11.3动能和势能

第十一章 功和机械能 第3 节 动能和势能 材考点梳理 一、能量 1 定义：一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能。 2 物理意义：能量表示物体做功本领大小。 3 单位： 焦耳（）。 4 功与能的关系： （1）功表示一个力对物体作用取得的成效。 （2）能量表示物体具有对外做功本领。 （3）物体做功的过程，就是能量的转化过程。物体做的功越多，就说明能量转化的越多。 （4）功与能的的单位相同：都是焦耳。 二、动能 1 定义：物体由于运动而具有的能量。 2 影响动能大小的因素：动能的大小只跟速度、质量有关。 （1）质量相同的物体，速度越大，动能越大。 （2）速度相同的物体，质量越大，动能也越大。 3 用动能来解释生活现象： （1）汽车为什么限速？ 因为在质量一定时，速度越大，动能越大，刹车距离越远，越容易出交通事故。 （2）不同车型，限速为什么不同？ 因为不同车型质量不同，在速度一定时，质量大的，动能大，刹车远。质量小的，动能小，刹车 近。所以，不同车型限速就不同。 三、实验：探究影响动能大小的因素 1 实验器材及作用： （1）两个不同质量的钢球： 研究对象。 （2）斜面：让钢球运动起来。 （3）木块。 （4）粗糙程度相同的水平面。 2 实验方法： （1）转换法：通过木块被撞击 后移动的距离反映钢球动 能大小。 （2）控制变量法： 如图甲、乙，控制钢球质量不变，改变球的运动速度，研究动能与速度的关系。 ▲敲桌子：甲、乙图中，改变钢球下落高度，目的是改变钢球到达水平面的速度。 B 如图甲、丙，控制钢球运动速度不变，改变钢球的质量，研究动能与质量的关系。 ▲敲桌子：甲、丙图中，控制钢球下落高度相同，目的是使钢球到达水平面的速度相同。 1. 实验结论： 动能的大小只跟速度、质量有关。 （1）质量相同的物体，速度越大，动能越大。 （2）速度相同的物体，质量越大，动能也越大。 4 其它考点： （1）钢球在水平面上不能立即停下是因为：钢球具有惯性。 （2）木块在水平面上最终会停下来是因为：木块受到摩擦力的作用。 （3）如果木块被撞后滑出木板，应该怎么办？ 换质量更大的木块。 B 换质量较小的钢球。 D 换长度较长的木板。 （4）如果水平面绝对光滑，实验将无法进行。因为： 木块被撞后做将匀速直线运动，无法比较木块运动的距离。 四、势能 1 重力势能： （1）定义：物体由于被举高而具有的能量。 （2）影响重力势能大小的因素：质量和高度。 质量相同的物体，高度越高，重力势能越大。 B 高度相同的物体，质量越大，重力势能越大。 2 弹性势能： （1）定义：物体由于发生弹性形变而具有的能量。 （2）影响弹性势能大小的因素：物体的材料和弹性形变的大小。 同一物体，弹性形变越大，弹性势能越大。 重难点突破 1．（2023 河北）在离桌边约20m 的地方放一枚铝质硬币，在硬币前10m 左右放置一个高度约2m 的木块， 在硬币后放置一本与硬币厚度相当的笔记本。如图所示，在硬币上方沿着与桌面平行的方向用力吹一口气， 硬币跳过木块。实验结果表明，在气体中，流速越大的位置，压强越________，跳起的硬币在上升过程中 重力势能越来越________，下降过程中动能越来越________。 2．（2023 四川广元）如图所示是运动员在冬奥会跳台滑雪空中下落的情景，在下落过程中，运动员的重 力势能逐渐___________（选填“减小”“不变”或“增大”）；若某运动员质量为60kg，在空中经15s 下 落的竖直高度为10m，则这段时间内该运动员的重力的功率是___________。（g 取10/kg） 3．（2023·内蒙古赤峰）2023 年5 月23 日，我国科考队再次登上珠穆朗玛峰，进行“珠峰科考”（图所 示）。科考队员在踏着皑皑白雪登山的过程中，重力势能 （填变化情况）。“雪”的形成是 （填 物态变化名称）现象。 4．（2023·吉林）关于小球竖直上抛后的运动情况，下列说法中正确的是（ ） ．运动过程中小球始终具有惯性 B．运动至最高点时动能不为零 ．上升过程中受到平衡力作用 D．下落过程中重力势能变大 5．（2023·湖南常德）2023 年6 月4 日6 时33 分，神舟十五号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆，包 括常德人张陆在内的三位航天员全部安全顺利出舱，神舟十五号载人飞行任务取得圆满成功。下列说法中 正确的是（ ） ．航天员随飞船加速升空过程中，其重力势能和动能都变大 B．张陆在空间站可以通过体重秤测量体重 ．返回舱在下落过程中，三名航天员相对地球是静止的 D．返回舱成功着陆瞬间“尘土飞扬”，说明分子在做无规则运动 6．（2023·黑龙江牡丹江）探究物体的动能跟哪些因素有关的实验装置如图所示。关于该实验说法正确的 是（ ） ．水平面越光滑越好 B．实验研究的是木块的动能大小 ．小球由斜面滚下，重力势能转化为动能 D．小球质量越大，动能越大 7．（2023 湖南郴州）小明通过下面的实验，研究“动能的大小与物体运动的速度有关”的问题。质量相 同的小球，从斜面上不同高度处自由滚下，小球到达水平面时的速度是 的。（选填“相同”或“不 同”）。 （1）实验1 将小球从斜面顶端自由滚下（图甲），观察到木块被撞出了一段距离。 （2）实验2 将小球从斜面中间自由滚下（图甲乙），观察到木块被撞出的距离比实验1 的距离 （选 填“短”、“长”或“相等”）由上述实验现象，我们可以得出结论；同一物体， ，动能越大。 （3）实验3 将小球从一光滑斜槽轨道（B）点自由滚下（图丙），依次经过、B 两点到达点（忽略空气阻 力），设、B 两点的机械能分别为 和 ，则 （选填“>”、“=”或“<”）。当小球从B 点做 斜抛运动到达最高点时，假设小球所受的外力全部消失，则小球将 。 ．沿轨迹运动 B．沿b 轨迹运动 ．沿轨迹运动 D．保持静止 参考答 1【答】小 大 大 【解析】在硬币上方沿着与桌面平行的方向用力吹一口气，由于吹气时硬币上方空气流速快，压强小；硬 币下方大气压强大于上方的压强，对硬币产生向上的升力，使硬币跳过木块；实验表明：在气体中，流速 越大的位置，压强越小。 跳起的硬币在上升过程中高度升高，重力势能越来越大，下降过程中硬币高度降低，重力势能转化为动能， 动能越来越大。 2【答】减小 4000 【解析】在下落过程中，运动员的质量不变，高度减小，由重力势能大小的影响因素可知，运动员的重力 势能逐渐减小。 运动员的重力G=mg=60kg×10/kg=600，运动员的重力做的功=G=600×10m=6000，运动员的重力的功率 3【答】 增大 凝华 【解析】[1]重力势能与重力大小和高度有关，登山过程中队员的质量不变，高度增加，所以重力势能增大。 [2] 雪是水蒸气遇冷凝华成的固态小冰晶，凝华需要放热。 4【答】 【解析】．物体惯性大小只与它的质量有关，与运动情况无关，所以运动过程中小球始终具有惯性，故正 确； B．竖直上抛后，小球到达最高点时的瞬时速度为0，动能为0，故B 错误； ．上升过程中，球的运动状态发生了改变，因此受到的是非平衡力，故错误； D．下落过程中，球的质量不变，高度变小，重力势能变小，故D 错误。 故选。 5【答】 【解析】．航天员随飞船加速升空过程中，质量不变，速度变大，动能变大，高度变大，重力势能变大， 故正确； B．空间站中的物体处于失重状态，所以体重计不能称量重量，故B 错误； ．返回舱下落过程中，航天员相当于地面发生了位置变化，所以航天员是运动的，故错误； D．返回舱成功着陆瞬间“尘土飞扬”，尘土不是分子，不能说明分子在做无规则运动，故D 错误。 故选。 6【答】 【解析】．如果表面足够光滑，木块被撞击后将做匀速直线运动，无法根据木块移动的距离判断小球动能 的大小，故错误； B．实验通过木块移动的距离来反映小球的动能大小，探究的是小球的动能，故B 错误； ．小球从斜面滚下，重力势能越来越小，速度越来越快，动能越来越大，是将重力势能转化为动能，故正 确； D．影响动能大小的因素有质量和速度，速度一定时，小球的质量越大，动能越大。选项中没有说明小球 速度一定，不能确定动能大小，故D 错误。 故选。 7【答】 不同 短 （运动）速度越大 = 【解析】[1]小球从斜面上不同的高度由静止滚下，由于小球的重力势能不同，则小球到达斜面底端时速度 不同。 （2）[2][3]根据图示可知，实验2 中木块被撞的距离比实验1 的距离要小一些，两次实验中的小球的质量 相同，滚下的高度不同，高度越低，到达水平面时的速度越小，推动木块移动的距离就越小，动能越小， 所以能得出结论；同一物体，运动速度越大，动能越大。 （3）[4]由于忽略空气阻力，经过、B 两点到达点的过程中，没有外力对小球做功，则小球的机械能守恒， 即 。 [5]当小球到达点时，速度为水平向右运动，此时小球所受各个力突然全部消失，根据牛顿第一定律可知， 小球将保持这一状态，所以小球将沿轨迹运动。故选。