人教版八年级物理下册第十一章讲义：第3节 动能和势能

第3节动能和势能

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知识点1.能量

A^知识讲练知识点2.动能

知识点3.势能

B、综合练习

A知识讲练

霏知双点1能量

i.分析做功的实例

湍急的流水推动水车飞行的子弹击碎灯泡拉开的

弓将箭射出

分析：流动的水对水车做了功；飞行的子弹对木桩做了功；拉开的弓定箭

做了功。

探究归纳：上述实例的共同特点是物体对外做了功。

2.能量

（1）概念：物体能够对外做功，就说这个物体具有能量，简称能。上述事

例中，流动的水、飞行的子弹、拉开的弓都具有能量。

（2）能量的单位：能的单位与功的单位相同，都是焦耳（J）。

（3）理解能量

①能量的实质：物体做功的过程就是能量的转化过程。功是能量变化的量

度，一个物体能够做的功越多，说明该物体具有的某种能量转化为其它的形式

的能量就越多，即表示这个物体的能量越大。

所以能量是表示物体做功本领的物理量。

②理解“能够对外做功”：物体能够对外做功并不等同干正在做功°有能

量的物体不一定做功,但能够做功的物体一定有能量（均选填“一定”或“不

一定”）。例如：被举高的重锤在空中静止，它虽然没有做功，但当它下落

时，可将木桩打入地下而做功，所以被举高的重锤具有做功的本领，即具有能

量。

【例题】下列关于能量的说法正确的是（）

A.做功的物体具有能量，不做功的物体没有能量

B.做功多的物体能量就多

C.能够做功的物体具有能量

D.能量多的物体所做的功一定就多

【答案】C

【详解】A.能量是物体“能够做功”的本领，不做功的物体也可能具有能

量（如静止在高处的物体具有重力势能，只是未做功），故A错误；

B.做功多的物体，可能是能量转化得多，但不能直接说明其本身能量多

（例如一个能量少的物体持续做功，也可能累计做功较多），故B错误；

C.能量的定义是“物体能够做功的本领”，因此能够做功的物体具有能量，

故C正确；

D.能量多的物体不一定做功多（例如具有大量能量的物体未对外做功），

做功多少还与能量转化的情况有关，故D错误。

故选C。

【练习1）力和运动、功和能量是物理学的核心概念，它们之间存在着密

切的联系。关于力和运动、功和能量之间的关系，下列说法错误的是（）

A.运动的物体一定具有能量B.物体受到力的作用，力一定对物体做功

C.做功的本质是能量的转化D.功和能量的单位都是焦耳

【答案】B

【详解】A.物体由于运动而具有的能量叫动能，运动的物体具有动能，

故A正确，不符题意；

B.有力作用在物体上，如果物体没有在力的方向上通过一定的距离，则

力没有对物体做功，故B错误，符合题意；

C.做功是能量转化的重要途径，它不仅反映了力的空间累积效应，也是

能量守恒和转化定律的具体休现，通过做功，各种能量形式之间得以相互转

化，故CiE确，不符合题意;

D.为纪念焦耳在热学和能量研究领域取得的卓越成就，物理量以其名字

命名功和各种能量的基本单位，故D正确，不符合题意。

故选B。

II知识点2动能

1.动能

（1）问题探究：运动的物体是否具有能?

台风刮跑物体泞收的汽车火箭升空

分析：台风、汽车、火箭都在运动，都能够做功，所以具有能量。

探究发现：运动的物体具有能。

（2）动能：物体由于运动而具有的能量，叫作动能。

物体的动能越大，它能对其他物体做的功就越多。一切运动的物体都具有

动能。例如，空中飞行的飞机、地上行驶的汽车、河水的流动等。

2.研究物体的动能跟哪些因素有关

【实验思路】

（1）如下图所示，钢球A从高为〃的斜槽上滚下，在水平面上运动，运动

的钢球A碰到木块B后，能将B撞出一段距离s。在同一水平面上，木块B被撞得

越远，钢球A对B做的功就越多，A的动能越大。

（2）实验方法

①转换法：通过被撞物体运动的距离s来反映动能的大小。

②控制变量法：在探究动能大小可能与物体运动速度、物体质量有关时，

每次实验这两个变量只能变化一个。

【进行实验】

（1）探究动能大小与速度的关系

①控制钢球的质量〃7不变。

②让同一钢球A分别从不同的高度由静止开始滚下，撞击木块B。

③观察并测量木块被撞出的距离5。

④实验记录表

推动木块的距离

次数质量/n/kg高度/?/cm

s/cm

10.110

20.115

3().12()

（2）探究动能大小与质量的关系

①控制速度不变，即固定钢球在滑槽上的释放位置的高度人

②改变钢球的质量〃2。

③观察并测量木块被撞出的距离S。

④实验记录表

高度推动木块的距离

次数质量m/kg

h/cms/cm

1().11()

20.210

30.310

【分析与论证】

探究（1）中：钢球质量相同，钢球达到斜面底端的速度越大，木块被撞击

滑行的距离越远。说明：钢球的动能大小与速度有关，质量相同时，速度越

大，动能越大。

探究（2）中：钢球达到斜面底端速度相同时，钢球质量越大，木块被撞击

滑行的距离越远，说明：钢球的动能大小与质量有关，速度相同时，质量越

大，动能越大。

【实验结论】大量实验表明：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。

【交流与讨论】

（1）使钢球获得动能的方法：将钢球由斜面某一高度静止释放（重力势能

转化为动能）。

（2）将钢球放在斜面上同一高度处静止释放的目的：控制钢球达到斜面底

端时具有相同的初速度（钢球的速度与质量无关）。

（3）将质量相同的钢球由斜面上不同位置静止释放的目的：改变钢球达到

斜面底端时的初速度。

（4）水平面绝对光滑时对实验的影响：钢球撞击木块后木块移动的距离无

法确定，钢球动能的大小无法比较。

（5）实验改进：木块被撞后滑出木板的解决办法：换质量更大的木块，或

换质量更小的钢球，或换更长的木板。

（6）实验结论的应用：生活中超载、超速问题（超速时的速度大，超载时

的质量大，则动能大，危险性大）。

3.与动能有关的现象及解释

某段道路的标示牌显示：小型客车最高行驶速度不得超过100km/h；大型客

车、载货汽车最高行驶速度不得超过80km/h。请利用物理知识解释，为什么要

对机动车的最高行驶速度进行限制？为什么在同样的道路上，对不同车型设定

不一样的最高行驶速度？

分析：同一辆汽车，质量不变，速度越大，具有的动能越大,危害性大。

所以限制机动车的最高行驶速度才能保证机动车行驶的安全性。

车型不同，载重量不同（质量不同），如果载货车与小汽车的行驶速度相

同，由于载货车的质量大，具有的动能太，则刹车时滑行的距离长，危害性

大。所以质量大的大型货车最高行驶速度要小些（均选填“大”或“小”）。

【例题】国产大型客机C919质量较大，五代战机歼-20质量较小，如果

它们同时在空中飞行，且动能相等，那么（）

A.战机比客机飞得快B.客机比战机飞得快

C.战机与客机飞得一样快D.两者速度大小无法比较

【答案】A

【详解】动能的大小与物体的质量和速度有关，由题意可知，客机C919

和战机歼-20的动能相等，由于战机歼-20的质量小于客机C919,则战机歼-20

的速度大于客机C919c故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。

【练习1】为了研究汽车超载和超速带来的安全隐患，小明同学利用如图

所示装置探究物体动能大小与哪些因素有关。

T戊

（1）本实验所探究物体的动能是指（选填“小球”或“木

块”）的动能，实验中通过观察反映该物体碰撞时的动能大小；

（2）如图甲、丙所示，同一小球从同一斜面的不同高度由静止释放，观察到

甲图中木块被推出的距离较远，由此可得到的结论是；当质量一定时,

，物体的动能越大。图丁、戊两个交通标志中，图运用到了该

结论。

【答案】（1）小球；木块被推动的距离；（2）速度越大；丁

【详解】（1）本实验所探究物体的动能是指小球的动能。因为实验是让小

球从斜面上滚下撞击木块，研究的是小球具有的动能情况。

实验中运用转换法，通过观察木块被撞击距离的远近来表示该物体碰撞时

的动能大小。

（2）如图甲、丙所示，同一小球从同一斜面的不同高度由静止释放，小球

的质量相同，到达水平面的速度不同，甲图中，小球到达水平面的速度大，撞

击木块后，木块移动的距离长，可以得到结论：当质量一定时，速度越大，物

体的动能越大。

当质量一定时，速度越大，物体的动能越大。根据结论，在交通安全中，

需要对汽车进行限速，图丁是限速的标志，图戊是限载的标志，所以丁图运用

到了该结论。

【练习2】物理课本中给出了一些物体的动能，如下表所示.请你根据表

中的数据和所学的相关物理知识推断：

行走的牛160J

人骑自行车800J

步枪子弹出膛时5xlO3J

（1）在质量和速度这两个物理量中，对动能影响较大的是（选填

“质量”或“速度”）。

（2）物体的动能（E）与物体的质量（，〃）和运动速度（口的定量关系，你

认为下面的选项正确的是（选填字母）c

E=-mv2

A.E=〃川B.E=C.2

【答案】（1）速度；（2）C

【详解】（1）通过对比表格中的数据可知，行走的牛质量大、速度小，动

能为160J；人骑自行车质量比牛小很多，但速度比牛大,动能达到800J：步枪

子弹质量极小，但速度极大，动能达到5x10」，因此从这些数据能看出，速度

的变化对动能的影响比质量更显著。

（2）A.E=〃n，表示的是动能和速度是正比关系，不符合“速度影响更显

著'’的特点，故A错误；

B.根据五二闹可以看出动能随速度增长得更慢，故B错误；

E=-inv2

C,根据2可以看出动能和速度的平方成正比，速度稍微增大一点，

动能就会大幅增加，故C正确。

故选C。

知识点3势能

1.重力势能

(1)定义：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，叫作重力势能。

(2)决定重力势能大小的因素

【设计并进行实验】

探究一：探究重力势能的大小与高度的关系

让同一物体分别从不同的高度由静止下落，观察桌腿在沙坑下陷的深度。

一不同的高陈

探究二：探究重力势能大小与质量的关系

让质量不同的物体分别从同一高度由静止开始下落，观察桌腿在沙坑下陷

的深度。

【分析与论证】

探究一中：同一物体从不同高度的位置下落时，桌腿在沙坑下陷的深度不

同；高度越高，桌腿在沙坑下陷的深度越大。说明：质量相等的物体，位置越

高，重力势能越大。

［由面商

探究二中：质量不同的物体从同一高度下落时，质量越大，桌腿在沙坑下

陷的深度越大。说明：位置高度相同时，物体的质量越大,重力势能越大。

6。由

【实验结论】大量实验表明：物体的重力势能与物体的质量和位置有关，

质量越大，位置越高，它的重力势能就越大。

2.弹性势能

（1）现象探究：物体发生弹性形变与做功

运动员在参加射箭比赛时，拉弯的弓能将箭射出；蹦床比赛中，运动员可

以“跳”的很高。

射箭蹦床

分析：被拉弯的弓和发生形变的蹦床可以把箭射出去、把人弹起，弓和弹

簧能够对外做功，说明他们具有能量。共同特点：发生弹性形变的物体具有能

量。这种形式能量的产生是由于发生弹性形变的物体在恢复形变时可以做功，故

具有能量。

（2）弹性势能：物体由于发生弹性形变而具有的能叫作弹性势能。例如,

发生形变的网球拍能将网球弹出，具有弹性能量。

（3）影响弹性势能大小的因素

图甲中橡皮筋的形变越大，“子弹”被弹射得越远；图乙中弹簧的形变越

大，小车被弹得越远。事实表明，弹性形变越大，物体的弹性势能就越大。

甲用弹弓弹射“子弹”口压缩的弹簧弹开小车

大量实验表明：影响弹性势能大小的因素是物体本身的材料和弹性形变的

程度。在材料相同时，物体的弹性形变越大,它具有的弹性势能就越大。

3.势能：重力势能和弹性势能统称为势能。

【例题】某实验小组在探究“重力势能的大小与哪些因素有关”，利用实验

小桌、箱体透明的沙箱、质量不同的重物4和B（%<外）,让重物从高史落

下，撞击小桌，实验现象如图甲、乙、丙所示。

囚........匚.......国

（1）本实验是通过观察来比较重物重力势能的大小。

（2）比较甲、乙可知，物体的重力势能与物体所处的有关。比较

可知，物体的重力势能与物体的质量有关。相同条件下，物体的质量

越大，重力势能越________o

（3）高空抛物是非常危险的违法行为，请从本实验探究及能量转化的珀度分

析，为什么一枚质量较小的鸡蛋，从十几层楼的高空落下，也会造成严重的伤

害？__________

【答案】（1）桌腿陷入沙子的深度；（2）高度；甲、丙；大；（3）见解析

【详解】（1）在该实验中，重物重力势能的大小无法直接观察，通过观察

桌腿陷入沙子的深度来间接比较重物重力势能的大小，桌腿陷入沙子越深，说

明重物的重力势能越大，这运用了转换法。

（2）比较甲、乙，重物都是A,质量相同，重物所处的高度不同，桌腿陷

入沙子的深度不同，所以物体的重力势能与物体所处的高度有关；

要探究物体的重力势能与物体的质量有关，需要控制高度相同，质量不

同，甲、丙中重物高度相同，质量不同（〃〃<%）,所以比较甲、丙可知物体

的重力势能与物体的质量有关；

由实验现象可知，相同条件下，物体的质量越大，桌腿陷入沙子越深，即

重力势能越大。

(3)从十儿层楼的高空落下的鸡蛋，所处高度很高，根据重力势能大小与

高度的关系，高度越高，重力势能越大；鸡蛋下落过程中，质量不变，高度降

低，速度增大，重力势能转化为动能，到达地面时动能很大，所以即使鸡蛋质

量较小，也会造成严重的伤害。

【练习1】高空抛物属于违法行为，将一枚50g的鸡蛋从不同高度抛二对

人体造成的伤害程度如图所示。下列有关说法错误的是()

二

三

一=

三

三

R一l

三s

=二n

s三

三

=二s

s25楼当场死亡

二

=二

三si

=三

s三

三±

-二

三s

=^三楼砸碎头骨

18

』

二s

±|

二鸡蛋

s二

050g

:,===

二

二

一

±s图w

一

=±-出

二

二s

出8楼头皮破损

三

二

±二

图

二

±二f

54楼头顶肿包

A.鸡蛋在下落时，重力势能减小，动能增大

B.考虑空气阻力，若鸡蛋在下落时所受合力方向向下，大小为0.4N,则

鸡蛋所受的空气阻力约为0.1N

C.由图可知，质量相同的鸡蛋，高度越高，重力势能越小

D.鸡蛋从8楼抛下到达地面时，重力做的功约为10J

【答案】C

【详解】A.鸡蛋在下落时，质量不变，高度降低，速度增大，重力势能

减小，动能增大，故A正确，不符合题意；

B.考虑空气阻力，若鸡蛋在下落时所受合力方向向下，大小为0.4N,则

鸡蛋所受的空气阻力约为广G-七=50x1(J，kgx10N/kg-0.4N=0.1N

故B正确，不符合题意；

C.由图可知，质量相同的鸡蛋，高度越高，对人体产生的伤害越大，即

对人做的功越多，说明质量相同的鸡蛋，高度越高，重力势能越大，故C错

误，符合题意；

D.鸡蛋从8楼抛下到达地面时，重力做的功约为

W=Gh=5OX10’kgx1ON/kgx7x3m=1051

接近1（）J,故D正确，不符合题意。故选C。

【练习2】如图甲是小朋友在玩跳跳杆，当用力下压后，人随着杆一起向

上运动；向下压力越大，人和杆反弹得越高，小明发现跳跳杆是利用弹簧的反

弹上升的。他决定“探究弹簧的弹性势能与什么因素有关”，他找来三根完全

相同的弹簧，光滑程度相同的长木板（一端都有可固定挡板），三块完全相同

的方形木块、刻度尺等，按照图乙所示组装进行实验。

甲乙

（1）由图乙可知，该实验中是通过_________来比较弹簧弹性势能的大小；

（2）通过比较三次实验中51、52、S3的大小,可以得出:弹簧弹性相同时,

弹簧的弹性势能与有关。

【答案】⑴木块移动的距离；（2）弹簧形变量

【详解】（1）弹性势能的大小无法直接测量，实验中采用“转换法”，

通过观察弹簧将木块弹开的距离远近来间接反映弹簧弹性势能的大小，木块被

弹开得越远，说明弹簧的弹性势能越大。

（2）三次实验使用的是完全相同的弹簧，弹性相同，但弹簧被压缩的程度

不同，形变量不同，通过比较木块被弹开的距离$1、$2、S3可得出：弹簧弹性相

同时，形变量越大，弹性势能越大，即弹性势能与弹簧的形变量有关。

B综合练习

1.某县在县医院举行航空医疗救援开通仪式暨直升机医疗应急转运演练。

如图所示，工作人员将“伤员”送上直升机，直升机载着“伤员”加速升空的过

程中，下列有关“伤员”的说法正确的是（）

A.动能增大，重力势能减小B.动能减小，重力势能增大

C.动能和重力势能都减小D.动能和重力势能都增大

【答案】D

【详解】动能的大小与物体的质量和速度有关，重力势能的大小与物体的

质量和高度有关。直升机载着“伤员”加速升空，“伤员”的质量不变,速度

增大，高度增加，因此“伤员”的动能增大，重力势能也增大。故D正确,ABC

错误。故选D。

2.正在飞行的A、B两架飞机具有相同的重力势能，日"?则

A.A飞机飞得快B.A飞机飞得慢

C.A飞机飞得高D.A飞机飞得低

【答案】D

【详解】重力势能的大小与质量、高度有关。质量相同，高度越高,重力

势能越大；高度相同，质量越大，重力势能越大V因此如果正在飞行的A、B

两架飞机具有相同的重力势能，且%>〃％,则故ABC不符合题意，D

符合题意。

故选D。

3.如图是某大桥上的交通标志牌。对通过大桥的车辆限速与限重，是因为

当车辆质量过大，速度过快时，车辆会有较大的（）

A.动能B.重力势能C.弹性势能D.内能

【答案】A

【详解】物体由于运动而具有的能叫动能，动能大小与物体的质量和速度

有关。车辆质量过大，速度过快时，车辆会有较大的动能，发生事故时破坏性

较大，所以对通过大桥的车辆限速与限重。

故选A。

4.《中华人民共和国民法典》中规定：“禁止从建筑物中抛掷物品”。生

活中我们要杜绝“高空抛物”这种严重危害公共安全的行为。“高空抛物”危

害性大是因为高处的物体具有很大的()

A.动能B.重力势能C.重力D.弹性势能

【答案】B

【详解】物体由于被举高而具有的能叫重力势能，重力势能与物体的质量

和高度有关，质量越大，高度越高重力势能越大，物体从高处落下，转变成的

动能越大，危害越大。所以“高空抛物”危害性大是因为高处的物体具有很大

的重力势能。故B符合题意，ACD不符合题意。故选B。

5.用如图所示的装置探究动能大小与速度的关系，卜列小球说法正确的是

()

A.将不同质量的小球从斜面的同一高度由静止开始释放

B.木块在滑行过程中受到的摩擦力逐渐减小

C.木块静止时所受弹力是由木块下表面形变产生的

D.若水平面绝对光滑，实验不能达到探究目的

【答案】D

【详解】A.将不同质量的小球从斜面的同一高度由静止开始释放，控制

小球的质量不同，速度相同，因此探究的是动能大小与质量的关系，故A错

误；

B.木块在滑行过程中对水平面的压力不变，接触面的粗糙程度不变，木

块受到的滑动摩擦力不变，故B错误；

C.木块静止时所受的弹力是地面施加的，是由于地面在恢复形变时对木

块产生的，所以发生形变的是地面，故c错误;

D.根据牛顿第一定律，若水平面绝对光滑，木块被撞击后，木块在水平

方向上不受外力，所以将做匀速直线运动，因此无法比较木块滑行的距离，就

不能通过木块被撞击后移动的距离大小来比较小球的动能大小，从而不能达到

探究目的，故D正确。

故选D。

6.我国高速公路总里程位居世界前列，为探究高速公路上超速和超载的危

害，小明设计了图示三次实验，实验中球体积均相同，同一弹簧的压缩量

片…,木块被撞后静止时的位置如虚线木块所示。根据上述实验可探究

()

;塑料就，块

铁球

A.超载的危害B.超速的危害

C,超速和超载的危害D.超速和超载都不可探究

【答案】B

【详解】乙、丙两次实验中，乙实验弹簧的压缩量较大，具有弹性势能较

大，转化为小球的动能也较大；两次实验中均为铁球，质量相同，所以乙实验

中铁球的速度较大，推动木块的距离也较大，可以探究超速的危害；要反映超

载的危害，应使小球的速度相同而质量不同；由题可知，塑料球和铁球质量不

同，但是甲、乙或甲、丙两组实验都不能控制两小球的速度相同，所以，不能

探究超载的危害。故B符合题意，ACD不符合题意。故选B。

7.一只垒球以某一速度飞向木栅栏，会被木栅栏弹回，而一辆汽车以相同

的速度撞向这个木栅栏，木栅栏会被汽车撞倒，这是因为汽车具有（）

A.较大的势能B.较大的动能

C.较大的弹性势能D.汽车车头前有保险杠

【答案】B

【详解】由题可知，汽车与垒球的速度相同，但汽车的质量却远远大于垒

球，所以汽车的动能远远大于垒球，故而产生不同的效果。故B符合题意，

ACD不符合题意。故选B。

8.探究重力势能与哪些因素有关时，小明将A、B、C三个钢球从不同高

度自由释放（小球质量%恤，下落高度%=%＜生）,都落在同样的水

平细沙面上。如图，实验发现A、B、C都使沙面凹陷，其中A使沙面凹陷最

深，B最浅，下列说法错误的是（）

ABCO

A.该实验采用了转换法，用沙面凹陷程度来反映重力势能大小

B.对比A、B两次撞击，可知物体的质量越大，重力势能越大

C.对比B、C两次撞击，可知物体被举得越高，重力势能越大

D.对比A、C两次撞击，无法探究重力势能的影响因素

【答案】C

【详解】A.实验中通过沙面的凹陷程度来反映重力势能的大小，沙面的

凹陷程度越大，说明重力势能越大，用到转换法，故A正确，不符合题意；

B.在探究重力势能大小与质量的关系时，应控制小球的高度相同，即可

以让不同质量的小球从同一高度下落，对比A、B两次撞击，可知物体的质量

越大，重力势能越大，故B正确，不符合题意；

C.对比B、C可知，小球的质量和下落的高度都不同，无法探究重力势能

的大小，故C错误，符合题意；

D.对比A、C可知，小球的质量和下落的高度都不同，不符合控制变量

的科学方法，故D正确，不符合题意。

故选C。

9.下图是一座高山的等高线图。小明从A处到达8处，下列分析第送的

是（)

A.小明在A处的重力势能比8处大

B.A处的大气压比8处小

C.水在4处的沸点比8处低

D.小明的质量为60kg,其重力所做的功为6xio'J

【答案】D

【详解】A.由图可知，4处海拔约2000m,8处海拔约1000m,因为A

处高度较大，小明在4处的重力势能较大，故A正确，不符合题意：

B.大气压随高度的增加而减小，A处比3处海拔更高，因此A处的大气

压比B处小，故B正确，不符合题意；

C.海拔越高，大气压越低，水的沸点随大气压降低而降低，A处海拔更

高，故A处的沸点比8处低，故C正确，不符合题意；

D.小明从A处到B处，下降的高度A/?=2000m-1000m=1000m

重力所做的功W=GAh=mgAh=60k^1ON/kgx1000m=6x105J

故D错误，符合题意。故选D。

10.把常用的按钮式圆珠笔笔尖朝上，笔尾诋在桌面用力按下后放手，它

会弹起很高。把它拆开后发现，它能弹起的原因是内部装有一根弹簧，如图甲

所示。图乙中，A为按下后放手的时刻，8为按下后弹簧恢复原长的时刻，C

为向上运动到最高点的时刻。弹簧的弹性势能在（选填“A”“8”或

“C”）点最大；圆珠笔在8-C的过程中，重力势能（选填“变

大”“变小”或“不变”）。

弹黄八/\

W

J

W

B

B

V

C

B

A

乙

甲

变大

A

】

【答案

势

弹性

大，

变越

，形

有关

程度

形变

弹性

体的

与物

大小

能的

性势

】弹

【详解

，

最大

程度

形变

短，

到最

压缩

簧被