11.3 动能和势能（知识解读）（解析版）

113 动能和势能（知识解读）（解析版） •知识点1 动能和势能的概念 •知识点2 动能和势能的大小 •知识点3 动能和势能的影响因素及应用 •知识点4 动能和势能的转化 •知识点5 动能和势能的影响因素实验探究 •作业 巩固训练 1、动能 （1）动能概念：物体由于运动而具有的能，叫做动能。一切物体都具有动能。 （2）影响动能大小的因素：物体的质量和速度。物体的质量越大，速度越大，物体具有 的动能就越大。 （3）单位：焦耳（）。 2、重力势能 （1）重力势能概念：物体由于被举高而具有的能量，叫做重力势能。 （2）影响重力势能大小的因素：物体的质量和物体所处的高度。物体的质量越大，所处 的高度越高，物体的重力势能就越大。 （3）单位：焦耳（），重为1 的物体（质量约为01kg），被举高1m 时所获得的能量， 就是1。 3、弹性势能 （1）弹性势能概念：物体由于发生弹性形变而具有的能，叫做弹性势能。 （2）影响弹性势能大小的因素：弹性形变程度。同一物体在弹性形变范围内的弹性形变 程度越大，弹性势能就越大。 （3）单位：焦耳（）。 4、势能：弹性势能和重力势能统称为势能。 动能和势能的概念 知识点1 【典例1-1】（2023 秋•柳州期末）下列具有弹性势能的是（ ） ．匀速行驶的汽车 B．射出去的箭 ．被拉弯的弓 D．树上掉落的苹果 【答】 【解答】解：、匀速行驶的汽车具有动能，故不符合题意； B、射出去的箭具有动能和重力势能，故B 不符合题意； 、被拉弯的弓具有弹性势能，故符合题意； D、树上掉落的苹果具有重力势能，故D 不符合题意。 故选：。 【典例1-2】（2023 秋•辽阳期末）唐诗中有“黄河远上白云间”“不尽长江滚滚来”的诗 句，前一句生动形象地表明黄河储藏着大量的 重力势 能，后一句表明长江具有大量 的 动 能。 【答】见试题解答内容 【解答】解：从前一句中诗可看出黄河之水高高在上，由于有一定的高度而具有重力势 能； 后一诗句可看出长江之水在流动，由于运动而具有动能。 故答为：重力势；动。 【变式1-1】（2023 秋•琼中县校级期中）下列选项中，具有动能的是（ ） ．滚动的足球 B．山上的石头 ．树上的小鸟 D．楼上听课的同学 【答】 【解答】解：、滚动的足球，处于运动状态，具有动能；故正确； B、山上的石头，静止在地面上，故没有动能；故B 错误； 、树上的小鸟，处于静止状态，故不具有动能；故错误； D、楼上听课的同学，由于处于静止状态，不具有动能；故D 错误。 故选：。 【变式1-2】（2023 秋•清远期末）2023 年10 月17 日—25 日在西安举办2023 年全国射箭 锦标赛（室外），在比赛中，选手拉弦时，拉弯的弓具有 弹性势 能，当弓形变变 大时，这种能 变大 （选填“变大”“变小”或“不变”）；松开箭，箭射出去后 具有 动 能。 【答】弹性势；变大；动 【解答】解：（1）被拉弯的弓放手后，可以把箭射出去，说明弓能够对箭做功，所以 弓具有弹性势能； （2）当弓形变变大时，弹性形变变大，弹性势能变大； （3）松开箭，弓的弹性势能转化为箭的动能。 故答为：弹性势；变大；动。 1、影响动能大小的因素：物体的质量和速度。物体的质量越大，速度越大，物体具有的 动能就越大。 2、影响重力势能大小的因素：物体的质量和物体所处的高度。物体的质量越大，所处的 高度越高，物体的重力势能就越大。 3、影响弹性势能大小的因素：弹性形变程度。同一物体在弹性形变范围内的弹性形变程 度越大，弹性势能就越大。 【典例2-1】（2023•蒙阴县校级开学）体育课上，李华同学让铅球和足球在跑道上以相同 的速度滚动，则（ ） ．铅球的动能大 B．足球的动能大 ．铅球、足球的动能一样大 D．无法比较 【答】 【解答】解：铅球和足球在跑道上的滚动速度相同，但铅球的质量大于足球的质量，所 以铅球的动能大。 故选：。 【典例2-2】（2023 春•威远县校级期中）如图所示，货架上放着BD 四个体积相同的实心 球，其中和B 为铝球，和D 为铁球，那么和B 两球相比较， B 球的重力势能小；B 动能和势能的大小 知识点2 和两球相比较，做功本领更大的是 球。（ρ 铁＞ρ 铝） 【答】B； 【解答】解：由于四个实心球的体积相同，和B 为铝球，和D 为铁球，ρ 铝＜ρ 铁，由m ＝ρV 可知，、B 两球的质量小于、D 两球的质量。与B 相比，质量相同，但的高度更 高，所以球的重力势能大、B 球的重力势能小； B 与相比，高度相同，的质量更大，所以球的重力势能大，故球的做功本领更大。 故答为：B；。 【变式2-1】（2023 春•黄岛区期末）如图所示是我国某地的等高线图，若把同一物体分别 放在点和B 点，则此物体的重力势能（ ） ．在点时较大 B．在B 点时较大 ．在两点一样大 D．条件不足，无法判定 【答】B 【解答】解：由图可看出，点所在的海拔为995m，B 点所在的海拔为1040m，而对同 一个物体，它的位置越高，重力势能越大，故B 点的重力势能大。 故选：B。 【变式2-2】（2023 秋•苏州校级月考）荡秋千是中小学生喜欢的游戏，如图为荡秋千的简 化模型。摆球从点由静止释放，到达D 点后返回，B、两点等高。球在B、两点的动能 大小EkB ＞ Ek（选填“＞”、“＝”或“＜”），小球从B 点摆动到D 点的过程中， 绳的拉力对小球 没有 （选填“有”或“没有”）做功。 【答】＞；没有。 【解答】解：由于存在空气的摩擦，秋千在摆动的过程中，机械能转化为内能，机械能 会逐渐减小；球在B、两点高度相同，重力势能相同，B 的机械能大于的机械能，B 的 动能大于的动能，绳的拉力始终与运动方向垂直，即拉力方向没有移动距离，因而拉力 不做功。 故答为：＞；没有。 1、动能和势能的影响因素： （1）动能的大小与两个因素有关：一是物体的质量，二是物体运动的速度大小；当物体 的质量一定时，物体运动的速度越大其动能越大，物体的速度越小其动能越小，具有相同 运动速度的物体，质量越大动能越大，质量越小动能越小； （2）重力势能的大小与两个因素有关：一个是物体的质量，另一个是物体距零势能面的 高度。当物体的质量一定时，物体距零势能面的高度越大，其重力势能越大，物体距零势 能面的高度越小，其重力势能越小；当物体距零势能面的高度一定时，物体质量越大其重 力势能越大，物体质量越小其重力势能越小，物体的质量越大，举得越高，其重力势能就 越大； （3）弹性势能的大小与两个因素有关：一个是弹簧本身的性质，另一个是弹性形变的大 小。当弹簧本身的性质相同时，形变越大，它具有的弹性势能就越大，形变越小，具有的 弹性势能就越小；当弹簧形变相同时，性质不同的弹簧弹性势能不同。 2、动能和势能的影响应用： （1）水轮发电机，将水下落的重力势能转化成轮子的动能，从而带动线圈在磁场中转动， 产生感应电流，通过导线传出去，完成发电； 动能和势能的影响因素及应用 知识点3 （2）撑杆跳，将助跑时的动能装化成重力势能，使人升高； （3）秋千，是动能和重力势能互相转化的结果。 【典例3-1】（2023 秋•镇江期末）抽水蓄能电站白天时放出山上的水用来发电，下列关于 水向下流动时能量转化分析正确的是（ ） ．水的重力势能增加 B．水的动能减少 ．水的重力势能转化为动能 D．水的动能转化为重力势能 【答】 【解答】解：水从山上向下流动的过程中，水的重力势能转化为动能，水重力势能减小， 动能增大，故正确，BD 错误。 故选：。 【典例3-2】（2023 秋•东台市期末）《天工开物》中写道：“凡弓弦取食柘叶蚕茧”，指 出用多股蚕丝作为弓的弦，这是利用蚕丝的弹性好。拉弯的弓发生 弹性形变 ，对 箭有弹力作用；放手后，弓恢复形变过程中，弓的 弹性势 能转化为箭的 动 能。 【答】弹性形变；弹性势；动。 【解答】解：拉弯的弓发生弹性形变，对箭有弹力作用；放手后，弓恢复形变过程中， 弓的弹性势能转化为箭的动能。 故答为：弹性形变；弹性势；动。 【变式3-1】（2023 秋•海安市期末）如图是空军进行空中加油科目训练的情况，图中在同 一高度匀速飞行的加油机正在给受油机加油。则加油过程中（ ） ．加油机的动能减小，重力势能减小 B．受油机的动能不变，重力势能不变 ．加油机的动能不变，重力势能不变 D．受油机的动能增加，重力势能减小 【答】 【解答】解：在同一高度匀速飞行的加油机正在给受油机加油，在加油的过程中，加油 机的质量减小，速度不变，所以动能减小；由于质量减小，高度不变，所以重力势能减 小，机械能减小。 在加油的过程中，受油机的质量增大，速度不变，所以动能增大；由于质量增大，高度 不变，所以重力势能增大，机械能增大。 故BD 错误，正确。 故选：。 【变式3-2】（2023 秋•修水县期末）科技实践是提高学生核心素养重要途径，如图是某科 技实践小组制作的水火箭的运动轨迹，运动到点后不再喷水，B 点是最高点，则在B 点 时水火箭的动能 不为零 （选填“为零”或“不为零”），从B 运动到，水火箭重 力势能 减小 （选填“增大”或“减小”）。 【答】不为零；减小。 【解答】解：水火箭在最高的B 点时，在水平方向上有一定的速度，具有动能，即动能 不为零； 在B 到的过程中，水火箭质量不变，高度变小，重力势能减小。 故答为：不为零；减小。 1、动能大小与质量和速度有关，重力势能的大小与质量和高度有关。 2、判断一个物体的动能（势能）是否发生变化或发生了怎样的变化，首先要确定速度（所 处高度）或质量这两个因素中哪一个因素是不变的，然后再根据另一个因素的变化情况来 判断物体动能（势能）的变化情况。 【典例4-1】（2022 秋•库车市期末）我们曾听到鸟与飞机相撞而引起机毁人亡的报道，空 中飞翔的鸟对飞机构成了巨大威胁，鸟与飞机相撞引起机毁的原因是（ ） ．鸟飞行的速度很大 B．以飞机为参照物，鸟的速度很大 动能和势能的转化 知识点4 ．鸟飞行的速度很小 D．以飞机为参照物，鸟的速度很小 【答】B 【解答】解：以相向而行的飞机为参照物，相同的时间内，鸟和飞机之间的距离变化很 大，以飞机为参照物，鸟的速度很大。小鸟的速度越大，它的动能越大，所以鸟与飞机 相撞引起机毁。 故选：B。 【典例4-2】（2023 秋•睢宁县期中）在水平地面上铺一张纸，将皮球表面涂黑，使其分别 从不同高度处自由下落，在纸上留下黑色圆斑甲、乙，圆斑 甲 是皮球从较高处落 下形成的，试分析原因： 质量相同时，高度越高，重力势能越大，落地时转化为的弹 性势能越大、弹性形变越大 。 【答】甲；质量相同时，高度越高，重力势能越大，落地时转化为的弹性势能越大、弹 性形变越大。 【解答】解：使皮球分别从不同高度处自由下落，在纸上留下黑色圆斑甲、乙，留下圆 斑说明皮球下落到纸面上时发生了弹性形变，此时，能量的转化过程是将动能转化为弹 性势能，分析图中两个圆斑大小可看出，圆斑大的甲皮球转化的弹性势能较大，说明它 原来所具有的重力势能大，即其所处的高度较高，即质量相同时，高度越高，重力势能 越大，落地时转化为的弹性势能越大、弹性形变越大。 故答为：甲；质量相同时，高度越高，重力势能越大，落地时转化为的弹性势能越大、 弹性形变越大。 【变式4-1】（2023 春•鼓楼区校级期末）如图所示，运动员在射箭比赛时总是要把弓拉得 很弯，其主要目的是（ ） ．增大箭的弹性势能 B．减小箭的动能 ．增大弓的弹性势能 D．使箭沿直线运动 【答】 【解答】解：物体的弹性形变程度越大，其弹性势能就越大；运动员在射箭比赛时总是 要把弓拉得很弯，就是让弓的弹性形变程度增大，获得更大的弹性势能；题中只是说把 弓拉得很弯，不能增大箭的弹性势能和弓的弹性，也无法使箭沿直线运动；故BD 错误， 正确。 故选：。 【变式4-2】（2023 春•江岸区校级月考）如图为某道路交道标志牌：小型车最 高 （选 填“低”、“高”）行驶速度为100km/，该路段全程40km，大型客车以标志牌上速度 行驶需要 30 m 才能通过该路段；载货汽车限速较低是因为其本身质量大，若速度 大则其 动能 越大，能克服摩擦阻力做功越多，越不容易刹住，行驶时的危险性越 大。 【答】高；30；动能。 【解答】解：道路交道标志牌上表示此路段不同车型的最高时速不同，此路段小型车最 高行驶速度为100km/； 此路段大型客车最高时速为80km/，行驶40km 所需时间为t＝ ＝ ＝05＝ 30m； 动能的影响因素有质量和速度，载货汽车本身质量大，若速度大，则动能更大，越不容 易刹住，行驶时的危险性越大。 故答为：高；30；动能。 1、探究动能的大小与哪些因素有关？ （1）实验方法：控制变量法和转换法 （2）实验结论： 动能和势能的影响因素实验探究 知识点5 ①物体动能的大小与物体的运动速度有关，物体运动速度越大，物体的动能越大； ②物体动能的大小与物体的质量有关，物体的质量越大，物体的动能越大。 （3）归纳总结： 动能的大小与物体的质量和运动速度有关。质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能 越大；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越大 2、探究重力势能的大小与哪些因素有关？ （1）实验方法：控制变量法和转换法 （2）实验结论：物体的质量和物体所处的高度。物体的质量越大，所处的高度越高，物 体的重力势能就越大。 3、探究弹性势能的大小与哪些因素有关？ （1）实验方法：控制变量法和转换法 （2）实验结论：同一物体在弹性形变范围内的弹性形变程度越大，弹性势能就越大。 【典例5-1】（2023 春•兴宁区校级月考）如图所示，在“探究重力势能的大小跟哪些因素 有关”的实验中（m1＝m2＜m3），下列说法错误的是（ ） ．实验中木桩下陷的深度越深，则物体的重力势能越大 B．比较、b 两图可知：物体被举得越高，重力势能越大 ．选择、两图可比较物体的重力势能大小与质量的关系 D．比较b、两图可比较物体的重力势能大小与质量的关系 【答】D 【解答】解：、根据转换法可知，实验中是把物体的重力势能转化成木桩下陷的深度来 比较各物体重力势能的大小的，实验中木桩下陷的深度越深，则物体的重力势能越大， 故正确； B、比较、b 两图可知：物体的质量相同，物体被举的越高，木桩下陷的深度越深，重 力势能越大，故B 正确； 、选择、两图，其质量不同，高度相同，可比较物体的重力势能大小与质量的关系，故 正确； D、比较b、两图，其质量不同，高度不同，无法比较物体的重力势能大小与质量的关 系，故D 错误； 故选：D。 【典例5-2】（2023 秋•东莞市校级期末）小伟在探究“动能的大小可能与哪些因素有关 的”时，设计了如图所示的实验，让小球从光滑斜面上由静止滑下，与放在水平面上的 木块相碰，木块在水平面上移动一段距离后静止。 （1）图甲是控制两球的 质量 相等，探究的是动能与 速度 的关系，得出的结论 是： 在质量相同时，物体的速度 越大，动能越大 。 （2）木块被撞击后，最终会停下来，在此过程中将机械能转化为 内 能。 （3）利用图乙得出的结论可以解释的现象是 B 。（填正确选项前的字母） 将弹弓拉得越开，子弹被弹射得越远 B 高速公路上，大卡车所造成的车祸往往很惨烈 （4）这个实验中，利用木块被碰撞后移动的 距离 来比较物体的动能大小。下列实 例中与此实验方法相同的有 ②③ 。（单选并填编号） ①认识电流大小时，用水流进行类比 ②用海绵的凹陷程度来表示压力的作用效果 ③用酚酞试液滴入溶液便红色来判断溶液呈碱性 【答】（1）质量；速度；在质量相同时，物体的速度越大，动能越大；（2）内； （3）B；（4）距离；②③。 【解答】解：（1）由图甲可知，两球的质量相等，下落的高度不同，故探究的是动能 与速度的关系； 观察甲图可以发现：小球的速度越大，木块移动的距离越大，因此此实验的结论是：在 质量相同时，物体的速度 越大，动能越大； （2）木块最终会停下来是因为木块受到了摩擦力的作用，在此过程中木块克服摩擦力 做功，木块的机械能转化为内能； （3）根据乙图可知，小球滚下的高度相同，撞击木块时的速度相同，质量不同，质量 越大，撞击木块移动的距离越远，这表明小球的动能越大，故结论为：在速度一定时， 质量越大，动能越大； 、将弹弓拉得越开，子弹被弹射得越远，是探究影响弹性势能大小的因素，故错误； B、高速路上，大卡车的质量大，在速度一定时，具有的动能大，所造成的车祸往往很 惨，探究物体动能与质量的关系，故B 正确，故选：B； （4）实验中利用木块被碰撞后移动的距离来比较物体的动能大小，属于转换法的思想， 采用这个研究方法的还有用海绵的凹陷程度来表示压力的作用效果和用酚酝试液滴入溶 液变红色来判断溶液呈碱性，故选：②③。 故答为：（1）质量；速度；在质量相同时，物体的速度越大，动能越大；（2）内； （3）B；（4）距离；②③。 【变式5-1】（2023 秋•渭滨区期末）如图是“探究物体动能的大小与哪些因素有关”的实 验装置，让同一小球从斜面的不同高度由静止滚下，推动木块做功，目的是为了探究 小球 （选填“小球”或“木块”）动能的大小与 速度 （选填“高度”或“速 度”）的关系。 【答】小球；速度。 【解答】解：实验的主体是小球，该实验通过比较木块被推动后移动的距离，比较小球 对木块做功的多少，判断小球动能的大小，这用到了转换法； 让同一小球从斜面的不同高度由静止滚下，小球运动到水平面时速度不同，推动木块做 功，目的是为了探究动能的大小与速度的关系。 故答为：小球；速度。 【变式5-2】（2023 秋•秦都区期末）某同学在探究“物体的重力势能与哪些因素有关”时， 选用下列实验器材：一块厚泡沫，三个相同的铁钉，三个金属块m1、m2和m3（m1＝m2 ＜m3）。他做了如下实验：将铁钉插入泡沫的相同深度，分别将三个金属块由空中静止 释放撞击铁钉，铁钉进入泡沫深度如图所示。 （1）金属块下落的过程中，将 重力势 能转化为动能。实验中可以通过观察 铁钉 进入泡沫的深度 来比较金属块重力势能的大小。 （2）通过、b 两次实验可初步得出的结论是：在质量相同时，物体 被举得越高 ， 重力势能越大。 （3）比较 、 两次实验，说明金属块位置相同时，质量越大，金属块的重力势能越 大。 【答】（1）重力势；铁钉进入泡沫的深度；（2）被举得越高；（3）、。 【解答】解：（1）金属块下落的过程中质量不变，高度变小，速度变大，重力势能转 化为动能；我们是通过观察比较铁钉进入泡沫的深度来间接比较金属块重力势能的大小， 这是转换法的应用； （2）、b 中金属块的质量相同，高度不同，铁钉进入泡沫深度不同，故可得到的结论： 在质量相同时，物体被举得越高，重力势能越大