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第12章 機(jī)械能
動(dòng)能與勢(shì)能
1
01
能從做功的角度描述能量，知道能量的單位。
02
初步認(rèn)識(shí)動(dòng)能、勢(shì)能的概念，并能運(yùn)用其原理解釋相關(guān)的現(xiàn)象。
03
了解動(dòng)能、勢(shì)能大小的影響因素。
觀察與思考——為什么飛機(jī)那么懼怕小鳥(niǎo)？
一、能量
觀看“高空墜物”
1.活動(dòng)1　思考高空墜物為什么十分危險(xiǎn)？
高空拋下的物體能夠?qū)Φ吞幍奈矬w或人做功，造成很大的危害。
2.物體 ，我們就說(shuō)這個(gè)物體具有能量。能量的單位是 ，符號(hào)是 。
3.一個(gè)物體能夠做的功越多，表示這個(gè)物體的能量 。
焦耳
有對(duì)其他物體做功的能力
J
越大
一、能量
思考：你還知道生活中哪些現(xiàn)象能說(shuō)明物體具有能量？
流水能推動(dòng)水車，
說(shuō)明流水具有能量
風(fēng)吹動(dòng)風(fēng)車轉(zhuǎn)動(dòng)，說(shuō)明風(fēng)具有能量
落下的重錘把地面砸陷，說(shuō)明下落的重錘具有能量
懸掛的吊燈也具有能量
學(xué)以致用
下列關(guān)于能量的說(shuō)法中正確的是(　　)
A.做功的物體具有能量，不做功的物體沒(méi)有能量
B.做功多的物體能量就多，做功少的物體能量就少
C.能夠?qū)ν庾龉Φ奈矬w具有能量，但不一定在做功
D.能量多的物體所做的功一定就多
C
二、動(dòng)能
1.物體由于 而具有的能量叫作動(dòng)能。 物體都具有動(dòng)能。
運(yùn)動(dòng)
一切運(yùn)動(dòng)的
2.演示實(shí)驗(yàn)：研究物體的動(dòng)能跟哪些因素有關(guān)
二、動(dòng)能
現(xiàn)象分析：鋼球從高處滾下，高度越高，鋼球運(yùn)動(dòng)到水平面時(shí)速度越 ，木塊被撞得越 。即質(zhì)量相同時(shí)，鋼球的速度越大，動(dòng)能越 。
大
遠(yuǎn)
大
(1)步驟1：讓同一個(gè)鋼球分
別從不同的高度由靜止開(kāi)
始滾下，比較鋼球運(yùn)動(dòng)到
水平面時(shí)的速度大小，以及木塊被撞后移動(dòng)的距離。
現(xiàn)象分析：速度相同時(shí)，質(zhì)量越 的鋼球?qū)⒛緣K撞得越遠(yuǎn)。即鋼球的速度相同時(shí)，質(zhì)量越大，動(dòng)能越 。
大
大
(2)步驟2：讓質(zhì)量不同的鋼球從同一高度由靜止開(kāi)始滾下，比較哪個(gè)鋼球把木塊撞得遠(yuǎn)。
(3)結(jié)論：質(zhì)量相同的物體，運(yùn)動(dòng)的速度越大，它的動(dòng)能越大；
運(yùn)動(dòng)速度相同的物體，質(zhì)量越大，它的動(dòng)能越大。
二、動(dòng)能
思考：如圖為高速公路交通標(biāo)志牌，
為什么不同車型設(shè)置不同的最高行駛速度？
車型不同，車的質(zhì)量往往也不同。如果車的行駛速度相同，質(zhì)量大的車，動(dòng)能大，行駛時(shí)危險(xiǎn)性就大。因此，在同樣的道路上對(duì)不同車型設(shè)置不同的最高行駛速度。
二、動(dòng)能
學(xué)以致用
1.在探究“物體動(dòng)能的大小與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中，讓同一鋼球從斜面的不同高度由靜止釋放，撞擊同一木塊，能將木塊撞出一段距離，如圖所示。下列說(shuō)法正確的是(　　)
A.實(shí)驗(yàn)中研究的是木塊的動(dòng)能
B.此實(shí)驗(yàn)運(yùn)用控制變量法和轉(zhuǎn)
　換法來(lái)研究問(wèn)題
C.鋼球在斜面上自由釋放時(shí)位置越高，到達(dá)水平面時(shí)初速度越小
D.該實(shí)驗(yàn)的目的是探究鋼球在水平面上的動(dòng)能大小與質(zhì)量的關(guān)系
B
解析　實(shí)驗(yàn)中，同一個(gè)鋼球，控制了質(zhì)量相同，從不同高度滾下，使鋼球到達(dá)水平面時(shí)的速度不同，實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖翘骄夸撉虻膭?dòng)能與速度的關(guān)系，故A、D錯(cuò)誤；
實(shí)驗(yàn)中，控制鋼球質(zhì)量不變，僅改變鋼球到達(dá)水平面的速度，應(yīng)用了控制變量法，通過(guò)木塊被撞移動(dòng)的距離，來(lái)判斷鋼球撞擊木塊的動(dòng)能大小，應(yīng)用了轉(zhuǎn)換法，故B正確；
鋼球在斜面上自由釋放時(shí)位置越高，到達(dá)水平面的初速度越大，故C錯(cuò)誤。
學(xué)以致用
2.如圖所示，明明在進(jìn)行彈硬幣的小游戲。彈出的硬幣由于具有　　 繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。向上彈起的硬幣在上升過(guò)程中動(dòng)能越來(lái)越　 。(忽略空氣阻力)
慣性
小
學(xué)以致用
三、勢(shì)能——重力勢(shì)能
1.重力勢(shì)能
(1)受到重力的物體被舉高而具有的能量叫作 。
重力勢(shì)能
(2)演示實(shí)驗(yàn)：重力勢(shì)能的大小與哪些因素有關(guān)
如圖所示，用不同質(zhì)量的鐵塊從不同高度落下，撞擊小桌桌面，桌腿陷入細(xì)沙的深度有怎樣的
不同呢？
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：
鐵塊的質(zhì)量相等時(shí)，高度大的鐵塊把小桌砸入細(xì)沙中的深度 ；
鐵塊的高度相等時(shí)，質(zhì)量大的鐵塊下落后把小桌砸入細(xì)沙中的深度 。
大
大
三、勢(shì)能——重力勢(shì)能
(3)重力勢(shì)能的大小與物體的 和 有關(guān)，物體的 越大，____
越高，它具有的重力勢(shì)能越大。
位置
質(zhì)量
質(zhì)量
位置
三、勢(shì)能——重力勢(shì)能
三、勢(shì)能——重力勢(shì)能
思考：我國(guó)的烏東德水電站的攔河拱壩高270 m。水電站滿負(fù)荷發(fā)電時(shí)，一天的發(fā)電量就可以滿足30萬(wàn)人1年的生活用電。我國(guó)葛洲壩水電站的攔河壩高70 m。有人說(shuō)前者水的重力勢(shì)能比后者的大，能夠這樣簡(jiǎn)單地得出結(jié)論嗎？為什么？
答案　不能；影響重力勢(shì)能的因素有物體的質(zhì)量和位置，雖然烏東德水電站的攔河拱壩比葛洲壩水電站的攔河壩高，但水的質(zhì)量未知，所以不能簡(jiǎn)單地說(shuō)前者的重力勢(shì)能比后者的大。
三、勢(shì)能——彈性勢(shì)能
2.彈性勢(shì)能
(1)有彈性的物體，在被外力改變形狀時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)彈力來(lái)對(duì)抗這種改變，這種形狀的改變是一種彈性形變。物體由于發(fā)生 而具有的能量叫作彈性勢(shì)能。
(2)物體的 越大，它具有的彈性勢(shì)能就越大。
(3)重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能是常見(jiàn)的兩種勢(shì)能。
彈性形變
彈性形變
學(xué)以致用
1.高空拋物被稱為“懸在城市上方的痛”，這是因?yàn)楦咛幍奈矬w具有較大的(　　)
A.彈性勢(shì)能
B.重力勢(shì)能
C.動(dòng)能
D.速度
B
2.(2024·三明期末)下列物體具有彈性勢(shì)能的是(　　)
A.空中飛行的飛機(jī)
B.從桔子樹(shù)上掉落的桔子
C.被拉長(zhǎng)的橡皮筋
D.懸掛在天花板上的吊燈
C
學(xué)以致用
學(xué)以致用
3.(2024·合肥巢湖市模擬)小球從桌面滾落后的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖中虛線所示。B點(diǎn)的重力勢(shì)能　 (選填“大于”“小于”或“等于”)C點(diǎn)的重力勢(shì)能。
大于
解析　重力勢(shì)能與質(zhì)量、高度有關(guān)，小球質(zhì)量一定，B點(diǎn)的高度大于C點(diǎn)的高度，故B點(diǎn)的重力勢(shì)能大于C點(diǎn)的重力勢(shì)能。
1.(2024·河源紫金縣期末)下列物體具有動(dòng)能的是(　　)
A.被拉長(zhǎng)的彈簧
B.懸停在天花板上的吊扇
C.空中飛行的炮彈
D.靜止在草坪上的足球
C
2.如圖所示是高速公路的交通標(biāo)志牌，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　)
A.對(duì)機(jī)動(dòng)車設(shè)定限制速度，可以限制它的動(dòng)能
B.速度相同時(shí)，機(jī)動(dòng)車的質(zhì)量越大，動(dòng)能越大
C.當(dāng)圖中三種車輛都以最高限速行駛，小汽車
　的動(dòng)能最大
D.對(duì)機(jī)動(dòng)車限定最高行駛速度，是因?yàn)橘|(zhì)量相
　同時(shí)，速度越大動(dòng)能越大
C
解析　物體的動(dòng)能與物體的質(zhì)量和速度有關(guān)，同一輛汽車的質(zhì)量不變，速度越大，其動(dòng)能越大，所以對(duì)機(jī)動(dòng)車設(shè)定限制速度，可以限制它的動(dòng)能，故A、D正確；
速度相同時(shí)，機(jī)動(dòng)車的質(zhì)量越大，動(dòng)能越大，故B正確；
圖中三種車輛質(zhì)量的具體大小關(guān)系不確定，所以動(dòng)能大小不確定，故C錯(cuò)誤。
3.(2024·菏澤曹縣期末)如圖所示，貨架上放著甲、乙、丙、丁四個(gè)體積相同的實(shí)心球，其中甲和乙為鐵球，丙和丁為銅球(已知ρ銅>ρ鐵)。則四個(gè)球中勢(shì)能最大的是(　　)
A.甲球 B.丙球
C.丁球 D.無(wú)法比較
D
解析　甲、乙、丙、丁四個(gè)體積相同的實(shí)心球，甲和乙為鐵球，則甲、乙的質(zhì)量相同；丙和丁為銅球，則丙、丁的質(zhì)量相同。因銅比鐵的密度大，所以相同體積時(shí)，銅球的質(zhì)量大于鐵球的質(zhì)量，即丙、丁兩銅球的質(zhì)量大于甲、乙兩鐵球。甲、乙的質(zhì)量相同，圖中甲比乙的位置高，則甲的重力勢(shì)能比乙大；丙球和丁球的質(zhì)量相同，丙球高度高，丙的重力勢(shì)能比丁大；乙的質(zhì)量小于丙的質(zhì)量，高度相同，故丙球重力勢(shì)能比乙大，對(duì)比甲、丙兩球，甲的質(zhì)量小于丙的質(zhì)量，但是甲的高度大于丙的高度，故無(wú)法判斷甲、丙誰(shuí)的重力勢(shì)能大，故D正確。
4.(2024·臨沂二模)如圖所示，忽略空氣阻力和摩擦，在光滑的水平臺(tái)面上，一輕彈簧左端固定，右端連接一金屬小球，O點(diǎn)是彈簧保持原長(zhǎng)時(shí)小球的位置。開(kāi)始時(shí)通過(guò)小球壓縮彈簧到A位置(已知AO=OB)，釋放小球，研究小球在水平方向上的受力和運(yùn)動(dòng)情況，下列說(shuō)法正確的是(　　)
A.小球在B點(diǎn)時(shí)，速度為0，處于平衡狀態(tài)
B.小球在O點(diǎn)時(shí)，速度最大，慣性最大
C.彈簧和小球來(lái)回振動(dòng)，聽(tīng)不到振動(dòng)聲，因此不產(chǎn)生聲音
D.小球在A點(diǎn)和B點(diǎn)時(shí)，彈簧儲(chǔ)存的彈性勢(shì)能一樣大
D
解析　小球在B點(diǎn)時(shí)，速度為0，但受到彈簧向左的拉力，受力不平衡，不處于平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；
慣性大小只與質(zhì)量有關(guān)，與速度無(wú)關(guān)，故B錯(cuò)誤；
人耳聽(tīng)覺(jué)頻率范圍是20~20 000 Hz，彈簧和小球來(lái)回振動(dòng)，振動(dòng)發(fā)聲，但由于振動(dòng)頻率不在人耳的聽(tīng)覺(jué)頻率范圍而聽(tīng)不到，故C錯(cuò)誤；
在光滑的水平臺(tái)面上，忽略空氣阻力和摩擦力，小球在A點(diǎn)和B點(diǎn)速度均為0，由AO=OB知，小球在A點(diǎn)和B點(diǎn)時(shí)，彈簧的彈性形變相同，因此彈簧儲(chǔ)存的彈性勢(shì)能一樣大，故D正確。
5.(2024·晉城陵川縣月考)在探究“物體動(dòng)能的大小與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中，讓質(zhì)量不同的鐵球從斜面的同一高度由靜止釋放，撞擊同
一木塊，能將木塊撞出一段距離，如圖所示。請(qǐng)回答下列問(wèn)題。
(1)該實(shí)驗(yàn)從同一高度由靜止釋放鐵球的目的是______________________
　　　　 ；該實(shí)驗(yàn)的目的是研究鐵球的動(dòng)能大小與　　 (選填“質(zhì)量”或“速度”)的關(guān)系；
使鐵球到達(dá)水平面時(shí)的
速度相同
質(zhì)量
(2)該實(shí)驗(yàn)是通過(guò)觀察木塊被撞后　　　　 的大小，從而判斷出　　 (選填“鐵球”或“木塊”)具有的動(dòng)能的大小；
移動(dòng)距離
鐵球
(3)小夢(mèng)在做實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量較大的鐵球能將木塊推得更遠(yuǎn)，由此可得到的結(jié)論是：　　　　　　　　　　 。
當(dāng)速度相同時(shí)，物體的質(zhì)量越大，動(dòng)能越大

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