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人教版 八年级 第十一章 功和机械能
第3节《动能和势能》导学案
【学习目标】
1．知道什么是能量以及能量的单位.
2．知道什么是动能、什么是重力势能、弹性势能
3．知道动能、重力势能、弹性势能与什么因素有关.
【学习重点】：在探究实验中理解影响动能势能的因素。
【学习难点】：用能量的初步知识理解分析简单的实际问题。
【自主预习】
1．物体体能够做功，表示这个物体具有能量。在物理学中，能的单位是焦耳，简称焦_，符号是_J。
2．物体由于运动而具有的能，叫做动能。物体动能的大小跟它的质量和速度有关。质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越大。
3．物体由于被被举高_而具有的能量，叫做重力势能。物体的重力势能跟它的质量和高度有关。对于高度相同的物体，质量越大的势能越大；对于质量相同的物体，高度越高的势能越大。
4．物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能。重力势能和弹性势能统称为势能。
【合作探究】
探究一：能量
想一想：流动的水推动皮筏，流动的水对皮筏做了功；拉弯的弓把箭射出，拉弯的弓对箭做了功；山上滚下的巨石砸毁路面，滚下的巨石对路面做了功。
这些现象中， 流动的水、拉弯的弓、山上滚下的巨石有个共同点，都能对其他物体做功，我们说，他们具有具有对外做功的本领，具有能量。
1．定义：物体能够对外做功，表示这个物体具有能量，简称为“能”。
2．物体能够做的功越多，表示这个物体能量越大。
3．物理意义：能量是表示物体做功本领大小的物理量。
4．单位：焦耳，简称焦，符号J。
探究二：动能
呼啸的海浪有时会冲坏海堤、推到房子；弹出去的玻璃球能把静止的球弹的远远的……这些现象说明了运动的物体有对其他物体做功的能力，也就是说运动的物体具有能量。
湍急的流水能推动水车 风吹动船帆使船航行 飞行的子弹能穿透苹果
对水车做功，具有能量 流动的空气具有能量 对苹果做功，具有能量
1．定义：物体由于运动而具有的能。一切运动的物体都具有动能。
问题： 小鸟和飞机迎面相撞时，能量大到足以击落飞机，那么物体的动能大小跟哪些因素有关呢？
猜想：汽车速度越大，出事故时破坏就越严重；一辆汽车以同一速度运动，重载比空载时出事故更严重，因此动能的大小可能与物体的速度、质量等因素有关。
实验探究 物体动能的大小跟那些因素有关
实验方法：
（1）控制变量法：
（2）转化法：
小球动能的大小不能直接显示,可以通过木块被撞击后移动距离的远近来反映,木块被推得越远,说明钢球对木块做的功越多,钢球的动能越大 。
实验器材：质量不同的钢球、表面光滑的斜面、木块。
实验步骤：
（1）当探究动能大小与速度的关系时，控制质量一定，改变速度大小。将同一个小球，从不同高度由静止自由释放，到达水平面时速度不同，动能不同。
（2）探究动能大小与质量的关系时，控制速度大小一定，改变质量。将质量不同的钢球从光滑斜面的同一高度由静止自由释放，下滑到水平面时速度相同。
实验结论：物体动能的大小跟速度和质量有关。质量相同的物体，速度越大，它的动能越大。运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越大。
交流讨论：将质量不同小球从同一斜面不同高度由静止释放，不能探究速度大小跟动能大小的关系，原因是没有控制物体质量相同；也不能探究质量大小跟动能大小的关系，原因是没有控制速度大小相同。
想想议议：
用物理学的术语解释，为什么要对机动车的行驶速度进行限制？为什么在同样的道路上，不同车型的限制车速不同？
分析：机动车的行驶速度越大,动能就越大,越不容易刹车,所以要对车辆的速度加以限制,以免发生交通事故.
不同车型的车, 速度相同,质量越大,动能越大,越不容易刹车,所以大型客车的限制速度比小型客车更小.
观察思考
物体的质量和它的速度都能影响物体的动能。请你研究小资料的数据，能不能看出：质量和速度相比，哪个对物体动能的影响更大？
一些物体的动能
物体
| 动能/J
| 物体
| 动能/J
| 抛出去的篮球
| 约30
| 跑百米的运动员
| 约3×103
| 行走的牛
| 约60
| 飞行的步枪子弹
| 约5×103
| 从10 m高处落下的砖块
| 约2.5×103
| 行驶的小轿车
| 约2×105
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分析：对比行走的牛和飞行的子弹的动能，可见：物体的速度对动能的影响更大。
探究三：重力势能
1.重力势能：物体由于位置较高而具有的能量叫做重力势能．
水滴石穿，表明位于 举高的重锤能具有重力 从高空落下的陨石把地面砸出
高处的水具有能量。 势能，把木桩打入地下 大坑.表明高处的陨石具有能量
问题：物体具有的重力势能的多少跟什么因素有关呢？
猜想：重力势能的大小跟物体被举高度和物体质量有关
探究方法：控制变量法 ； 对比法； 转换法：通过小桌陷入沙子的深度来反映重力势能的大小。
实验器材：质量不同的物体、沙子、小桌、刻度尺。
实验步骤：
如图所示：
（1）探究重力势能大小与质量的关系时，控制物体的高度一定，使用质量不同的物体。
（2）探究重力势能大小与高度的关系时，控制物体质量一定，就选择同一个物体，改变高度。
量出桌子腿陷入沙中的深度,来比较重物重力势能的大小。
实验结论：重力势能大小与质量和高度有关。在质量一定时，高度越高，重力势能越大；在高度一定时，质量越大，重力势能越大。
交流讨论：将质量不同砝码从不同高度由静止释放，不能探究质量大小跟重力势能大小的关系，原因是没有控制高度相同；也不能探究高度跟重力势能大小的关系，原因是没有控制质量相同。
探究四：弹性势能
1．定义：物体由于弹性形变而具有的能量。
2．探究影响弹性势能大小的因素
影响弹性势能大小的主要因素是弹性形变的大小、自身材料性质。在自身材料性质一定时，物体的弹性形变的大小越大，弹性势能就越大。
拉弯的弓具有弹性势能 发生形变的网球拍具有弹性势能 压弯的跳板具有弹性势能
一切发生弹性形变的物体都具有弹性势能。
弹性势能的大小与物体的弹性以及形变的程度有关；同一物体，弹性形变越大，弹性势能越大。
弓的形变越大,箭射得越远, 弹簧压缩程度越大, 砝码被弹起得越高.
弓具有的弹性势能越大. 弹簧具有的弹性势能越大.
3.势能：重力势能和弹性势能统称为势能．
【精讲点拨】
1．物体能够对外做功（但不一定做功），表示这个物体具有能量，简称能。
2．动能：物体由于运动而具有的能叫做动能。
3．质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越大。
4．重力势能和弹性势能统称为势能。
①重力势能：物体由于被举高而具有的能量，叫做重力势能。物体被举得越高，质量越大，具有的重力势能也越大。
②弹性势能：物体由于弹性形变而具有的能量叫做弹性势能。物体的弹性形变越大，具有的弹性势能越大。
【归纳整理】
【当堂练习】
1.（2020福建）疫情期间，某快递公司用无人机进行无接触配送包裹。无人机携带包裹匀速上升时，包裹的（ ）
A．动能减少，重力势能增加 B．动能不变，重力势能增加
C．动能不变，重力势能不变 D．动能增加，重力势能减少
【答案】B
【解析】无人机携带包裏匀速上升时，包裏的质量不变，速度不变，动能不变，高度增加，重力势能增加。故选B。
2.（2020 临沂）2019年10月27日7时35分，临沂国际马拉松赛鸣枪开赛。本次赛事使用无人机（如图）进行了航拍，无人机匀速下降的过程中（ ）。
A．失去了惯性 B．重力不做功 C．动能减小 D．机械能减小
【答案】D。
【解析】A、任何物体都有惯性，无人机匀速下降的过程中具有惯性，故A错误；
B、无人机匀速下降的过程中，在重力方向上通过了距离，所以重力做了功，故B错误；
CD、无人机匀速下降的过程中，质量不变，速度不变，动能不变；高度越来越小，重力势能越来越小；所以机械能减小，故C错误，D正确。故选：D。
3.（2020乐山）2020年6月17日15时19分，我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭，成功将高分九号03星送入预定轨道，发射获得圆满成功。在运载火箭加速升空的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．动能增大，势能减小 B．动能不变，势能增大
C．动能增大，势能增大 D．动能减小，势能增大
【答案】C
【解析】火箭加速升空时，质量不变，速度增大，动能增大；高度增大，重力势能增大。故选C。
4.（2020天津）2020年6月23日，我国北斗三号全球卫星导航系统最后一颗组网卫星发射成功｡若某卫星沿椭圆轨道从远地点向近地点运动时速度增大了，由此可知其动能（ ）
A．减小 B．增大 C．不变 D．消失
【答案】B
【解析】卫星沿椭圆轨道从远地点向近地点运动时，高度减小重力势能减小，速度增大，动能增大，总的机械能不变。故选B。
5.（2020湘西）在常吉高速某段平直路面上匀速行驶的小汽车，其动能大小的情况是（ ）
A．一直变大 B．一直变小 C．先变大后变小 D．始终不变
【答案】D
【解析】影响动能大小的因素：质量和速度，质量越大，速度越大，动能越大。在常吉高速某段平直路面上匀速行驶的小汽车，速度不变，质量不变，动能不变。故选：D。
6.（2020泰州）在水平地面上铺一张纸，将一只皮球表面涂黑，使其先后从高处下落，在纸上留下黑色圆斑A、B。如图所示。关于皮球两次下落形成圆斑的过程，下列说法正确的是（ ）
A．皮球对纸的最大压力相等 B．皮球刚到达纸面时的速度相等
C．皮球刚到达纸面时的动能相等 D．皮球获得的最大弹性势能不等
【答案】D
【解析】A．由图可知，黑色圆斑B比较大，而力的大小影响力的作用效果，力越大作用效果越明显形变量越大，可知从B处落下的皮球对纸的最大压力较大，故A错误；
BCD．皮球从不同的高度落下时，高度减小，速度变大，重力势能转化为动能；在纸上留下黑色圆斑A、B，留下圆斑说明皮球下落到纸面上时发生了弹性形变，此过程是动能转化为弹性势能，由图中两个圆斑大小可看出，圆斑大的（B）皮球转化的弹性势能较大，说明它原来所具有的重力势能大，即B所处的高度较高；可知从B处落下的皮球刚到达纸面时的速度较大，此时动能也较大，故BC错误；D正确。故选D。
7.（2020大连）体育课上，同学们进行投掷铅球的练习。铅球在空中下落时，铅球的（ ）
A．重力势能变大，速度变小 B．重力势能变小，速度变小
C．重力势能变大，速度变大 D．重力势能变小，速度变大
【答案】D
【解析】铅球在空中下落时，其高度降低、速度不断增大，所以它的重力势能减小，动能增大，重力势能不断向动能转化。故选D。
8.（2020牡丹江）现代农业利用喷药无人机喷洒农药，安全又高效。如图所示，喷药无人机在农田上方沿水平方向匀速飞行，同时均匀喷洒农药。此过程中，喷药无人机的（ ）
A．升力大于重力
B．空气阻力和重力是一对平衡力
C．动能减小、重力势能减小
D．动能不变、重力势能减小
【答案】C
【解析】A．喷药无人机在农田上方沿水平方向匀速飞行，在竖直方向受力平衡，即升力等于重力，故A不符合题意；
B．空气阻力和重力不在同一条直线上，不是一对平衡力，故B不符合题意；
CD．喷药无人机在农田上方沿水平方向匀速飞行，同时均匀喷洒农药时，重量变小，速度不变、高度不变，故动能与重力势能都将减小，故C符合题意、D不符合题意。故选C。
9.（2020黄石）如图，弹簧下端悬挂一个实心小球，用手托住小球，小球静止在A点，此时弹簧处于自然长度。释放小球，小球向下运动到最低点B（不超过弹簧弹性限度），小球从A点运动到B点的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．小球的重力势能--直在减少，动能一直在增加
B．小球减少的重力势能全部转化为动能
C．弹簧的弹性势能不断增大
D．小球运动到B点时，重力势能最小，动能最大
【答案】C
【解析】A．小球高度下降，故小球的重力势能一直减小，小球受重力和弹力作用，在开始阶段时，重力大于弹力物体将一直加速，当弹力等于重力后物体开始减速，故小球的动能先增大后减小，故A错误；
B．弹簧的形变量增大，小球减少的重力势能转化为动能和弹簧的弹性势能，故B错误；
C．弹簧的形变量一直增大，弹簧的弹性势能不断增大，故C正确；
D．小球运动到B点时，高度最小，重力势能最小，速度为0，动能为0，故D错误。故选C。
10.（2020株洲）今年的十三届全国人大三次会议表决通过了《中华人民共和国民法典》，其中把“高空坠物”纳入了违法行为，使受害者能依法追责。高空坠物过程中，下坠的物体（ ）
A．动能增大 B．动能减小 C．势能增大 D．势能不变
【答案】A
【解析】高空坠物过程中，下坠的物体高度减小，
11.（2020襄阳）在练习立定跳远时，当你双脚离开地面后，由于______你仍然要继续向前运动；在上升的过程中，你所具有的动能将逐渐______（选填“增加”“减小”或“不变”）。
【答案】 (1). 惯性 (2). 减小
【解析】[1]立定跳远时，当你双脚离开地面后，由于惯性，在空中仍然保持向前的运动状态。
[2]在上升的过程中，质量不变，速度减小，动能将减小。
12.（2020绍兴）2020年5月5日，我国自主研发的长征5号B型运载火箭圆满完成发射任务，图为起飞阶段加速上升的火箭，该过程中，内部的新型返回舱的动能__________（选填“增大”、“减小”或“不变”），火箭整体的机械能__________（选填“增大”、“减小”或“不变”）。
【答案】 (1). 增大 (2). 增大
【解析】[1][2]火箭加速上升时，内部的新型返回舱的速度变大，动能变大；高度增大，重力势能增大，火箭整体的机械能增大。
13.（2020无锡）用“模拟打桩”来探究物体重力势能的大小与哪些因素有关，物体的质量m1＝m2＜m3，实验时，让物体从木桩正上方的某一高度处自由下落，将木桩打入沙中，三次实验木桩进入沙中的深度如图所示，木桩进入沙中的深度越深，则物体对木桩做的功越______，比较a、b可知：物体重力势能的大小与物体的______有关；比较______可知：物体重力势能的大小与物体的质量有关。
【答案】 (1). 多 (2). 高度 (3). a、c
【解析】（1）物体下落过程中，物体的重力势能转化为动能，物体的重力势能就越大，对木桩做功越多，木桩陷入沙坑越深，所以我们可以通过木桩陷入沙坑的深度观察来判断重力势能的大小，这用到了转换法；
（2）由a、b两图可知，物体的质量m1＝m2，从不同高度落下，落下的位置越高，木桩被打得越深，物体的重力势能越大，说明重力势能与高度有关；
比较a、c两图可知，物体的质量m1＜m3，物体从同一高度落下，质量越大，木桩被打得越深，说明重力势能与质量有关。故答案为：多；高度；a、c。
14.（2020泰安）如图所示是 “探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验装置示意图，让小球A从斜面上某点滚下，撞击在水平面上的木块B，木块B移动一段距离。
（1）该实验中所探究物体的动能是指______（选填“小球A”或“木块B”）的动能。
（2）实验表明，让小球A分别从斜槽不同高度由静止滚下，高度越大，速度越______，木块B被撞得越远。可得结论：质量相同时，小球的速度越______，动能越大。
（3）若要研究物体动能与质量的关系，应让不同质量的小球A从斜面______高度由静止滚下，观察比较木块B被撞移动的距离。
【答案】 (1). 小球A (2). 大 (3). 大 (4). 同一
【解析】(1)[1]该实验研究的是小球A动能的大小与速度和质量的关系。
(2)[2][3]同一小球从不同的高度滚下，位置高的滚到斜面底端的速度较大，把木块推得越远，说明小球做功多，动能大，说明了物体的动能与物体的速度有关，由此得出结论：在质量一定时，小球的速度越大，动能就越大。
(3)[4]要研究物体动能与质量的关系，根据控制变量法可知，控制小球到达水平面的速度相同，让不同质量的小球A从斜面同一高度由静止滚下，观察比较木块B被撞移动的距离。
【课后反思】本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些不足，有什么体会。
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