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第三節 動能和勢能
第十章 　功與機械能
知1－講
感悟新知
知識點
能量
1
感悟新知
1. 定義 物理學中，如果一個物體能夠對其他物體做功，我們就說這個物體具有能量，簡稱能。
知1－講
感悟新知
知1－講
方法點撥
轉換法理解能
一個物體是否具有能量和具有能量的多少，是不能直接觀察或測量的。
通過轉換法，我們利用物體能對外做功的多少，來反映或測量物體具有能量的多少。
感悟新知
2. 理解
(1) 有無能量的判斷：根據物體能否對別的物體做功，判斷物體是否具有能量；若物體 A 能對別的物體做功，則物體 A具有能量。
(2)能量多少的判斷：物體能夠對別的物體做的功越多，則該物體具有的能量越多。
(3)能量的單位：與功的單位相同，都是焦耳(J)。
深入思考 功和能有什么區別？
知1－講
感悟新知
知1－講
深度理解
功是一個力對物體作用過程中取得成效的物理量，是相對于一個過程而言的，是一個過程量。能量是描述一個物體做功本領的物理量，是一個狀態量。
知1－練
感悟新知
關于功和能的關系，下列說法中正確的是( )
A. 具有能的物體一定正在做功
B. 物體具有的能越多，它做的功就越多
C. 物體做的功越多，它具有的能越多
D. 物體能夠對外做的功越多，它具有的能越多
例1
知1－練
感悟新知
解析： 具有能量的物體不一定在做功；物體能夠對外做的功越多，物體具有的能量越多。
解題秘方：一個物體具有能量，說明它具有做功的本領，但該物體不一定在做功。
答案：D
知1－練
感悟新知
1.下列關于能量的說法正確的是( )
A． 做功的物體 具有能量，不做功的物體沒有能量
B． 具有能量的物體，一定正在做功
C． 具有能量的物體，一定能夠對外做功
D． 沒有做功的物體，一定不具有能量
C
感悟新知
知2－講
知識點
動能
2
1. 定義 物體由于運動而具有的能量，叫做動能。
知2－講
感悟新知
深度理解
“物體由于運動” 和“運動的物體”含義不同，敘述動能的定義時，不能說成運動的物體具有的能叫動能，因為運動的物體除了具有動能外，還可能具有其他形式的能。
深入思考 能否將“物體由于運動具有的能”說成“運動物
體具有的能”？
感悟新知
知2－講
2. 探究動能的大小與哪些因素有關
(1) 猜想： 物體動能大小與物體的質量和速度有關。
(2) 實驗設計：
利用如圖 1 所示的裝置探究物體動能大小與物體的質量和
速度的關系，讓鋼球由靜止沿斜面向下運動撞擊木塊，根據木塊被鋼球撞擊后運動的距離來判斷鋼球動能的大小。
感悟新知
知2－講
①轉換法： 用木塊運動的距離 s 來反映鋼球動能的大小。
②控制變量法：
探究動能大小跟物體速度的關系時，控制鋼球的質量不變，改變鋼球到達水平面的速度；
探究動能大小跟物體質量的關系時，控制鋼球到達水平面的速度不變，更換不同質量的鋼球。
知2－講
感悟新知
實驗點撥
(1)研究對象： 鋼球的動能大小。
(2)觀察對象： 木塊運動的距離。
(3)探究動能大小影響因素的方法：
①改變物體的質量：更換質量不同的鋼球。
②改變物體的速度：改變鋼球下滑的高度。切記，改變鋼球下滑的高度，是為了改變鋼球到達斜面底端的速度，所以探究的是動能大小與速度的關系，而不是動能大小與高度的關系。
感悟新知
知2－講
(3) 實驗過程及現象分析： m B>m A、 h 2>h 1。
(4) 實驗結論： 物體的動能與物體的質量和速度有關。質量相同時，速度越大的物體具有的動能越大。速度相同時，質量越大的物體具有的動能越大。
知2－講
感悟新知
特別提醒
若木塊滑出水平面，就無法判斷鋼球動能的大小，所以需要防止木塊滑出水平面，方法如下：
(1)選用比較粗糙的水平面。
(2)選用質量較小的鋼球。
(3)使鋼球下滑的高度較低。
感悟新知
知2－練
為探究物體動能的大小與哪些因素有關，某實驗小組利用斜面、質量不同的小鋼球、木塊等器材進行了如圖 2 所示的實驗。
例2
知2－練
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解題秘方：問題(1)應結合轉換法 分析，問題(2)應根據控制變量法解答。
知2－練
感悟新知
解析： （1）實驗中通過鋼球撞擊木塊，觀察木塊移動的距離，這個過程，是鋼球具有動能，能對木塊做功，通過木塊移動的距離反映鋼球動能的大小，所以研究的是鋼球在碰撞時
的動能大小。（2）圖甲和圖乙中，讓質量不同的鋼球從相同斜面的相同高度由靜止釋放的目的是使兩鋼球到達水平面時的速度相同，所以探究的是物體動能大小與物體質量的關系。圖乙中，鋼球的質量較大，撞擊木塊后木塊移動的距離較遠，說明速度相同時，物體的質量越大，動能越大。
感悟新知
知2－練
(1)本實驗是研究______（填“鋼球”或“木塊”）在碰撞時的動能大小。實驗中動能大小由 _______________來判斷。
(2)通過比較甲、乙兩圖實驗，可探究物體動能大小與物
體 ______的關系。兩次實驗，讓小鋼球從斜面的同一高度自由滾下，目的是使小球滾到斜面底端時具有相同的______ 。根據甲、乙兩次實驗現象，可以得出的結論是 _____________________________________ 。
鋼球
木塊移動的距離
質量
速度
速度相同時，物體的質量越大，動能越大
知2－練
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解析：（3）要得出“超速” 造成的安全隱患，則探究中鋼球的速度要發生改變，根據控制
變量法，鋼球的質量應不變，故對比圖甲和圖丙實驗可得。（4）木塊運動的速度越來越小，最終停下，運動狀態發生了改變，是受到了水平面摩擦阻力的作用。（5）木塊移動的距離較短，不易進行觀察和比較，可能是木塊受到水平面的阻力過大，運動狀態改變過快造成的，所以可改變水平面的粗糙程度，用更光滑的水平面代替原來的水平面。
感悟新知
知2－練
(3)實驗后，同學們聯想到在許多交通事故中，造成安全隱患的因素有汽車的“超速”與“超載”。則對比 ______兩圖實驗，可得出“超速”造成的安全隱患。
(4)實驗過程中，鋼球推動木塊運動的速度越來越小，最后停下來，是因為木塊受到 __________的作用。
(5) 實驗過程中，發現木塊移動的距離較短而不易進行觀察和比較。對此請你寫出一條改進措施：______________________________________________ 。
甲和丙
摩擦阻力
用更光滑的水平面代替原來的水平面（合理即可）
知2－練
感悟新知
2.如圖（a）所示，在“探究物體的動能跟哪些因素有關”的實驗中，將不同小鋼球從同一斜面不同高度由靜止開始滾下，推動同一小木塊向前移動一段距離后停下。據此完成甲、乙、丙所示的三次 實 驗，其 中 h1=h3 ＞h2， mA=mB ＜ mC。
知2－練
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(1)小 鋼 球 從 斜 面 滾下，其 動 能 大 小 是 通過_________________ (填“高度” 或“木塊移動的距離”)大小來反映的，這是物理實驗方法中的_________法。
(2)分析比較 _________兩組實驗可得出物體的動能與質量的關系。
木塊移動的距離
轉換　
甲、丙
知2－練
感悟新知
(3)跨學科 日常生活 由上 述 可 知，圖(b) 中所 示 的 交 通 標 志 牌是 交 通 管 理 部 門 對不 同 車 型 設 定 的最高_________ ，它 是 根 據圖 _______兩組實驗得到的結論而作出的規定。
速度
甲、乙
知3－講
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知識點
勢能
3
1. 重力勢能
感悟新知
(1) 定義：物體由于處于一定的高度所具有的能叫做重力勢能。
(2)理解：重力勢能是指與物體所在位置的高度有關的能量；不能說“處于一定高度的物體具有的能就是重力勢能”，因為處于一定高度的物體若運動，會同時具有動能和重力勢能。
知3－講
感悟新知
知3－講
知識擴展
法律中的物理知識
《民法典》第一千二百五十四條規定：禁止從建筑物中拋擲物品。從建筑物中拋擲物品或者從建筑物上墜落的物品造成他人損害的，由侵權人依法承擔侵權責任。
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2. 彈性勢能
(1)定義：物體因發生彈性形變而具有的能叫做彈性勢能。
(2)理解：彈性勢能是指與彈性形變有關的能；不能說“發生彈性形變的物體具有的能就是彈性勢能”，因為發生彈性形變的物體若在一定高度，會同時具有彈性勢能和重力勢能。
知3－講
感悟新知
知3－講
知識鏈接
對于一個物體，可能同時具有動能、重力勢能和彈性勢能。其中物體由于運動具有的那部分能量叫做動能；物體由于處于一定高度所具有的那部分能量叫做重力勢能；物體因發生彈性形變而具有的那部分能量叫做彈性勢能。
感悟新知
3. 探究勢能的大小與哪些因素有關
(1) 重力勢能
猜想： 物體的重力勢能大小與物體的質量和所處的高度有關。
實驗設計： 利用如圖 3 所示的裝置探究物體的重力勢能大小與物體的質量和所處的高度的關系，讓被舉高的鐵塊自由下落沖擊小桌，比較小桌在沙子中下陷的深度，進而推斷鐵塊具有的重力勢能的大小。
知3－講
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實驗點撥
(1)研究對象： 鐵塊重力勢能的大小。
(2)觀察對象： 小桌陷入沙子的深度。
(3)探究重力勢能大小影響因素的方法：
①改變物體的質量：更 換 質量不同的鐵塊。
②改變物體所處的高度：改變鐵塊距離桌面的豎直距離。
感悟新知
①轉換法： 用小桌在沙子中下陷的深度來反映鐵塊具有的重力勢能的大小。
②控制變量法： 探究重力勢能大小跟物體所處的高度的關系時，控制鐵塊的質量相同，改變鐵塊被舉的高度；探究重力勢能大小跟物體質量的關系時，控制鐵塊被舉的高度相同，更換不同質量的鐵塊。
知3－講
感悟新知
知3－講
知識拓展
1.物體所處的高度具有相對性，所以重力勢能也具有相對性。例如，放在桌面上的課本，相對于地面來說有一定的高度，具有重力勢能；相對于桌面來說其高度為零，重力勢能為零。
2.在沒有特別說明的情況下，“高度”一般是相對于地面而言的。在初中階段，通常把地面上的物體所具有的重力勢能看成零。
3.重力勢能和彈性勢能可以儲存，而動能不能儲存。
感悟新知
實驗過程及現象分析：
知3－講
感悟新知
實驗探究結論： 物體所處的高度越高、質量越大，它具有的
重力勢能就越大。
(2) 彈性勢能
物體的彈性形變越大，具有的彈性勢能就越大。
知3－講
知3－練
感悟新知
小剛在探究“重力勢能的大小與哪些因素有關”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量有關；
猜想二：物體的重力勢能與物體所處高度有關。
為了驗證上述猜想，他利用小桌、沙子、透明的箱子、質量不同的重物進行實驗。
如圖 4 所示，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。如圖為實驗過程。
例3
知3－練
感悟新知
解題秘方：對于題中的實驗現象，可根據轉換法分析，對于題中的實驗結論，可根據控制變量法分析。
知3－練
感悟新知
解析： （1）探究重力勢能的大小與哪些因素有關實驗中，讓重物從高處落下，探究的是重物的重力勢能。（2）實驗中通過比較桌腿陷入沙子的深度來比較重力勢能的大小，桌腿陷入沙子的深度越深，說明重物做的功越多，它具有的重力勢能越大，運用了轉換法。（3）根據控制變量法的思想，研究重力勢能與物體所處高度的關系要控制物體質量相同，比較甲、乙兩組實驗，物體的質量相同，乙組實驗中物體所處高度較高，桌腿陷入沙子較深，說明它的重力勢能較大，可以得出：重物的質量相同時，所處高度越高，重力勢能越大。
知3－練
感悟新知
(1)實驗探究的是_____ （填“重物”或“小桌”）的重力勢能。
(2)實驗中通過比較 _____________________來判斷重物重力勢能的大小。
(3)觀察甲和乙兩組實驗，可以驗 證 猜想，得出結論：當物體 _________時，物體所處高度越大，重力勢能越大。
重物
桌腿陷入沙子的深度
質量相同
知3－練
感悟新知
解析： 探究重力勢能與物體質量的關系時，應保持物體所處的高度相同，乙和丙兩組實驗滿足實驗要求；丙組實驗中重物的質量較大，桌腿陷入沙子較深，可得出結論：物體所處高度相同時，物體質量越大，重力勢能越大。
知3－練
感悟新知
(4)通過比較_______ （填“甲和乙”“乙和丙”或“甲和丙”）兩組實驗，可得出的結論是物體所處高度相同時，物體 __________ ，重力勢能越大。
乙和丙
質量越大
知3－練
感悟新知
3. 探究籃球反彈性能的強弱與哪些因素有關？
【猜想與假設】
猜想一：可能與籃球的材質有關；
猜想二：可能與籃球的__________、 _______有關。
【制訂計劃與設計實驗】
在探究猜想一時，我們只選擇材質不同、其他因素
都相同的籃球，設計了以下實驗方案。
方案一：其他條件都相同，用力向下拍不同材質的籃
球，觀察比較它們反彈后的高度：
充氣情況
質量
知3－練
感悟新知
方案二 ：其他條件都相同，將不同材質的籃球從同一高度自由釋放，觀察比較它們反彈后的高度。
方案三：其他條件都相同，使不同材質的籃球反彈到
相同的高度，觀察比較它們所需自由下落的高度。
【評估與交流】
(1)按照方案一探究，其不足之處是__________________________________________；
不容易控制手向下拍不同材質的籃球的力相等
知3－練
感悟新知
(2)按照方案二探究，籃球反彈后的高度越高，反彈性能就越 ______；像這種用反彈的高度來表示籃球反彈性能強弱的方法，在物理學上，我們把這種研究方法稱之為__________ 。
(3)按照方案三探究，籃球所需自由下落的高度越高，反彈性能就越______。
強
轉換法
弱
動能和勢能
功
重力勢能
能量
彈性勢能
動能
勢能
產生原因
影響因素

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