能量和机械能教师

3.1能量及其形式3.1能量及其形式知识梳理知识梳理1、认识能量1、伽利略理想实验（斜面实验）伽利略理想实验中，如果无摩擦，小球总会滚到与小球出发点A高度相同的B处或C处，原因是小球“记住”了与起始高度相联系的能量。2、能量：伽利略理想实验中小球事实上“记住”的是与起始高度相联系的能量。能量简称为能。能够使物体“工作”或者运动的本领叫做能量。3、宇宙间一切物质的运动和变化都需要能量，没有能量，一切生命将不复存在。我们的世界充满能量。2、能的形式我们的生活离不开能量，能量无处不在，能量的形式多种多样。能量的形式有：机械能、化学能、声能、电能、电磁能、核能等。机械能：把一个物体相对于另一个物体位置的变化称为机械运动，做机械运动的物体具有机械能。化学能：储存在食物中的能量属于化学能，燃料储存的能量也属于化学能。声能:声音具有一定的能量，这种能量叫做声能。如强度很大的声音可以将玻璃震碎。电能:家用电器通电后才能工作，这表明电具有能量即电能。电磁能:电磁辐射具有能量，这种能量叫做电磁能。我们看到的光就是一种电磁能。电磁能以波的形式传播。核能：原子核在转变的过程中所释放出的能量，称为核能。太阳具有太阳能(维持人体的生命活动需要能量，人们从事生产活动也需要能量，这些能量最终主要来自于太阳能)。【归纳总结】能量也有多种形式，如：机械能、化学能、声能、电能、电磁能、核能、太阳能。例题分析 例题分析1．通过电磁波进行信息传递，这些电磁波就是人们常说的是“辐射”。“辐射”具有（）A．机械能 B．电磁能 C．声能 D．化学能【答案】B2．关于常见的能，下列说法不正确的是（）A．河水流淌时具有机械能 B．雷达天线能接收、发射电磁能C．储存在食物中的能量属于内能 D．煤炭等燃料储存的能量属于化学能【答案】C3．如图所示是车载摇摆太阳花，在阳光下才会使劲摇摆。它的摇摆所需的能量来自（）A．太阳能 B．动能 C．电能 D．化学能【答案】A4．下列关于能的说法，不正确的是（）A．能量无处不在，能量的形式多种多样B．我们的生活离不开能量，即使在睡觉的时候也需要能量C．运动的物体具有能量，静止的物体没有能量D．所有的自然现象都涉及能量【答案】C课堂练习课堂练习1．2022年5月10日凌晨，搭载“天舟四号”货运飞船的长征七号遥五运载火箭，顺利进入预定轨道，开始追赶“天和”核心舱，最终成功对接。下列说法正确的是（）

A．天舟四号的太阳能电池板将太阳能转化为机械能B．追赶过程中，以“天舟四号”为参照物，“天和”是运动的C．火箭加速上升过程中，惯性在变大D．对接成功后的运动过程中，受到平衡力的作用【答案】B2．在“电闪雷鸣”这一自然现象中，没有涉及到的能量形式是()A．电能 B．声能 C．光能 D．核能【答案】D3．自然界中存在着多种形式的能，下面对能的叙述中错误的是（）A．贮存在食物中的能称为化学能B．钩码被举高后具有的能是动能C．声能是一种听得到的能量D．植物通过光合作用把光能转化为化学能【答案】B4．放在商店橱窗里的干电池具有（

）A．光能 B．热能 C．电能 D．化学能【答案】D5．利用化学反应获取能量是人类研究化学的基本目的之一。下列事实说明通过化学反应能量以热能释放的是（

）A．蜡烛照明 B．烧煤取暖C．蓄电池发电 D．电解水得到氢气【答案】B6．如图所示是一种新式路灯，它“头顶”小风扇，“肩扛”太阳能电池板。有关这种新式路灯说法正确的是（）A．小风扇是美化城市的时尚装饰B．小风扇是用来给太阳能电池散热的C．小风扇是小型风力发电机D．太阳能电池同时向小风扇和路灯供电【答案】C课后巩固课后巩固1．人和动物从食物中获取的能量属于（

）A．热能 B．贮存能 C．化学能 D．机械能【答案】C2．维持人体的生命活动需要能量，人们从事生产活动也需要能量，这些能量最终主要来自（

）A．流水和风B．太阳辐射能C．绿色植物的能量D．深埋在地下的煤和石油【答案】B3．关于能量的说法错误的是（）A．阳光具有太阳能 B．声波可以听到但没有能量C．风具有动能 D．地震能释放很大的能量【答案】B回顾小结回顾小结3.23.21动能和势能知识梳理知识梳理一、动能1、动能：物体由于运动而具有的能量叫做动能。一切做机械运动的物体都具有动能。2、实验探究影响动能的大小因素提出猜想：动能的大小与物体的质量和速度有关实验器材：两个相同的木块、两个完全相同的钢球和一个质量较大的钢球、斜面轨道。【思考1】在实验中如何体现钢球的动能大小？本实验采用转化法，利用木块移动距离大小来表示动能大小。【思考2】本实验采用的主要采用的研究方法是什么？控制变量法、转化法。【思考3】为什么让钢球从不同高度处滚下？这样可以让钢球运动到斜面底端时获得不同的速度，从而具有不同的动能。【思考4】为什么让钢球从同一高度处滚下？这样可以让钢球运动到斜面低端时获得相同的速度。实验步骤：①将木块放在水平面上，让质量相同的两个钢球由静止开始沿斜面向下运动。②比较木块被质量相同的钢球从不同高度处滚下撞击后，木块运动的距离，并说出实验现象和结论。实验步骤：③比较木块分别被质量不同的钢球从同一高度处滚下撞击后，木块运动的距离。并说出实验现象和结论。结论：在质量一定时，物体的速度越大，物体的动能就越大。结论：在运动速度相同时，物体的质量越大，物体的动能就越大。二、重力势能1、重力势能：物体由于被举高而具有的能量叫做重力势能。2、实验探究影响重力势能的大小因素实验器材：铝盘、细沙、米尺、金属小球实验步骤：①在一个铝盘中放入约2厘米厚的细沙；取出大小不同的金属小球。②将一根米尺竖直立在细沙上，把金属小球拿到某一高度自由释放，如右图所示，记录这一高度。③把金属小球从沙中拿出，观察被金属小球所撞出的沙坑深度和大小，并将结果记录下来。④抹平盘中的沙，分别从不同的高度自由释放同一个金属小球和从相同的高度自由释放不同质量的金属小球观察被金属小球所撞出的沙坑深度和大小，并将结果记录下来。⑤比较观察结果，被金属小球所撞出的沙坑深度和大小跟金属小球的质量和下落的高度有什么关系？实验结论：物体的质量越大，被举得越高，具有的重力势能就越大。三、弹性势能1、弹性势能：物体由于发生弹性形变而具有的能叫做弹性势能。弹性形变：物体受到外力作用而发生的形状变化，叫做形变，如果外力撤消，物体能恢复原状，这种形变叫做弹性形变。如：拉长的弹簧，弯曲的钢锯条等。弹性势能的影响因素：对同一个物体，物体的弹性形变越大，它具有的弹性势能就越大。例题分析 例题分析1．为了探究动能大小的影响因素，利用斜面、钢球、木块等器材在同一水平面上开展了如图所示的探究活动。（1）如甲、乙两图所示，让相同质量的钢球从同一斜面的不同高度由静止滚下，目的是使钢球运动到水平面时的速度___________；（2）根据甲、丙两图实验可得出结论：___________；（3）为使达到实验目的，斜面下方的水平面应该做成___________。（选填“光滑”或“粗糙”）【答案】不同物体的速度相同时，质量越大，动能越大粗糙2．相关资料表明，大部分重大交通事故是因为汽车超载超速造成的。兴趣小组决定对超载超速问题进行一次模拟探究，经讨论后认为，可以用小球作为理想模型，代替汽车作为研究对象，如图，将小球从高度为h的同一斜面上由静止开始滚下，推动同一小木块向前移动一段距离s后停下，完成甲、乙、丙三次实验，其中h1=h3>h2，

mA=mB<mC（1）把小球放在同一高度由静止开始沿斜面滚下是为了控制____________相同。（2）实验中超载超速带来的危害程度用_________________________表示；（3）为比较超载超速带来的危害程度，小组利用上述器材进行定量研究。得到数据如下：小球质量/克高度/厘米木块滑动距离/厘米A10510B20518C30529D101038E101586请根据上表数据分析，货车超载20%与超速20%两者相比，潜在危害较大的是________。【答案】速度用木块被推动的距离来表示超速3.小乐在探究“重力势能大小的影响因素”的实验中用到三个体积相同的小球，小球的质量m1<m2=m3；让小球分别从同一高度自由落入橡皮泥中，下落高度h1=h2<h3；实验情景如图所示。（1）本实验主要运用的科学方法是控制变量法与_______________（选填“转换法”或“类比法”）。（2）本实验主要通过观察_______________来判断重力势能的大小。（3）通过比较甲和乙、乙和丙的多次实验结果，可以得出结论：_________________________。【答案】转换法橡皮泥凹陷程度物体的质量越大，下落的高度越大，物体的重力势能越大课堂练习课堂练习1．小明用图所示装置“探究物体的动能大小与速度的关系”，下列说法正确的是（）A．水平表面必须光滑B．用木块移动的距离表示小球动能大小C．由实验可得到结论：同一物体，物体的释放的高度越高，动能越大D．让质量不同的小球从同一斜面同一高度由静止释放【答案】B2．为了研究动能的大小与哪些因素有关，教材中设计了“小钢球撞木块”的实验(如图所示)让静止的小钢球从斜面滚下，观察木块被推动的距离。关于该实验的说法中，不正确的是()A．该实验研究的对象是木块B的动能大小，A球是用来撞击并提供初速度的B．该实验研究的基本方法是控制变量法，如分别控制小球滚下的高度、小球的质量等C．该实验的设计思路是采用转换法，用木块移动的距离来表示动能的大小D．实验过程中，让同一小球从不同高度落下，目的是为了让小球获得不同的运动速度【答案】A3．甲图是探究“阻力对物体运动的影响”的实验装置；乙图是探究“物体的动能与质量关系”的实验装置，关于这两个实验说法正确的是()A．甲实验可以推理出如果运动的物体不受力它将以恒定不变的速度一直运动下去B．乙实验可得出物体的速度一定时，质量越大，动能越大C．两个实验都控制物体从同一高度自由下滑，是为了保证物体到水平面时的初速度相同D．甲、乙实验中物体运动时，机械能始终都保持不变【答案】ABC4．小明和小红在“探究物体的动能与哪些因素有关”的实验中，让钢球从斜槽上一定高度的位置滚下，在水平面上运动，碰上木块C并将C推动一段距离，通过推动距离的大小来判断动能大小。（1）实验中探究的动能是指___________；A．钢球在斜面上运动的平均动能

B．钢球撞击木块时的动能

C．钢球撞击木块后的动能

D．木块被钢球撞击后的动能（2）如图甲、乙为小明两次实验的示意图，钢球A、B的质量mA>mB，高度hA>hB，距离sA>sB。他得出“物体的质量越大，动能越大”的结论，他的实验方法___________（选填“正确”或“错误”），理由是___________；（3）小红让钢球A分别从同一斜面的不同高度由静止自由滚下，撞击木块，这是为了探究物体动能与___________的关系。实验中用到的科学方法有控制变量法和___________。【答案】B错误没有控制钢球的速度相同速度转换法5．为了探究物体动能大小与哪些因素有关，同学们设计了如图甲、乙所示的实验装置来进行实验。（1）根据图乙，你能得出的结论是：___________；（2）实验后，同学们联想到在许多交通事故中，造成安全隐患的因素有汽车的“超载”与“超速”，进一步想知道，在影响物体动能大小的因素中，哪个对动能影响更大？于是利用上述器材进行了实验测定，得到的数据如下表：序号小球质量m/g小球自由滚下高度h/cm木块被撞后运动距离s/m1301042302016360108a．为了探究“超载”隐患时，应选择___________序号的实验进行比较；b．分析表格中对应的数据可知：___________对物体的动能影响更大，即当发生交通事故时，由此造成的危害更严重。【答案】物体的质量一定时，速度越大，物体的动能越大1、3速度6．小江同学在体育活动中，从铅球下落陷入沙坑的深度情况受到启发，并产生了如下猜想。猜想一：物体的重力势能与物体的质量有关猜想二：物体的重力势能与物体的下落高度有关猜想三：物体的重力势能与物体的运动路径有关为此小夏设计了如图所示的实验：用大小、形状相同的A、B、C、D四个铅球分别从距离沙表面某高度处静止释放，其中D球从光滑弯曲管道上端静止滑入，最后从管道下端竖直落下（球在光滑管道中运动的能量损失不计）。实验数据如下表：实验序号铅球代号铅球质量/g下落高度/m陷入沙中的深度/m①A200②B400③C2001④D2001（1）本实验中，铅球的重力势能大小是通过______来反映的；（2）比较③④，得到的结论是__________________；（3）经进一步实验和分析，小夏大胆给出重力势能（Ep）的表达式“Ep=mgh”，并去办公室询问了老师，得以证实，小夏高兴不已，回到教室后，根据学过的知识又算出了各小球落到沙表面的动能，其中B球的动能为______J。（忽略空气阻力）【答案】铅球陷入沙中的深度（2）[2]比较③④两球，两球的质量相同，下落高度也相同，两球的运动路径不同，但陷入沙坑的深度相同，由此可得出结论：物体的重力势能与物体运动的路径无关。（3）[3]铅球在下落过程中，忽略空气阻力，铅球的重力势能转化为动能，则根据Ep=mgh可得，B球落到沙表面时的动能E动=Ep=mgh=0.4kg×10N/kg×0.5m=2J7．小和骑自行车上学途中，要经过一段上坡路。他思考：物体冲上斜坡的最大距离可能与哪些因素有关呢？（1）他发现车子的初始速度越大，冲上斜坡的最大距离就越长。这是因为车子的初始速度越大，它的初始动能也越大，上坡过程中转化而来的___________就越大；（2）他进而又提出两个猜想：猜想一：物体冲上斜坡的最大距离可能与物体的质量大小有关；猜想二：物体冲上斜坡的最大距离可能与斜坡的倾角大小有关。为了验证猜想一：他将与水平面平滑连接的长木板以一定的倾角θ固定，如图甲所示。实验时为了让不同质量的小球以相同的初始速度滑上长木板，他在左侧放置了一个固定的斜面A。①请说明使用斜面A进行实验时的操作要点：___________；②小和发现：当不同质量的小球以相同初始速度滑上长木板时，向上滑行的最大距离均相同。这说明猜想一是错误的。在验证猜想二的实验中，小和让一小球以相同的初始速度分别滑上不同倾角的长木板，测得的数据记录如下表：次数12346木板倾角θ10°30°53°75°85°向上滑行的最大距离s/m③根据表中数据分析小球向上滑行的最大距离s与倾角θ的关系是：当倾角θ增大时，___________【答案】重力势能让小球从斜面A同一高度由静止释放小球上滑的最大距离s先减小后增大课后巩固课后巩固1．在探究“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验中，小红同学设计了如图所示甲、乙、丙三次实验。让铁球从同一斜面上某处由静止开始向下运动，然后与放在水平面上的纸盒相碰，铁球与纸盒在水平面上共同移动一段距离后静止。（1）要探究动能大小与物体质量的关系应选用_______两图；实验中应保证铁球到达水平面时的速度相同，为了达到这一目的所采取的具体操作方法是________。（2）选用甲、丙两次实验可以得出的结论是___________。（3）该实验是通过观察____________来比较铁球动能的大小，从而得出结论的。本实验所采用的主要研究方法的是_______。（选填“转换法”、“等效替代”、“类比法”）【答案】甲、乙让铁球从同一斜面的同一高度由静止开始向下运动质量相同的物体，运动速度越大，动能就越大纸盒被撞击后所移动的距离转换法2．在天文社一次观看月球活动中，科技辅导员介绍说月球表面的环形山（月坑）是流星撞击而形成，如下图甲。小明听后由此引发猜想：月坑的深度可能跟流星的体积、质量、速度有关。为验证自己的猜想，他设计了用小球撞击砂子的模拟实验，装置如图乙。他找来几个不同质量、体积的小球，并以小球下落的高度h来控制撞击速度。经过实验，他得到表中的数据，请你分析表中的数据，回答下列问题：实验序号质量m/g体积V/cm3下落高度h/cm沙坑的深度d/mm12050220603207042070520706607078570（1）由3、4、5三组数据可得出沙坑的深度与小球___________有关的初步结论；（2）由___________三组数据可得出沙坑的深度与小球质量有关的初步结论；（3）以上探究使用的是控制变量法，综合上述的结论可知：当流星的速度越大、体积越___________（填“大”或“小”，下同）、质量越___________时，在月球表面撞击的月坑就越深。【答案】体积3、6、7小大3．在第24届北京冬奥会中，某同学发现滑雪者冲上斜坡时的初速度越大，向上滑行的距离也会越大。该同学猜想：物体冲上斜面的最大距离可能与物体的质量大小和斜坡的倾角有关。为了探究物体冲上斜坡的最大距离与斜坡的倾角的关系，他利用如图所示的实验装置进行探究活动，并记录数据如下表所示。实验次数12345木板倾角θ10°30°53°75°85°向上滑行的最大距离s/m（1）滑雪者的初速度越大，冲上斜坡距离越长，这是因为___________；（2）实验中如何控制物体冲上斜坡时的初速度相同___________；（3）分析表中数据可得出的结论是：______________________。【详解】（1）[1]物体的质量一定时，速度越大，动能越大。滑雪者的初速度越大，滑雪者的初始动能越大，转化成的重力势能也越大，升高的高度越大，冲上斜坡距离越长。（2）[2]让物体从滑轨同一高度由静止自由滑下，可控制物体冲上斜坡时的初速度相同。（3）[3]分析表中数据可得出的结论是：物体质量相同时，在10°到53°范围内，随斜坡倾角的增大，物体冲上斜坡的最大距离减小；在53°到85°范围内，随斜坡倾角的增大，物体冲上斜坡的最大距离增大。故可以得出物体质量相同时，一定范围内，随着斜坡倾角增大，物体冲上斜坡的最大距离先减小后增大。3.23.22动能和势能的转化知识梳理知识梳理一、机械能1、动能和势能之和称为机械能。2、机械能守恒定律：动能和势能可以相互转化，如果只有动能和势能的相互转化，机械能的总量保持不变。或者说机械能守恒。注意：1.题目如果有“在光滑接触面上滑动”或“忽略一切阻力”则表示没有能量损失，机械能守恒。2.若有“物体匀速下落”或“物体在运动过程中有发热现象”或：“物体表面粗糙”或没有“物体表面光滑”等字样，均为部分机械能转化为内能，从而使机械能不守恒动能势能间的转化例题分析 例题分析1．如图是人造地球卫星绕地球运动的示意图，卫星在近地点的速度较大，在远地点的速度较小，那么卫星从近地点到远地点，卫星的动能和势能是如何变化的（）A．动能增大，势能减小 B．动能减小，势能减小C．动能增大，势能增大 D．动能减小，势能增大【答案】D2．小衢在操场上将一篮球抛出，篮球被抛出后的运动轨迹如图所示，a、c两点处于同一高度。则下列判断中正确的是（）A．皮球在b点时的机械能最大B．皮球在a、c两点时动能相等C．皮球由a到b时，动能逐渐增大D．皮球由c到d时，机械能一直减小【答案】D3．如图所示，单摆中的小球在ABC间不停地往复运动，如果不考虑阻力的影响，以下说法错误的是（）A．小球在A、C处的势能最大B．小球在B处只受重力作用C．小球由A到B过程中，重力势能转化为动能D．小球运动到C处时，如果受到的外力全部消失，将保持静止【答案】B4．如图所示，小明在做模拟“蹦极”的小实验，一根橡皮筋一端系一个小石块，另一端固定在A点，B点是橡皮筋不系小石块自然下垂时下端所在的位置，C点是小石块从A点自由释放后所能达到的最低点，关于小石块从A点到C点运动过程的说法，正确的是（）A．小石块减少的重力势能全部转化为动能B．从A点下落到B点的过程中，小石块受到重力和弹力的作用C．小石块在C点时，受到平衡力的作用D．从B点下落到C点的过程中，小石块的速度先增大后减小【答案】D5．如图所示是蹦床运动员表演的情景，运动员从最低点到脱离蹦床的过程中，其动能变化情况是（

）A．动能不断减少 B．动能不断增大C．动能先增大后减小 D．动能先减小后增大【答案】C课堂练习课堂练习1．安吉云上草园景点的悬崖秋千已经成为许多游客喜欢的运动项目之一，荡秋千的游客由最低点荡向最高点的过程中（）A．速度增大 B．动能增大C．重力势能转化为动能 D．重力势能增大【答案】D2．学校将举行运动会，如图为小金同学在练习跳远时的几个阶段，则他（）A．在助跑阶段机械能不变 B．在起跳时机械能为零C．经过最高点时重力势能最大 D．经过最高点时动能为零【答案】C3．如图所示，A、B两球质量相等，A球用不可伸长的轻绳系于O点，B球用轻弹簧系于O'点，O与O'点在同一水平面上，分别将A、B球拉到与悬点等高处，细绳和轻弹簧均处于水平，弹簧处于自然状态，将两球分别由静止开始释放，当两球第一次达到各自悬点的正下方时，两球仍处在同一水平面上，则两球各自第次到达悬点正下方时（）两球的动能相等 B．B球的动能较大C．A球的动能较大 D．两球的机械能不相等【答案】C4．“轰6N”国产新型远程战略轰炸机，可以在空中水平匀速直线飞行的过程中给战斗机进行空中加油，在加油过程中，“轰6N”的动能和势能变化情况为（

）A．动能不变，重力势能不变 B．动能减少，重力势能增加C．动能不变，重力势能增加 D．动能减少，重力势能减少【答案】D5．如图，现有粗糙水平面上有一个轻质弹簧。弹簧左端固定在墙壁上，右边连接一木块，当弹簧自然伸长时右端在O点。如图，将木块拉至A点后放手，第一次木块向左运动，最远能达到B点。下列说法正确的是（

）A．A至O的过程中木块动能不断增加B．A至B的过程中弹簧弹性势能不断减小C．木块的动能和弹簧的弹性势能之和不变D．当小球最后静止时，木块可能在O点的左侧或右侧【答案】D6．2020年11月24日4时30分，长征五号运载火箭在中国文昌航天发射场点火升空，运送嫦娥五号探测器至地月转移轨道。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】C7．如图所示，甲、乙是两个相同的小球，在同一高度将甲乙两球抛出：甲球以速度v竖直向下抛出后落地；乙球以速度v竖直向上抛出至最高点A后落地，若不考虑空气阻力，下列说法正确的是（）A．抛出时刻，甲球的动能比乙球的动能小B．抛出时刻，甲球的机械能比乙球的机械能大C．乙球在上升至最高点的过程中动能逐渐减小为零D．甲球落地时的速度大于乙球落地时的速度【答案】C8．水运动员在长的踏板上起跳，我们通过录像观察到踏板和运动员要经历如图所示的状态，其中A为无人时踏板静止点，B为人站在踏板上静止时受力平衡点，C为人在起跳过程中人和踏板运动的最低点，人在脱离跳板前空气阻力忽略不计，下列说法中正确的是（）A．A点为跳板在整个跳水过程中的最高点B．从C到A的过程中跳板和人的总机械能守恒C．从C到A的过程中，运动员的速度持续增加D．运动员离开跳板起跳后，只发生动能和重力势能的相互转化【答案】B9．“反向蹦极”是一项比蹦极更刺激的运动。如图所示，弹性轻绳的上端固定在O点，拉长后将下端固定在体验者的身上，并与固定在地