資源簡介

一、動能
（一）動能的概念
物體由于運動而具有的能量叫做動能。一切做機械運動的物體都具有動能。例如:飛翔的小鳥、行走的人、行駛的汽車、流動的水和空氣等，都具有動能。
（二）探究影響動能大小的因素
(1)提出問題:動能的大小與哪些因素有關
(2)猜想與假設:物體動能大，表示物體由于運動而具有的能量大，所以動能可能與物體的運動速度有關，還可能與物體的質量有關。
(3)設計實驗與制訂計劃:讓小車從斜面上滑下，碰到一個木塊上，推動木塊做功。在同樣的水平面上，通過木塊被推動的距離大小，判斷出小車動能的大小。
①探究動能大小與速度的關系:讓同一小車從不同高度滑下，看哪次木塊被推得遠
②探究動能大小與質量的關系:換用質量不同小車，讓它們從同一高度滑下，看哪個小車把木塊推得遠
(4)進行實驗與收集證據:
①同一小車從不同高度滑下，小車碰撞木塊時的速度不同。高度越高，小車滑下時速度越大，木塊被推得越遠，說明物體動能的大小與物體的速度有關。
②不同小車從同一高度滑下，小車碰撞木塊時的速度相同。質量大的小車將木塊推得遠，說明物體動能的大小與物體的質量有關。
(5)實驗結論:物體動能的大小與物體的質量和運動速度有關。質量相同的物體，運動的速度越大，它的動能越大；運動速度相同的物體，質量越大，它的動能也越大。
二、勢能
（一）重力勢能
(1)定義:物體由于被舉高而具有的能量叫做重力勢能。
判斷一個物體是否具有重力勢能，關鍵是看此物體相對某一個平面有沒有被舉高，即相對此平面有沒有一定的高度。 若有，則物體具有重力勢能；若沒有，則物體不具有重力勢能。
(2)探究影響重力勢能大小的因素的實驗
實驗原理 金屬小球的重力勢能由被金屬小球所撞出的沙坑的深度和大小來表示，撞出的沙坑越深越大，表明金屬小球的重力勢能越大
實驗過程 a.探究重力勢能與高度的關系:從不同高度自由釋放同一金屬小球，觀察并記錄金屬小球所撞出沙坑的深度和大小；b.探究重力勢能與質量的關系:從同一高度自由釋放質量不同的金屬小球，觀察并記錄金屬小球所撞出沙坑的深度和大小
實驗現象 a.同一個金屬小球，下落高度越高，金屬小球所撞出的沙坑越深越大；b.下落相同的高度，質量越大的金屬小球撞出的沙坑越深越大
分析現象得出結論 a.在質量相同時，物體被舉得越高，它具有的重力勢能越大；b.物體被舉高的高度相同，物體的質量越大，它具有的重力勢能就越大
物體的重力勢能大小與物體的質量和被舉高的高度有關。物體的質量越大，被舉得越高，它具有的重力勢能就越大。
（二）彈性勢能
(1)定義:物體由于發生彈性形變而具有的能量叫做彈性勢能。例如，張開的弓、拉長的橡皮條、卷緊的鐘表發條、壓彎的桿等都是由于發生形生彈性形變而具有了彈性勢能。判斷一個物體是否具有彈性勢能，關鍵是看物體是否發生了彈性形變，若物體發生了彈性形變，則此物體具有彈性勢能。
(2)影響彈性勢能大小的因素:彈性勢能的大小與物體彈性形變的大小有關。物體的彈性形變越大，彈性勢能就越大。例如，射箭時手拉弓弦使弓的彈性形變越大，彈性勢能就越大，箭就射得越遠。同樣，機械表內發條卷得越緊，彈性形變越大，彈性勢能就越大，機械表走動的時間就越長。
例1、滑板是深受青少年喜歡的一項體育運動。如圖是U型滑臺和運動員姿勢的簡化示意圖。運動員在滑臺A處由靜止自由下滑,不計滑臺摩擦和空氣阻力,僅依靠滑行過程中運動員姿勢的自然(不用力)變化,最有可能滑到滑臺C處的是（ ）
A. B.
C. D.
例2、立定跳遠時的動作分解如圖所示，在此過程中，運動員( )。
A.上升時，動能減小，勢能減小
B.上升時，動能增大，勢能增大
C.下落時，勢能增大，動能減小
D.下落時，勢能減小，動能增大
例3、下列物體①拉滿弦的弓、②空中飛行的子彈、③被壓縮的彈簧、④靜止在某一高度的小球、⑤航行中的輪船．⑥射出的箭．⑦變形的網球拍中，只具有動能的是 (填序號，下同)，只具有勢能的是 ， 既具有動能又具有勢能的是 。
例4、小明同學探究“物體動能大小與物體的速度、質量關系”實驗，先采用課本實驗方案，將質量大的銅球和質量小的鋼球從光滑斜面的hy高處靜止自由滑下，到達斜面底端撞擊紙盒，紙盒在水平桌面上滑行一段距離停下來。實驗結果如圖甲、乙，虛線紙盒為紙盒的停留位置。
（1）.甲、乙實驗中，可通過測量 來表示物體動能的大小;
（2）.根據圖甲、乙的實驗結果，得出的實驗結論是 ;
（3）.接著小明設計了如圖丙的實驗進行替代，舍去小球和紙盒,讓金屬塊從光滑斜面的hy高處靜止自由滑下，下滑后金屬塊直接在水平桌面上滑行，測量其在水平桌面上滑行的距離S。改用材質相同、質量不同的金屬塊，重復圖丙的實驗，記錄數據，所得實驗結果為如下表。請你分析出現表格中這種實驗結果的原因 。
質量m/千克 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40
滑行距離s/米 0.42 0.41 0.43 0.42 0.43 0.42 0.42
1.如圖所示，在探究“物體的動能跟哪些因素有關“的實驗中，讓質量相同的鋼球從斜面的不同高度由靜止釋放，撞擊同一木塊，比較木塊被推動的距離。該實驗是研究( )。
A.動能的大小與高度的關系 B.動能的大小與質量的關系
C.動能的大小與速度的關系 D.動能的大小與距離的關系
2.如圖，小球從左側的斜坡滾下，到達底端后又沿著右側斜坡向上滾到最高處， 則下列圖像能正確代表小球重力勢能與運動時間t之間對應關系的是（ ）
A.B.C. D.
3.如圖所示，物塊在拉力F的作用下沿斜面向上做勻速直線運動。物塊的相關科學量隨時間變化規律的圖像正確的是（ ）
A. B.C.D.
4．2021年10月3日，我國自主研制的“神舟十三號“載人飛船發射升空，在飛船剛離地上升的過程中（　　）
A．動能增加，勢能增加 B．動能不變，勢能減少
C．動能減少，勢能不變 D．動能減少，勢能減少
5.如圖，皮球落地后彈起過程中每隔相等時間曝光一次所拍攝的照片。由圖可知，下落過程中，皮球的速度 ；離開地面上升的過程中，皮球的重力勢能 ， 動能 。皮球在整個運動過程中的機械能 。
6.某實驗小組的同學用如圖所示的裝置探究“物體動能大小與哪些因素有關”。他們將鋼球用繩系著，從某一高度由靜止釋放。鋼球擺到豎直位置時，撞擊水平木板上的木塊，將木塊撞出一段距離。經過實驗，獲得三組數據，如下表：
實驗次數 鋼球質量/g 鋼球下擺高度/cm 木塊滑行距離/cm
1 20 20 30
2 20 40 58
3 20 60
（1）.鋼球動能的大小是通過觀察 來判斷的。
（2）.在第3次實驗中，木塊被撞后滑出木板，需要改進方案并只重做第3次實驗。下面有幾種建議，你認為可行的是 ；
A. 甲同學建議換用一塊更長的同樣木板B. 乙同學建議換一個較大的木塊
C. 丙同學建議降低鋼球下擺的高度 D. 丁同學建議換用適當質量的鋼球
（3）.通過本實驗可得出的結論是： ；
（4）.該實驗中物體的動能是指（ ）
A. 小球在撞擊木塊前的平均動能 B. 木塊的動能
C. 小球撞擊滑塊后，木塊的動能 D. 小球撞擊滑塊時的動能
1.學校將舉行運動會，如圖為小科同學在練習跳遠時的幾個階段，則他（ ）
A. 在助跑階段機械能不變 B. 在起跳時機械能為零
C. 經過最高點時重力勢能最大 D. 經過最高點時動能最大
2.2020年12月，”嫦娥5號”探測器從月球上采樣并順利返回地球，如圖所示為返回的兩種返回技術示意圖。下列分析正確的是（　　）
A．采用“跳躍式返回”可使返回器的機械能轉化為內能更多
B．用“跳躍式返回”可使返回器與大氣摩擦通過的距離更短
C．采用“直接進入返回”可使返回器著陸前的速度更小
D．采用“直接進入返回”可使返回器著陸前具有的機械能更小
3.如圖所示為某市輕軌車站的設計方案，與站臺連接的軌道有一個小坡度，這樣能有效地提高能量的利用率。對此，下列說法中正確的是( )
A.列車進站時動能減小，勢能減小B.列車進站時動能增大，勢能增大
C.列車出站時勢能減小，動能增大D.列車出站時勢能增大，動能減小
4.如圖為人造地球衛星的軌道示意圖，在大氣層外環繞地球運行的過程中，人造地球衛星在近地點的動能 它在遠地點的動能；在從近地點向遠地點運行的過程中，它的重力勢能的變化情況是 。
5.影響鉛球擲得遠近的因素有哪些呢？某同學以一支玩具手槍為實驗器材進行了以下探究(如圖所示)：
（1）熟悉手槍結構。玩具手槍的內部結構中有一根彈簧，彈簧壓縮的長度可調節。壓縮的彈簧伸長時會將子彈射出，此時彈簧的________能轉化成子彈的動能。
（2）探究過程。①提出假設：在相同條件下，子彈的射程可能和槍管與水平面的夾角有關。②設計實驗，記錄數據：該同學把手槍固定在某一高度后，保持子彈從槍口射出的速度相同，改變槍管與水平面夾角，用同一顆子彈做了五次實驗，記錄數據如下表：
槍管與水平面夾角θ 15° 30° 45° 60° 75°
子彈落點到槍口的水平距離s(米) 7.5 10.1 10.9 9.2 5.3
③分析數據，得出結論。在相同條件下，子彈的射程跟槍管與水平面的夾角有關，夾角在________ 度左右時，子彈射程最遠。④交流和評價。同桌同學認為對子彈射程與水平夾角θ的探究還可進一步完善。為獲得更準確的結論，該同學應做的改進是________。
（3）完成上述探究后，該同學對于影響子彈射程的因素又提出一個合理的假設。他的假設是________。
答案及解析
例1、【答案】 B
【解析】根據能量轉化和轉移的知識分析判斷。
【解答】不計滑臺摩擦和空氣阻力，即運動過程中沒有機械能的損失。運動員從滑臺的A端滑下時，它只能到達與它等高的B處，要運動到C點就需要額外的能量。運動員在A端時站立，在滑下的過程中下蹲，那么運動員的重心下降，這部分減小的重力勢能會轉化為運動員的動能，使其可能繼續沿水平面前進到達C點，故B正確，而A、C、D錯誤。
故選B。
例2、【答案】 D
【解析】動能與質量和速度有關，重力勢能與質量和高度有關，據此分析跳遠過程中的能量變化。
【解答】立定跳遠時上升時，高度增大，則勢能增大；速度減小，則動能減小，故A、B錯誤；
立定跳遠下降時，高度減小，則勢能減小；速度增大，則動能增大，故C錯誤，D正確。
故選D。
例3、【答案】 ⑤；①③④⑦；②⑥
【解析】（1）物體由于運動具有的能量叫動能；
（2）物體由于被舉高而具有的能量叫重力勢能；物體由于發生彈性形變而具有的能量叫彈性勢能；
（3）根據（1）（2）分析即可。
【解答】①拉滿弦的弓，發生彈性形變，具有彈性勢能；
②空中飛行的子彈，由于運動具有動能，由于被舉高而具有重力勢能；
③被壓縮的彈簧，由于發生彈性形變而具有彈性勢能；
④靜止在某一高度的小球，由于被具有而具有重力勢能；
⑤航行中的輪船，由于運動具有動能；
⑥射出的箭，由于運動具有動能，由于在空中被舉高具有重力勢能；
⑦變形的網球拍，由于發生彈性形變具有彈性勢能。
只具有動能的是⑤，只具有勢能的是①③④⑦， 既具有動能又具有勢能的是②⑥。
例4、【答案】 （1）紙盒被撞擊移動過的距離（2）當速度一定時，物體的質量越大，動能越大。
（3）物體從同一高度滑下來，重力大重力勢能大，轉化得到的動能大。質量大，對水平面的壓力也大，摩擦力大。由W=FS可知其在水平面的移動的距離可以大致相等 。
【解析】（1）小球撞擊紙盒，紙盒克服水平桌面的阻力做功。根據W=fs可知，紙盒移動的距離越遠，克服阻力做功越多，即小球的動能越大。
（2）比較甲乙兩圖，確定哪個因素相同，哪個因素不同，然后根據控制變量法的要求描述實驗結論。
（3）根據能量轉化，影響滑動摩擦力的因素因素和功的計算式分析解答。
【解答】（1）甲、乙實驗中，可通過測量紙盒被撞擊移動過的距離來表示物體動能的大小;
（2）在甲和乙實驗中，銅球在斜面上的高度相等，即速度相同，而銅球的質量不同，根據紙盒移動的距離得到：當速度一定時，物體的質量越大，動能越大。
（3）根據表格可知，金屬塊滑行的距離大致相同，那么原因為：物體從同一高度滑下來，重力大重力勢能大，轉化得到的動能大。質量大，對水平面的壓力也大，摩擦力大。由W=FS可知，其在水平面的移動的距離可以大致相等 。
1.【答案】 C
【解析】根據圖片確定實驗中哪個因素相同，哪個因素不同即可。
【解答】在實驗中，小球的質量相同，它從斜面上的不同高度釋放，那么到達水平面時的速度不同，通過木塊被推動的距離可以判斷小球動能的大小，則該實驗探究動能的大小與速度的關系，故C正確，而A、B、D錯誤。
故選C。
2.【答案】B
【解析】物體的重力勢能與質量和高度有關，據此分析判斷。
【解答】小球從斜坡上滾下時，速度越來越快，它的高度與時間的變化關系為：h'=h-；當小球滾上斜坡時，它上升的高度h''=v0t-，因此它的高度與時間變化的圖像為二次函數圖像，即為拋物線；因為重力勢能與高度成正比，所以重力勢能隨時間變化的圖像也應該是拋物線，故B正確，而A、C、D錯誤。
3.【答案】 B
【解析】（1）根據勻速直線運動的定義判斷；
（2）動能的大小與質量和速度大小有關；
（3）重力勢能的大小與質量和高度有關；
（4）機械能=動能+重力勢能，據此分析判斷。
【解答】A.物體沿斜面做勻速直線運動，則v不變，根據s=vt可知，它通過的路程與時間成正比，圖像為一條通過坐標原點的斜線，故A錯誤；
B.物塊的速度不變，質量不變，那么它的動能不變，故B正確；
C.物塊的高度增大，質量不變，那么它的重力勢能增大，故C錯誤；
D.根據機械能=動能+重力勢能可知，物塊的機械能不斷增大，故D錯誤。
故選B。
4．【解答】解：在飛船剛離地上升的過程中做加速運動，質量不變，速度變大，動能變大；高度變大，重力勢能變大，故A正確。
故選：A。
5.【答案】 增大；增大；減小；減小
【解析】動能與速度和質量有關，重力勢能與質量和高度有關，據此分析能量轉化的過程。
【解答】（1）由圖可知，下落過程中，皮球的質量不變但高度減小，那么重力勢能減小，即重力勢能轉化為動能，則皮球的速度增大；
（2）離開地面上升的過程中，皮球的重力勢能質量不變但高度增大，則動能轉化為重力勢能，因此動能減小。
（3）在運動過程中，由于不斷的克服空氣阻力做功，因此將機械能轉化為內能，那么皮球在整個運動過程中的機械能減小。
6.【答案】 （1）木塊滑行距離（2）A（3）質量一定時，速度越大動能越大（4）D
【解析】（1）鋼球撞擊水平面上的木塊，木塊克服地面阻力做功。根據W=fs可知，木塊移動的距離越大，則克服阻力做的功越大，說明鋼球的動能越大；
（2）根據控制變量法的要求分析判斷；
（3）分析實驗中哪個因素相同，哪個因素不同，然后根據控制變量法的要求描述實驗結論；
（4）根據實驗的過程分析判斷。
【解答】（1）鋼球動能的大小是通過觀察木塊滑行距離來判斷的。
（2）根據表格可知，實驗要探究鋼球的動能與速度的關系，此時需要控制鋼球的質量相同，故D錯誤；
因為要通過木塊移動的距離反映鋼球動能的大小，因此必須控制木塊對水平面的壓力相同，即木塊重力相等，故B錯誤；
鋼球下擺的高度已定，此時只能通過換一塊更長的同樣木板來解決這個問題，故C錯誤，A正確。
故選A。
（3）根據表格數據可知，鋼球的質量都是20g時，鋼球下擺的高度越大，木塊滑行的距離越遠，那么得到結論：質量一定時，速度越大，動能越大。
（4）根據圖片可知，木塊獲得的動能來自于小球撞擊滑塊的瞬間，因此該實驗中的動能是指小球撞擊滑塊時的動能，故選D。
1.【答案】 C
【解析】動能與質量和速度有關，重力勢能與質量和高度有關，而機械能=動能+重力勢能，據此分析判斷。
【解答】A.在助跑階段，小科的速度越來越大，則動能越來越大，因此機械能增大，故A錯誤；
B.在起跳時，他的高度為零，即重力勢能為零，但是速度很快，即動能不為零，因此他的機械能不為零，故B錯誤；
C.經過最高點時，他的高度最大，則重力勢能最大，故C正確；
D.經過最高點時，他的速度最小，即動能最小，故D錯誤。
故選C。
2.【解答】解：A、采用“跳躍式返回”與“直接進入返回”相比，返回器與空氣摩擦做功更多，機械能更多地轉化為內能，機械能更小，故A正確；
B、用“跳式返回”可使返回器借助大氣層提供的升力躍出大氣層，再借助大氣層提供的升力躍出大氣層，故B錯誤；
CD、“跳躍式返回”在首次進入、穿出大氣層的過程中，與空氣摩擦做功，機械能更多地轉化為內能，機械能更小，所以返回器再次進入大氣層直至著陸時的速度更小，故CD錯誤。
故選：A。
3.【答案】 C
【解析】動能與速度和質量有關，重力勢能與質量和高度有關，據此分析即可。
【解答】列車進站時，高度不斷增大，則它的重力勢能增大；速度減小，則動能減小，將動能轉化為重力勢能儲藏起來，故A、B錯誤；
列車出站時，高度不斷減小，則它的重力勢能減小；速度增大，則動能增大，將重力勢能又轉化為動能，故C正確，D錯誤。
故選C。
4.【答案】 大于；變大
【解析】（1）重力勢能與質量和高度有關。
（2）機械能=動能+重力勢能，根據機械能守恒分析動能的大小變化。
【解答】 （1）在從近地點向遠地點運行的過程中， 它到地面的高度不斷增大，而質量不變，則它的重力勢能變大。
（2）根據機械能守恒可知，它的動能不斷減小，即近地點的動能大于遠地點的動能。
5.【答案】 （1）彈性勢
（2）45；在30°到60°之間多測幾組數據(或在45°附近多測幾組數據)
（3）子彈射程可能與子彈射出槍口時的速度有關(答案合理即可)
【解析】（1）物體由于發生彈性形變而具有的能量叫彈性勢能；
（2）③根據表格數據，確定子彈射程最遠時的槍口角度；
④根據表格可知，相鄰兩個槍口的角度差為15°，數據的跳躍性非常大，為了獲得更準確的數據，可以在原來的數據間添加幾組數據，即減小槍口的角度差，再多做幾次實驗。
（3）在實驗探究過程中，探究子彈射程與槍口角度的關系時，控制了子彈的速度相同，那么可以猜測，子彈的射程應該與子彈的速度有關，據此分析解答。
【解答】（1）玩具手槍的內部結構中有一根彈簧，彈簧壓縮的長度可調節。壓縮的彈簧伸長時會將子彈射出，此時彈簧的彈性勢能轉化成子彈的動能。
（2）③根據表格數據可知，在相同條件下，子彈的射程跟槍管與水平面的夾角有關，夾角在45度左右時，子彈射程最遠。
④為獲得更準確的結論，該同學應做的改進是：在30°到60°之間多測幾組數據(或在45°附近多測幾組數據)；
（3）完成上述探究后，該同學對于影響子彈射程的因素又提出一個合理的假設。他的假設是：子彈射程可能與子彈射出槍口時的速度有關(答案合理即可)。
2022-2023學年上學期浙教版科學九年級“沖刺重高”講義（二十四）
機械能（1）

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