11.3 动能和势能解析版

§11.3动能和势能【巩固精练】我们居住的城市高楼林立，如不小心发生高空坠物事件，则可能给人们的生命财产造成损害，更不可有意为之．日前，某小区的陈先生在早上下楼取车时发现车的后挡风玻璃被穿了一个孔，上面还插着一个可乐瓶，肇事的可乐瓶里大约还有的可乐．对此，下列描述正确的是（）A.可乐瓶从高空坠落，动能会转化为重力势能B.可乐瓶对挡风玻璃没有做功C.可乐瓶从高空坠落，重力势能会转化为动能D.可乐瓶砸在挡风玻璃的瞬间，具有很大的重力势能【答案】C【解析】被举高的物体具有重力势能，在物体下落时，重力势能会转化为动能对外做功。物体的质量越大、高度越高，重力势能越大，其转化为动能时，往往也会越大。据此来对本题中的现象进行分析。A选项，可乐瓶从高空坠落，重力势能会转化为动能，而不是动能会转化为重力势能，说法错误，不合题意；

B选项，可乐瓶将挡风玻璃击穿了一孔，在力的方向上移动了一段距离，对物体做了功，故说法错误，不合题意；

C选项，可乐瓶从高空坠落，高度很高，又有较大的质量，因此重力势能会转化为较多的动能，说法正确，符合题意；

D选项，可乐瓶砸在挡风玻璃的瞬间，其速度达到最大，具有很大的动能，故说法错误，不合题意。

故选：C。如图是一同学正在体育课中进行实心球投掷训练，投出的实心球在上升过程中（）A.动能不变、重力势能增加B.重力势能不变、动能增加C.动能转化为重力势能 D.重力势能转化为动能【答案】C【解析】动能的大小与物体的质量以及速度有关，质量越大、速度越大，动能越大；重力势能的大小和物体的质量以及物体所处的高度有关，质量越大、高度越高，重力势能越大；判断是哪种能量转化成了另一种能量的标准是：减小的转化为增多的。实心球在上升过程中，因为质量不变、速度减小，所以实心球的动能减小；因为质量不变、所处的高度增大，所以实心球的重力势能增大；在整个上升过程中动能转化为重力势能。可见A、B、D都错，C正确。故选：C。如图所示，捻动滚摆的轴使它升高后释放，可以观察到滚摆沿着悬线向下运动，此过程中，它的__________能减小，能增加。滚摆到最低点后又上升，每次上升的高度逐渐减小，这说明滚摆具有的机械能（填“减小”、“增大”或“不变”）。【答案】重力势；动；减小。【解析】动能大小的影响因素：质量和速度。质量越大，速度越大，动能越大。重力势能大小的影响因素：质量和高度。质量越大，高度越高，重力势能越大。机械能＝动能＋势能，物体没有发生弹性形变时，势能只考虑重力势能。滚摆沿着悬线向下运动的过程中，质量不变，高度减小，速度增大，故重力势能减小，动能增加；说明重力势能转化为了动能；滚摆到最低点后又上升，每次上升的高度逐渐减小，说明存在阻力，故机械能减小。

故答案为：重力势；动；减小。【能力进阶】如图所示，人骑自行车下坡，速度会越来越快，在这过程中（）A.人和车的动能保持不变B.人和车的动能增大C.人和车的动能减小D.人和车的重力势能增大【答案】B【解析】动能大小跟质量、速度有关。质量一定时，速度越大，动能越大；速度一定时，质量越大，动能越大。重力势能大小跟质量、被举得高度有关。被举得高度一定时，质量越大，重力势能越大；质量一定时，高度越高，重力势能越大。人骑自行车下坡，速度会越来越快，在这过程中人和车的质量不变，速度增大，动能变大；高度减小，重力势能减小。

故选：B。如图所示，苹果树上结有甲、乙、丙三个质量相等的苹果，哪一个苹果的重力势能最大（）A．甲B．乙C．丙D．一样大【答案】C【解析】根据重力势能的大小和质量以及物体所处的高度有关进行解答。甲、乙、丙三个苹果的质量相等，从图上可以看出丙所处的位置高度最高，所以丙的重力势能最大。

故选：C。如图是杂技演员演出时的过程示意图。男演员从甲处用力向上起跳，落下后踩在翘翘板的a端，能把站在b端的女演员弹上乙处。由于存在阻力，故（）A．男演员的质量必须要大于女演员的质量B．甲处男演员的势能一定要大于乙处女演员的势能C．男演员离开跳台时的机械能一定大于乙处女演员的势能D．女演员弹起时的动能与她站在乙处时的机械能相等【答案】C【解析】由于存在阻力，克服阻力做功，机械能转化为内能，机械能不断减小，内能不断增大，所以男演员的机械能一定大于女演员的机械能。A选项，甲处的男演员要想把女演员弹起到乙处，由于乙处高于甲处，男演员的机械能一定大于女演员的机械能，男演员向上跳起，同时具有动能和重力势能，女演员到达乙处静止不动，只具有重力势能，所以男演员的质量不一定大于女演员质量。如果男演员自由下落时，男演员的质量一定大于女演员质量。不符合题意。

B选项，男演员向上跳起，同时具有动能和重力势能，女演员到达乙处静止不动，只具有重力势能，男演员的重力势能不一定大于女演员的重力势能。如果男演员自由下落时，男演员的重力势能一定大于女演员重力势能。不符合题意。

C选项，由于存在阻力，克服阻力做功，机械能转化为内能，机械能不断减小，所以男演员离开跳台时的机械能一定大于乙处女演员的势能。符合题意。

D选项，女演员弹起时动能转化为重力势能，由于存在阻力，克服阻力做功，动能没有完全转化为重力势能，所以女演员弹起时的动能大于她站在乙处时的机械能。不符合题意。

故选：C。小华骑自行车下坡时，想到从斜面下滑物体的快慢与哪些因素有关呢？回家后她找来了小车、秒表、刻度尺和充当斜面的木板进行探究，如图所示。首先对影响小车下滑快慢的因素作出以下猜想，猜想一：与小车的质量有关；猜想二：与斜面的高度有关；猜想三：与斜面的长度有关。（1）根据所学知识，断定猜想二是正确的，依据是______________。（2）为了验证猜想一，小华设计的方案是在小车内放置不同数量的钩码，分别从斜面的顶端由静止释放，测出下滑的时间。小华测量的结果如下表，她怀疑第三次测量错误，于是重新测量并进行了修正。你认为小华第三次测量时间偏小的原因，除了秒表的使用和小车开始的位置不符合设计的要求外，还有一种在操作上存在的问题可能是___________；经过对修正后的数据分析，猜想一是______（正确/错误）的。（3）为了验证猜想三，小华设计的方案是将小车分别从距斜面底端不同距离处由静止释放，测出下滑的时间。她通过测量发现下滑的时间不同，于是得出猜想三是正确的。请对小华这一探究作出评价，指出她存在的两个主要问题是①__________；②____________。（4）接着小华又作出：“小车下滑的快慢还与斜面倾角有关”的猜想，你认为她___（需/不需）要对这一猜想进行探究。如需要，说出方案，如不需要，说出原因：______。【答案】（1）动能是由重力势能转化而来的；（2）小车没有从静止释放；错误；（3）①改变长度时，没有控制高度一定；②路程不同，不能只通过时间比较运动快慢；（3）不需要；斜面的高度、长度和倾角之间有一定的定量关系。【解析】小车在下滑时将重力势能转化为动能。重力势能的大小与物体的质量和高度有关。在让小车下滑时，要注意使其由静止滑下。若给出一个初速度，则会使下滑时间变短。根据表格中数据，分析小车速度与质量的关系。因为小车通过的路程是相同的，可以根据时间的长短判断速度的大小。（1）猜想二：与斜面的高度有关。斜面的高度越大，同一物体的重力势能越大，在下滑过程中转化成的动能越大，速度越大。所以断定猜想二是正确的。

（2）在实验时，应保证由静止滑下，由表格中数据知，第三次下滑时间较短，可能是由于小车未从静止释放造成的。由表格中数据中，小车的质量不同，但下滑时间相同，又因为所经过的路程相同，所以速度是相同的，因此说明猜想一是错误的。

（3）小华设计的方案是将小车分别从距斜面底端不同距离处由静止释放，在此过程中没有控制高度一定，所以会造成时间的不同。同时根据路程也会影响所用时间的长短。

（4）由于斜面的高度和长度决定了斜面的倾角，所以不需要对这一猜想进行探究。

故答案为：（1）动能是由重力势能转化而来的；（2）小车未从静止释放；错误；（3）改变长度时，没有控制高度一定；路程不同，不能只通过时间比较运动快慢；（3）不需要；斜面的高度、长度和倾角之间有一定的定量关系。如图所示，甲是探究“动能的大小与什么因素有关”的实验装置,实验中让同一钢球从斜面上不同的高度由静止滚下，碰到同一木块上．乙是探究“阻力对物体运动的影响”的实验装置，实验中让同一小车从斜面上相同的高度由静止滑下，在粗糙程度不同的水平面上运动．请回答下列问题：（1）甲实验的目的是探究钢球动能的大小与_______的关系；实验时，它是通过观察

，从而判断钢球动能的大小。（2）进行乙实验时，每一次都让同一小车从斜面上相同的高度由静止滑下，其目的是使小车在水平面运动的起始

相同；通过观察小车在粗糙程度不同的水平面上运动________的大小来判断小车在不同的水平面受到

的大小。从而可以推理：如果运动的物体不受力，它将

。【答案】（1）速度；木块被推动的距离远近；（2）速度；距离；阻力；做匀速直线运动【解析】甲实验中让同一钢球从斜面上不同的高度由静止滚下，控制了小球的质量不变，目的是让小球到达斜面底端的时的初速度不同，探究速度对小球动能的影响，小球动能的大小是通过小球对外做功的多少来体现，实验中通过观察木块被小球推开的距离反映做功的多少；乙实验中让同一小车从斜面上相同的高度由静止滑下，其目的是使小车在水平面运动的起始速度相同，控制速度相同，改变接触面的粗糙程度，观察小车运动距离的远近反映阻力对物体运动的影响；阻力越小，小车运动的距离越远，可以进行科学推理：当阻力为零时小车会沿水平面匀速运动下去。

（1）甲实验的目的是探究钢球动能的大小与速度的关系；实验时，它是通过观察木块被推动的距离远近，从而判断钢球动能的大小；

（2）进行乙实验时，每一次都让同一小车从斜面上相同的高度由静止滑下，其目的是使小车在水平面运动的起始速度相同；通过观察小车在粗糙程度不同的水平面上运动距离来判断小车在不同的水平面受到阻力的大小；从而可以推理：如果运动的物体不受力，它将做匀速直线运动。

故答案为：

（1）速度；木块被推动的距离远近；

（2）速度；距离；阻力；做匀速直线运动将小球A、B分别拉到与竖直方向成一定角度θ的位置，然后都由静止释放，当小球摆动到竖直位置时，将与静止在水平面上的木块C发生碰撞，木块都会在水平面上滑行一定距离后停止。图中的摆长L都相同，θA＜θB，球A、B的质量分别为mA、mB,(mA＜mB)。（1）如图甲、乙所示，同时释放A、B，观察到它们并排摆动且始终相对静止，同时到达竖直位置这表明两小球在摆动过程中的任一时刻的速度大小与小球的无关。（2）如图甲、乙所示，观察到B球能将木块c撞得更远由此可得出结论：。（3）图乙中小球B到达竖直位置时的速度（填“大于”、“小于”或“等于”）图丙中小球B到达竖直位置时的速度；图乙、丙所示，图丙中木块C滑行得更远些，由此可得出结论：。（4）这个实验中，利用木块被碰撞后移动的__________来比较物体的动能大小。这种实验方法叫做________________，下列实例中与此实验方法相同的有_________（填字母）

A．在探究重力势能大小与质量的关系时要控制高度相同

B．用桩陷入沙坑的深度反映重锤重力势能的大小

C．在探究杠杆的平衡条件时，要进行三组以上的多次实验。

【答案】（1）质量；（2）速度相同时，物体质量越大，动能越大；（3）小于；质量相同时，物体的速度越大，动能越大；（4）距离；转换法；B。【解析】木块被撞出得远，说明小球的动能大，根据动能大小和质量大小比较，得出动能和质量的关系；（1）甲乙两图中，小球的质量不同，由题意知，摆角相同，小球相对静止，说明小球的速度大小与小球的质量无关；

（2）mA＜mB，两球的速度相同，B球能将木块c撞得更远，说明B球的动能更大，因此可得速度相同时，物体质量越大，动能越大；

（3）乙丙两图，小球的质量相同，θ1＜θ2，所以丙图小球的速度更大，图丙中木块C滑行得更远些，说明质量相同时，物体的速度越大，动能越大；

（4）实验中利用木块被碰撞后移动的距离来比较物体的动能大小，属于转换法的思想，

A选项，在探究重力势能大小与质量的关系时要控制高度相同，使用的是控制变量法；

B选项，用桩陷入沙坑的深度反映重锤重力势能的大小，应用了转换法；

C选项，在探究杠杆的平衡条件时，要进行三组以上的多次实验，是为了避免实验中出现偶然性；

故选B。

故答案为：（1）质量；（2）速度相同时，物体质量越大，动能越大；（3）小于；质量相同时，物体的速度越大，动能越大；（4）距离；转换法；B。【思维拓展】小徐利用如图实验来研究物体动能大小与哪些因素有关。让质量不同的钢球从斜面上同一高度静止释放，钢球运动到斜面底部，推动木块运动一段距离后停下。实验数据见下表：实验次数钢球质量m(克)钢球到达斜面底部时的速度v(米/秒)木块移动的距离s(厘米)1201.8302401.8593601.887(1)表格中的实验数据说明了钢球的动能大小与________有关。(2)小徐对如何判断钢球的动能大小进行深入思考后认为：可以通过比较钢球推动木块移动距离的大小来反映钢球对木块_______的多少，从而判断钢球动能的大小。【答案】(1)钢球