11.3 动能和势能（知识解读）（原卷版）

113 动能和势能（知识解读）（原卷版） •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 【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 能，后一句表明长江具有大 量的 能。 【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 【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 能，当弓形变变大 时，这种能 （选填“变大”“变小”或“不变”）；松开箭，箭射出去后具有 能。 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（ ） 动能和势能的大小 知识点2 ．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 【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， 球的重力势能小；B 和两球相比较，做功本领更大的是 球。（ρ 铁＞ρ 铝） 【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 【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 （选填“有”或“没有”）做功。 动能和势能的影响因素及应用 知识点3 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； （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 【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 ，对箭有 弹力作用；放手后，弓恢复形变过程中，弓的 能转化为箭的 能。 【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 【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 （选填“为零”或“不为零”），从B 运动到，水火箭重力 势能 （选填“增大”或“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 ．鸟飞行的速度很小 D．以飞机为参照物，鸟的速度很小 【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 是皮球从较高处落下 动能和势能的转化 知识点4 形成的，试分析原因： 。 【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 【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 （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 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 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。 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： 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 动能和势能的影响因素实验探究 知识点5 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 【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 相等，探究的是动能与 的关系，得出的结论 是： 。 （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 能。 （3）利用图乙得出的结论可以解释的现象是 。（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 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 。（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 【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 （选填“小球”或“木块”）动能的大小与 （选填“高度”或“速度”） 的关系。 【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 能转化为动能。实验中可以通过观察 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 ，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。 1．（2023 秋•汉中期末）在探究“物体的动能的大小与哪些因素有关”的实验中，让质量 相同的铁球从斜面的不同高度由静止释放，撞击同一木块，能将木块撞出一段距离，如 图所示，下列说法正确的是（ ） ．上述操作的目的是探究铁球动能的大小与高度的关系 B．木块被撞击后滑行距离不同，但滑行时所受摩擦力大小相同 ．用小车代替木块更便于得到实验结论 D．该实验中如果水平长木板的表面是光滑的，也能得出实验结论 2．（2024•惠阳区校级开学）在国际马拉松比赛中，当运动员加速冲刺时，运动员的（ ） ．动能增大 B．惯性增大 ．重力增大 D．运动状态不变 3．（2024•鞍山模拟）小红在操场上将一皮球抛出，皮球被抛出后的运动轨迹如图所示，、 两点处于同一高度。则下列判断中正确的是（ ） ．皮球由到b 时，动能逐渐增大 B．皮球在b 点时的机械能最大 ．皮球由到d 时，机械能一直减小 D．皮球在、两点时动能相等 4．（2023 秋•睢宁县期中）实心球是我县中考体育测试的一个重要项目，小明斜向上与水 平成45°角抛出实心球。从球离开手到最后落在地面的过程中，则动能Ek随时间t 的变 化关系（不计空气阻力），最接近图中的哪一个（ ） ． B． ． D． 5．（2023 秋•电白区期末）小华到家乡某区域进行跨学科主题学习，如图为该区域等高线 地形示意图。若在该河段开展野外漂流活动，皮划艇从点行驶到点时，其重力势能将（ ） ．不变 B．变大 ．变小 D．先变大后变小 6．（2023 秋•茂南区校级期末）我集团校主校区在“职工之家”开设了乒乓球室，并同时 增设发球机装备，这极大地提高了师活动的积极性，如图是发球机在同一高度以相同的 初速度朝不同方向，分别发出、b、三个完全相同的乒乓球，若不计空气阻力，下列说 法中正确的是（ ） ．发球时b 球的动能最大 B．球落地时的动能最大 ．落地时三个小球的动能不同 D．球在最高点时的重力势能最大 7．（2023 秋•无锡期末）用如图所示的装置探究动能大小与哪些因素有关。改变小车在斜 面上的高度，由静止释放，撞击水平面上的木块，观察木块被撞击后移动的距离。下列 说法中正确的是（ ） ．木块被撞击后移动的距离越远，小车动能越大 B．木块被撞击后滑行过程中受到水平面的摩擦力逐渐增大 ．实验中，斜面和水平面必须是同种材料 D．此装置是探究动能大小与质量的关系 8．（2023 秋•东莞市校级期末）在如图探究“物体动能大小与哪些因素有关”的实验中， 将质量不同的小球从同一高度静止释放撞击同木块，探究的是小球的动能大小与 的关系，实验是通过 （填“木块”或“木板”）移动的距离来比较小球动能大小 的。 9．（2023 秋•永修县期末）目前在轨的有中国空间站和国际空间站。中国空间站的轨道高 度是：远地点3469km，近地点3196km，如图所示，从远地点到近地点的过程中，其运 动速度越来越大，动能逐渐 ，重力势能逐渐 。 10．（2023 秋•江都区期末）如图所示是玩弹弓的情景。经验表明，橡皮筋拉得越长，同 样的“子弹”射得越远，这说明橡皮筋的弹性势能与其 有关；若橡皮筋 被拉的长度相同，而用的“子弹”不同，则质量大的“子弹”射出的距离较 ，原 因是质量大的“子弹”射出时 小。 12．（2023 秋•英德市期中）跳水运动员在练习跳水时，如图，跳板发生了 （选填 “弹性”或“塑性”）形变。弯曲的跳板能把运动员弹起，说明弯曲的跳板具有 。跳板的弯曲程度越大，具有的 能越大。 13．（2023 秋•舒城县期末）如图所示是探究“物体动能的大小与什么因素有关”的实验 装置示意图。 （1）该实验中所探究物体的动能是指物体 （选填“”或“B”）的动能。 （2）实验观察到，同一物体从斜面高处滚下，高度越大，物体B 被撞得越远，可以得 出结论 。 14．（2023 秋•阎良区期末）如图所示，某实验小组在“探究物体的动能跟哪些因素有 关”的实验中，让小球从同一斜面某处由静止释放，撞击同一水平面上的同一木块，并 使木块向前移动一段距离后静止。 （1）实验中，探究的动能是指小球在 （选填“斜面上”“撞击木块时”或 “撞击木块后”）所具有的动能，其大小是通过 来反映的。 （2）分析 两图可知，当质量一定时，物体速度越大，动能越 。 （3）分析 两图实验现象，可以解释汽车超载行驶时危险性大的原因。 （4）如果水平面绝对光滑，则本实验 （选填“能”或“不能”）达到探究的 目的，理由是 。 15．（2023 秋•南京期末）小明在探究“物体的动能、重力势能大小跟哪些因素有关”的 实验中： （1）如图甲所示，小明利用斜面、钢球（m＜M）、木块等器材进行实验，实验中小球 撞击木块时的动能由小球的 能转化而来的，通过观察 来反映物体动 能的大小； （2）由甲、乙图可以得出的结论是：速度相同，质量越大，动能越 ； （3）小明发现乙实验中木块移动距离与甲实验中相差不大，实验效果不明显，若只重 新做乙实验，可采取的改进措施是 （写出一种即可）； （4）如图丙所示，小明在探究“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，质量为m1、m2 和m3 的三个金属块（m1＝m2＜ m3）。他做了如下、b、三次实验：将铁钉插入泡沫相同的深度，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。比较、b 实验可得出重力势能大 小与 的关系；比较b、实验，则m2、m3 重力势能大小关系为 （选填“m2 较 大”、“m3较大”、“一样大”或“无法比较”）。 16．（2022•天津模拟）滑旱冰是青少年喜欢的一项运动，如图所示，小兵质量为34kg，所 穿的四轮直排旱冰鞋每只质量为3kg，鞋底每个轮子与地面接触面积为4×10 6 ﹣m2（每只 鞋有四个轮子，g 取10/kg）求： （1）小兵穿着旱冰鞋的总重力； （2）小兵单脚滑行时对地面的压强； （3）小兵在练习时，想冲上一个斜坡，请从能量角度分析他该怎样做，为什么（不计 斜坡阻力）？