的彈性勢能就越大。4.勢能：重力勢能和彈性勢能統(tǒng)稱為勢能．5.動能和勢能的異同：異同點動能勢能重力勢能彈性勢能不同點形成原因物體由于運動而具有的能物體由于受到重力并處在一定高度所具有的能物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能特點一切運動的物體都具有動能一切被舉高的物體都具有重力勢能一切發(fā)生彈性形變的物體都具有彈性勢能決定因素質(zhì)量和速度質(zhì)量和高度彈性形變程度相同點都是能量的一種具體形式,都具有做功的本領(lǐng)【例題3】同學們在探究“重力勢能的大小與哪些因素有關(guān)”的實驗時，提出了如下猜想：猜想一：物體的重力勢能與物體的質(zhì)量有關(guān)；猜想二：物體的重力勢能與物體所在高度有關(guān)。為了驗證上述猜想，他們利用小桌、沙子、透明的箱子、質(zhì)量不同的重物進行實驗。把小桌放在平整的沙面上，讓重物從高處落下，撞擊桌面的中心部位，桌腿陷入沙子。圖為實驗過程中的有關(guān)情景。（1）實驗探究的是______（選填“重物”或“小桌”）的重力勢能；（2）實驗中通過比較___________來判斷物體重力勢能的大??；（3）通過比較_______（選填“甲乙”“乙丙”“丙丁”或“甲丁”）兩圖，可得出的實驗結(jié)論是：___________________；（4）如圖所示的實驗，_______（選填“能”或“不能”）順利驗證兩個猜想?！敬鸢浮浚?）重物；（2）桌腿陷入沙子的深度；（3）甲、乙，物體的質(zhì)量相同時，所在高度越高，重力勢能越大；（4）不能。【解析】（1）與（2）實驗探究的是重物的重力勢能，重物下落撞在桌子上，桌腿陷入沙子中，重物的重力勢能通過小桌陷入沙子的程度看出。（3）重力勢能與物體質(zhì)量、高度有關(guān)，由圖得，甲乙中控制重物的質(zhì)量相同，改變物體下落的高度，物體下落高度越高，小桌陷入沙子中的深度較深，說明物體的質(zhì)量相同時，所在高度越高，重力勢能越大。（4）如圖所示的實驗，通過比較甲乙實驗，質(zhì)量相同，下落高度不同，可以驗證重力勢能與高度有關(guān)；甲乙丙丁實驗中，重物下落高度都不同，無法驗證重力勢能與高度的關(guān)系。【例題4】在探究彈性勢能的大小跟哪些因素有關(guān)時，小明提出如下猜想：猜想一：彈性勢能的大小與彈簧被壓縮的程度有關(guān)；猜想二：彈性勢能的大小與彈簧的材料有關(guān)；（1）為驗證猜想一，他設(shè)計了如圖所示實驗，（小球質(zhì)量大于木塊的質(zhì)量）實驗時將同一彈簧壓縮不同的長度（彈簧被壓縮后未超過其彈性限度），將小球置于彈簧的右端，松開后小球撞擊同一位置的相同木塊上，分析比較___________，從而得出彈性勢能大小。（2）為驗證猜想二，需選用材料_________的兩根彈簧，實驗時將兩根彈簧壓縮________（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，對數(shù)據(jù)進行比較分析時，若__________________，說明彈性勢能的大小與彈簧的材料有關(guān)?！敬鸢浮浚?）木塊移動的距離；（2）不同，相同，前后兩次木塊移動的距離不同?！窘馕觥浚?）為驗證猜想一，即彈性勢能的大小與彈簧被壓縮的程度有關(guān)，應(yīng)改變彈簧的彈性形變大小，因此要將同一個彈簧壓縮不同的長度；運用轉(zhuǎn)換法，觀察木塊移動距離的遠近來比較彈性勢能的大小。（2）探究彈性勢能的大小與彈簧的材料有關(guān)，需選用長度和粗細相同，材料不同的兩根彈簧，實驗時將兩根彈簧壓縮相同的長度，觀察前后兩次木塊移動的距離；若前后兩次木塊移動的距離不同，說明彈性勢能的大小與彈簧的材料有關(guān)?！揪v點撥】1．功和能的關(guān)系從做功的角度描述能量。物體能夠?qū)ν庾龉Γɑ蚓邆渥龉Ρ绢I(lǐng)），就表示這個物體具有能量，對外做功越多，能量越大。（1）具有能量的物體不一定在做功，但正在做功的物體一定具有能量。（2）物體做功越多，說明它具有的能量越大，但具有的能量大，做的功不一定多。2．影響動能和勢能的因素（1）影響因素：質(zhì)量、速度、高度或彈性形變情況。（2）探究方法：控制變量法和轉(zhuǎn)換法。（3）控制變量法①質(zhì)量相同，改變高度，探究能量與速度或高度的關(guān)系；②高度相同，改變質(zhì)量，探究能量與質(zhì)量的關(guān)系。注意：物體一定從靜止狀態(tài)開始運動。物體從斜面上同一高度靜止下滑，到達斜面底端時的速度是相等的，與物體的質(zhì)量無關(guān)。3.對動能、勢能的理解動能與勢能的大小是各由兩個因素共同決定的。在分析動能和勢能如何變化的問題時，容易忽略其中一個因素，而只注重另外一個因素的影響，從而造成解題錯誤。因此分析動能變化時需同時考慮質(zhì)量、運動速度的變化情況；分析重力勢能變化時需同時考慮質(zhì)量、所處高度的變化情況?！練w納整理】第3節(jié)動能和勢能【課堂練習】1．關(guān)于功和能的關(guān)系的說法中，下列說法中正確的是（）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【答案】D。【解析】一個物體雖然沒有做功，但是只要它有做功的能力，它就具有能量，故A、C錯誤，D正確；物體做功越多，說明該物體具有的能量就越大，并不一定是動能越大，也有可能是重力勢能或其他形式的能，故B錯誤。所以選D.2．下列物體中:①卷緊的鐘表發(fā)條；②扔在空中的橡皮；③被適當拉伸的彈簧；④充滿氣的氣球。具有彈性勢能的是（）A.①②③④B.①③④C.只有①

D.只有①③【答案】B?！窘馕觥繖C械鐘表內(nèi)的發(fā)條被卷緊后，其發(fā)生了彈性形變，故①具有彈性勢能；扔在空中的橡皮，沒有發(fā)生彈性形變，故②不具有彈性勢能；被適當拉伸的彈簧，發(fā)生了彈性形變，故③具有彈性勢能；充滿氣的氣球，發(fā)生了彈性形變，故④具有彈性勢能。故B選項正確。所以選B。3.如圖所示，艦載機在“山東艦”航母上起飛，其在加速上升過程中（）A．動能減小，重力勢能增大B．動能增大，重力勢能減小C．動能增大，重力勢能增大D．動能減小，重力勢能減小【答案】C。【解析】艦載機在“山東艦”航母上起飛，其在加速上升過程中，質(zhì)量不變，速度和高度都變大，所以其動能和重力勢能都增大，故ABD不符合題意，C符合題意。所以選C.第3題圖第4題圖4．無人機已被應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。如圖所示，是一款我國具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的某品牌無人機，在無人機勻速上升的過程中，對其分析正確的是（）A．動能不變，重力勢能增大B．動能減小，重力勢能增大C．動能增大，重力勢能增大D．動能增大，重力勢能減小【答案】A【詳解】無人機勻速上升過程中，無人機的質(zhì)量不變，高度增大，重力勢能增大；速度不變，質(zhì)量不變，其動能不變，故BCD錯誤，A正確。故選A。5.如圖所示是玩彈弓的情景。經(jīng)驗表明，橡皮筋拉得越長，同樣的“子彈”射得越_____，這說明橡皮筋的彈性勢能與橡皮筋發(fā)生______大小有關(guān)；若橡皮筋被拉得長度相同，所用“子彈”的質(zhì)量不同，則發(fā)現(xiàn)射出時的速度也_____（選填“相同”或“不相同”）；在此過程中，橡皮筋對“子彈”做的功______（選填“相同”或“不相同”）?！敬鸢浮窟h；彈性形變程度；不相同；相同.【解析】橡皮筋拉得越長，同樣的“子彈”射得越遠，則橡皮筋的彈性勢能越大；這說明橡皮筋的彈性勢能與彈性形變程度有關(guān)。在橡皮筋被拉得長度相同時，橡皮筋的彈性勢能相同，對子彈做的功相同，射出子彈的動能也相同，由于所用“子彈”的質(zhì)量不同，其射出時的速度也會不同。第5題圖第6題圖6.爸爸開車帶著小明行駛在高速公路上，小明看到圖所示的限速標志，想起了學過的“動能”的知識，也產(chǎn)生了一系列有關(guān)的問題。其中最有探究價值且易于探究的是（）A．物體的動能與物體的形狀是否有關(guān)？B．物體的動能與它的速度有什么關(guān)系？C．物體的動能與它的質(zhì)量和速度有什么關(guān)系？D．物體的動能與哪些因素有關(guān)？

【答案】C.【詳解】ABC．三種汽車的質(zhì)量不同，限制的速度不同，從質(zhì)量和速度兩個方面進行探究動能，動能的大小與物體的形狀無關(guān)，最有探究價值且易于探究的是物體的動能與質(zhì)量和速度的關(guān)系，故C符合題意，AB不符合題意；D．“物體的動能與哪些因素有關(guān)？”這問題不具體，范圍較廣，故D不符合題意。故選C.7．小明學做家鄉(xiāng)特色菜“貼餑餑熬魚”時，一個不小心讓飲料瓶落到了松軟的玉米面團上，在面團上留下較深的痕跡。于是他靈機一動，想利用玉米面團和裝有水的飲料瓶探究影響重力勢能的因素。隨后他依次做了如圖所示的實驗。（1）通過面團的凹陷程度可以確定水瓶下落前__________的大??；（2）利用實驗①、②可探究重力勢能大