动能和势能（原卷版）（人教版）

11.3动能和势能（原卷版）

|•能量；

2.动能；

清单3.势能

知识点1：能量

1.现象探究：能做功的物体具有能量

做功有快慢之分，那么，怎样比较做功的快慢呢？下面我们类比速度的定义进行说明。

现象图示分析归纳

流动的海水能符建筑物、汽车等一扫而

海啸将建筑物、汽车等一

空，流动的海水能对外做功，即流动的海

扫而空像流动的海

!水具有做功本领

水、被拉弯的

弓、被举高的

被拉弯的弓能将箭射出，弓能对外做功，

被拉弯的弓将箭射出重锤等物体能

即被拉打的弓具有做功本领

再够对外做功，

我们就说这些

*被举高的重锤，当它下落时可以把地面上

被举高的重锤下落敲击木・物体具有能量

木桩打入地里，它可以对木桩做功，即被

桩而将木桩打入地里q一*

1举高的市锤具有做功本领

2.能量的概念及单位

（1）物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量，简称能。

（2）能量的单位与功的单位相同，在国际单位制中，能量的单位是焦耳（J）。

3.对能的理解

（1）能量是表示物体做功本领的物理量。

（2）物体做功过程实质上是能量转化或转移的过程，物体能够做功越多，表示这个物体所具有的能

量越大。

4.能与功的区别与联系

功是描述力对物体作用过程中取得的成效的物理量，是相对于一

功是一个过程量，能是一个状态量个过程而言的：能是描述一个物体做功本领的物理量，是一个状态

区别

量

具有能量的物体不一定做功，而正在做功的物体一定具有能量

联系功是能量变化的量度

★特别提醒

“能够做功”与“做了功”的区别

物体“能够做功”与“做了功”是两个不同的概念。“能够做功”表示物体具有做功本领，与做不做功没关系；“做

了功”表示结果，是物体对另一个物体施力并经过一段距离后取得了成效。

【典例1】下列关于功和能的关系的说法中，正确的是（）。

A.一个物体没有做功，它一定不具有能量；

B.一个物体能够做的功越多，其动能一定越大；

C.一个物体具有能量，说明它正在做功；

I）.一个物体能够做功，说明它具有能量

知识点2：

1.现象探究：运动的物体是否具有能

现象图示分析归纳

风、流动的河水和飞行

风吹着帆船移动空气在流动的过程中对帆做功的子弹都能做功，它们

都具有能虽，分析这些

物体的共同特点可知，

河水把砂石冲走水在流动过程中对砂石做功

这些物体都是山于运动

而具有能量

子弹射穿鸡蛋子弹在运动过程中对鸡蛋做功

2.动能

物体由于运动而具有的能叫做动能。一切运动的物体都具有动能。例如，空中飞行的小鸟、行驶的汽

车、流动的水等。

★特别提醒

叙述动能的定义时，只能说“物体由于运动而具有的能”，不能说“运动的物体具有的能”，因为运动的物体除了具

有动能外，还可能具有其他形式的能，如高空飞行的飞机除了具有动能外，还具有重力势能和内能等。

4.理解动能大小时应注意的问题

一切运动的物体都具有动能，物体的动能由物体质量和运动速度决定，在讨论物体动能大小时，必须

同时分析两个因素。

例如，一颗子弹的速度大于火车的速度，但子弹的动能不一定比火车的动能大，因为子弹的质量比火

车的质量小得多；也不能因为火车的质量比子弹的质量大得多，就认为火车的动能一定比子弹的动能大，

例如当火车的速度为零时♦，其动能一定比飞行的子弹小。

【典例2］如图是探究“物体的动能大小与哪些因素有关”的实验装置图。实验中，探究的动能是指

()o

B.小球撞击木块时的动能;

C.小球撞击木块后的动能;

I）.木块被小球撞击时的动能

知识点3：势能

1.重力势能

（1）现象探究：位于高处的物体具有能量

现象分析归纳

从高空落下的陨石把地面陨石对地面做了功，说明从高空落下的陨

砸出一个大坑石具有能量

位于高处的物

体下落时可以

水一直从高处往卜滴，时位于高处的水滴对石头做功，说明高处的

做功，表明位

间长了能把石头滴穿水滴具有能量

于高处的物体

具有能量

从高处落下的铅球落在沙铅球对沙地做了功，说明从高处落下的铅

地中能砸出坑球具々能量

（2）重力势能：在地球表面附近，物体由于受到重力并处在一定高度时所具有的能，叫做重力势能。

2.弹性势能

（1）现象探究

如图甲所示，弹弓上被拉长的橡皮筋存储了能量，能把“子弹”射出，且橡皮筋的弹性形变越大，“子

弹”被射出的距离越远：如图乙所示，被压缩的弹簧存储了能量，能把小车弹开，且弹簧形变量越大，小

车被弹开的距离越远。由此可知，发生弹簧形变的物体在恢复形变时可以对外做功，即发生弹性形变的物

体具有能量。

甲乙

（2）弹性势能的定义：物体由于发生弹性形变而具有的能叫做弹性势能。

（3）决定弹性势能大小的因素：物体弹性势能的大小与物体的弹性形变程度和物体本身的材料有关。

对司一物体，弹性形变越大，弹性势能越大。

★特别提醒

一个物体是否具有弹性势能，关健看该物体是否发生了弹性形变。若物体发生了弹性形变，则此物体具有弹性势能：

若物体虽然发生了形变，但不是弹性形变，则没有抑性势能，如一捏就扁的的面团，就不具有弹性势•能。

（4）弹性势能的应用

弹性势能的应用很广泛。如发条玩具，只要上紧玩具内的发条，松手后玩具就会再弹性势能的作用下

动起来。

【典例3】如图跳水运动员跳水过程中，被压弯的跳板具有,而将运动员弹起一定的高度,

此时运动员具有___________,跳入水中而溅起水花。

3.势能

重力势能与弹性势能是常见的两种势能。

4.动能和势能的异同点

特点决定因素共同特点

一切运动的物体都具有具有能的

动能物体由于运动而具有的能质量、速度

动能物体都能

一切受到重力且位于高够做功，三

物体由于受到重力并处在一定

重力势能处的物体都具有重力势质量、高度种形式的

高度时所具有的能

势能能能单位都

物体由于发生弹性形变而具有一切发生弹性形变的物弹性形变程度、材是焦耳（J）

弹性势能

的能体都具有弹性势能料

▲拓展培优

势能和动能的相对性

1.物体所处的高度具有相对性，所以物体所具有的能也具有相对性,例如，放在书桌上课本，相当于地面来说有一定

的高度，具有重力势能，而相对于桌面其高度为0,重力势能为0。

2.物体的运动速度大小与选取的参照物有关，即速度大小具有相对性，那么动能的大小也具有相对性。同一物体相对

于不同参照物，动能一般是不同的。例如，疾驶的列车对乘客而言，桌面上放着的茶杯相对于乘客是静止的，对乘客

无害，但是相对•于列车外的行人，茶杯速度很大，动能很大，一旦掷出窗外砸到行人就会对行人造成严重的伤害。

实验1.实验株充：物体的动能跟哪些因素有关？

清单2.实验探究：影响重力势能大小的因素

।实验、探究1

物体的动能跟哪些因素有关？

1.实验探究：物体的动能跟哪些因素有关

提出问题物体的动能跟哪些因素有关？

（1）“十次车祸九次快”，猜想动能可能与物体运动的速度有关:

猜想与假设

（2）同样速度的自行车和汽车，碰到行人后造成的伤害不同，猜想动能可能与物体的质量有关

用如图所示的装置探究钢球的动能与速度及质量的关系。实验中，通过换用不同质量的钢球来改变

设计实验与制质量，让同一钢球从不同高度处滚下来改变速度。钢球动能的大小由木块被推动的距离远近来反映

订计划

（转换法），木块被推动的越远，说明钢球的动能越大。

口

丙丁

（1）同一钢球从不同高度处滚下，钢球碰撞木块时的速度不同。高度越高，钢球碰横木块时速度

越大，木块被推得越远，说明物体的动能与物体的速度有关；

分析与论证

（2）不同钢球从同一高度处滚下，钢球碰撞木块时的速度相同。质量大的钢球将木块推得远，说

明物体的动能与物体的质量有关。

物体动能与物体的质量和运动的速度有关。质量相同的物体，运动速度越大，动能越大；运动速度

实验结论

相同的物体，质量:越大，动能越大。

，影响重力势能大小的因素

2.实验探究：影响重力势能大小的因素

提出问题重力势能的大小与哪些因素有关？

（1）生活中手机从几厘米高处跌落一般不会损坏，但从几米高处跌落，一般会造成较严重的损坏，

猜想与假设由此猜想，重力势能的大小可能与高度有关；

（2）下冰窗时，重冰雹比轻冰雹造成的危害大得多，由此猜想，重力势能的大小可能与物体的质

量将关

将小方桌放置在沙箱中铺平的沙面上，让物体从某一高度自由下落撞击小方桌，小方桌下陷越深，

设计实验与制

说明下落的物体能够做的功越多（转换法），即物体具有的.重力势能越大。改变同一物体下落的高

订计划

度，或从同一高度释放不同质量的物体，比较物体对小方桌做功的多少。

..............

<1）让同一物体从

矗；:

进行实验

<2）让不同物二..、(d)所示。

•••・，•••・•・•a・•・o・•ll«・•・・・•

(a)(b)(C)

<1）同一物体下落时的高度越高，小方桌下陷得越深。

实验现象

（2）从同一高度下落时，质量大的物体比质量小的物体使小方桌下陷得更深。

（1）质量相等时，较高处物体使小方桌下陷的深度大，说明质量相等时，高度大的物体重力势能

大；

分析与论证

（2）高度相等时，质量大的物体使小方桌下陷的深度大，说明同一高度，质量大物体的重力势能

大。

实验结论同一高度，物体的质量越大，重力势能越大：同•质量物体，高度越大，物体的重力势能越大。

【典例4】沈仔细同学在研究“影响重力势能大小的因素”时，提出了如下猜想:

猜想一：重力势能的大小可能与物体的质量有关;

猜想二：重力势能的大小可能与物体所在的高度有关;

猜想三：重力势能的大小可能与物体的运动路径有关。

他为了验证猜想，准备了如下实验器材：花泥（易产生塑性形变）若干块，刻度尺一把，体积相同、

质量为m的小球3个和质量为2m的小球一个。所用实验装置如图甲、乙所示。

为验证猜想，他首先让质量分别为m、2m的小球A、B从距花泥表面高H处由静止下落，测得A、B小球陷

入花泥的深度为储和上，如图甲所示；然后让质量为m的小球C从距花泥表面高3H处由静止下落，质量为m

的小球I）从距花泥表面高3H的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）测得C、D小球陷入花泥的深度均为％,月h<h2<h,）请你完成下列内容：

（1）本实验中，小球的重力势能大小是通过来反映的;

（2）分析图甲所示的实验现象，可得山结论；当物体的_____、_______相同时，______越大，重力

势能越大；

（3）分析图乙所示的实验现象，发现两球运动的路径不同，但陷入花泥的深度相同，由此可知物体

的重力势能与物体运动的路径______（选填“有关”或“无关”）;

（4）综合分析图甲、乙所示的实验现象，还可得出的结论是：______o

I.动和能的关系；

^K2.动能和势能的大小；

~J3.探允动能大小和哪些因素有关；

清单4.探究重力势能大小的影响因素；

5•棵充弹性势能大小的彩响因素

题型一：功和能的关系

★解题指导：功能关系

（1）能是由物体状态决定的物理量，有能量的物体有做功的本领:

（2）物体通过对外做功来释放能量；

（3）功是能量变化的量度，即功是做功过程中物体的能量的多少。

【典例5】下列关于功和能的关系的说法中，正确的是（）。

A.一个物体没有做功，它一定不具有能量；

B.一个物体能够做的功越多，其动能一定越大；

C.一个物体具有能量，说明它正在做功；

D.一个物体能够做功，说明它具有能量

题型二：动能和势能的大小

★解题指导

分析物体的动能和重力势能的变化时，要同时考虑质量、高度和速度几个因素是否发生变化，再综合

分析动能和重力势能的变化情况,

【典例6】一个实心小球从高处竖直下落到地面的过程中，下列叙述中正确的是（）,

A.小球的动能增大，重力势能减小：

B.小球的动能减小，重力势能增大；

C.小球的动能不变，重力势能减小；

【）.小球的动能增大，重力势能不变

题型三：探究动能大小的影响因素

★解题指导

【考向点拨】

1.研究方法；转换法（动能大小转换成木块移动距离）、控制变量法;

2.如果水平面绝对光滑能否达到实验目的：不能，在光滑平面I：,木块做匀速直线运动;

3.比较哪两步可以看出动能与速度有关：步骤二、三;

4.比较哪两步可以看出动能与物体质量有关：步骤二、四;

5.判断动能和质量有关必须：控制小球到水平面时速度相同;

6.判断动能和速度有关必须：使用相同小球;

7.起点位置越高：小球达到斜面底端速度越人;

8.木块运动距离越大：动能越大。

【典例7】兴趣小组的同学认为车祸的危害程度与汽车的动能大小有关，于是他们进行了如下探究:

【提出问题】汽车的动能大小跟什么因素有关？

【猜想假设】由“十次车祸九次快”可猜想：汽车的动能可能跟______有关；由“安全驾驶莫超载”

可猜想：汽车的动能可能跟______有关。

【进行实验】他们做了如图所示的三次实验：用金属球模拟汽车，让金属球从斜槽的某一高度由静止

开始滚下，碰到水平面上的物块，将物块撞出一段距离。物块被撞击得越远，说明金属球到达水平面时的

动能就越______o

【分析论证】分析甲、丙两图的实验现象，可以初步得到的结论是：______o

【实践应用】用甲、乙两图的实验现象所得到的结论，可以解释汽车______（选填“超载”或“超

速”）行驶时危险性大的原因。

题型四：探究重力势能大小的影响因素

★解题指导

【考向点拨】

在探究实验中，需要探究影响重力势能的三个因素，应用到了控制变量法。

（1）当研究物体的重力势能与物体质量关系时，需要保持下落高度和运动路径相同，改变物体质量:

（2）研究物体重力势能与下落高度的关系时，需要保持物体质最和运动路径相同，改变下落高度；

（3）当研究物体重力势能与运动路径的关系时，需要保持物体质量和下落高度相同，改变运动路径.

据比分析解答。

（1）如何判断重力势能能大小：看小物块能够陷入沙面的深度（或对沙面上的物体做功的多少）：

（2）保持物块质量不变时结论：物体质量相同时：所处高度越高重力势能越大;

<3）保持物块高度不变时结论；不同质量的物体所处高度相同时，质量大的重力势■能大。

（4）实验结论：物体市力势能和质量、高度有关：质量越大、高度越高，重力势能越大：

（5）实验方法：控制变量法、转换法。

【典例8】用“模拟打桩”来探究物体重力势能的大小与哪些因素有关，物体的质量小尸庾：侬。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UL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：物体重力势能的人小与物体被举的高度有关。

m.,

3：

题型五：探究弹性势能大小的影响因素

【典例9］小江同学利用一个弹珠、三根材料和厚度相同、长宽不同的橡皮条，探究“橡皮条的弹性

势能与长度、宽度的关系。”他依次将橡皮条固定在弹弓上，如图所示，在弹性范围内，拉伸相同的伸长

量，将弹珠在同一位置沿水平方向弹射出去，测得弹射的水平距离，数据如下表:

次数橡皮条橡皮条宽度/cm橡皮条长度/cm弹射的水平距离/cm

1Q0.5020.0010.10

2b0.5030.008.20

3C1.0020.0014.00

请回答以下问题:

（1）实验中，是通过比较来间接反映橡皮条的弹性势能大小。

（2）比较第1次和第2次实验可知，拉伸相同的伸长量，橡皮条的弹性势能与橡皮条的有

关,

（3）比较第1次和第3次实验可知，拉伸相同的伸长量，橡皮条的弹性势能还与橡皮条的有

关,

（4）用同种材料同厚度的橡皮条，拉伸相同的伸长量，弹性势能最小的橡皮条是

A.窄而长的8.宽而长的C.宽而短的D窄而短的

（5）在此实验中用到了两种物理方法分别是______和

易错I.功和能的关系；

清单2.判断动能与势能的变化

★易错预警1:功和能的关系

物体能够对外做功，说明这个物体具有能量。物体能够对外做功是指这个物体具有做功的本领，由于

所处的条件不同，物体可能正在做功，也可能没有做功，但只要它能够做功，就具有能量。

功是过程量，它和一段位移（一段时间）相对应；而能量是状态量，它和一个时刻相对应。做功的过程

是能量转化的过程，功是能量变化的量度。

【典例10］（多选）关于功和能的关系，下列说法正确的是（）。

A.物体做的功越多，说明物体具有的能量越多；

B.一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能量；

C.功是能量变化的量度，做多少功，就有多少能量发生了转化；

D.功就是能，能就是功，二者没有区别

★易错预警2：判断动能和势能的变化

分析动能或重力势能的大小变化的关键是明确它们大小的决定因素，弄清速度、高度、质量是变还是

小变，如何变等。

判断物体动能的变化时要同时考虑物体的质量和速度大小的变化；判断物体重力势能的变化时要同时

考志物体的质量和高度