动能和势能

一、动能和势能

1．能量：一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能。

解读：①能量表示物体做功本领大小的物理量；能量可以用能够做功的多少来衡量。

②一个物体“能够做功”并不是一定“要做功”也不是“正在做功”或“已经做功”如：山上静止的石头具有能量，但它没有做功。也不一定要做功。

2．动能：物体由于运动而具有的能叫动能。重力势能：物体由于被举高而具有的能。弹性势能：物体由于发生弹性形变而具的能。

运动物体的速度越大，质量越大，动能就越大；物体质量越大，被举得越高，重力势能就越大；物体的弹性形变越大，它的弹性势能就越大。

二、探究决定动能大小的因素：

①猜想：动能大小与物体质量和速度有关；

②实验研究：研究对象：小钢球  方法：控制变量；

如何判断动能大小：看小钢球能推动木快做功的多少；

如何控制速度不变：使钢球从同一高度滚下，则到达斜面底端时速度大小相同；

如何改变钢球速度：使钢球从不同同高度滚下。

③分析归纳：保持钢球质量不变时结论：运动物体质量相同时；速度越大动能越大；

保持钢球速度不变时结论：运动物体速度相同时；质量越大动能越大。

④得出结论：物体动能与质量和速度有关；速度越大动能越大，质量越大动能也越大。

一．选择题（共14小题）

1．在排球比赛中，小明把排球竖直向上抛出，排球在运动中动能Ek随时间t变化的图象最接近的是（　　）

A． B． 

C． D．

2．屹立在山上的巨石给人以危险的感觉，原因是它具有较大的（　　）

A．重力 B．高度 C．动能 D．重力势能

3．如图所示，在粗糙轨道上，小球在A点静止释放，到达最高点D，小球经过A点、B点和D点的动能分别是EA、EB和ED，以下说法正确的是（　　）

A．EA＞EB B．EA＝EB C．EA＞ED D．EA＝ED

4．我国最新研制的“复兴号”列车，实验的最高时速超过400km/h，下列说法错误的是（　　）

A．它和普通列车相比，动能不一定大 

B．路旁的树相对于高速行驶的列车是运动的 

C．静止在水平桌面上的杯子所受的重力和它对桌面的压力是一对平衡力 

D．列车匀速行驶时，同车厢的乘客看到竖直向上跳起的人落回原处

5．两个完全相同的篮球，表面涂黑，从不同的高度自由下落至同一地面，在地面上留下如图所示的黑色圆斑，关于初始时篮球的重力势能，下列说法正确的是（　　）

A．落在a处的初始重力势能大 

B．落在b处的初始重力势能大 

C．两个一样大 

D．无法比较大小

6．下列动物飞行过程中，如果它们的飞行高度相同，重力势能最大的是（　　）

A．麻雀 B．鸽子 C．乌鸦 D．老鹰

7．原长为L的橡皮筋一端固定在O点，另一端悬挂一个小钢球，将钢球从O点静止释放，钢球运动到A点后开始向上返回，O、A两点间距为2L。下列图中，能反映钢球从O点运动到A点的过程中（设小球在A点时重力势能为0），小球动能与势能随运动距离变化的关系图象分别依次是（　　）

A．②和⑤ B．⑤和③ C．①和③ D．②和④

8．图甲：水平桌面上放有一内壁光滑的竖直圆筒，筒底固定一根轻质弹簧；图乙：小球静止在弹簧上时位于A点；图丙：小球下压至B点后释放，小球竖直向上运动并从筒口射出。关于这个过程有下列描述（　　）

①图乙中A点：小球重力大小等于弹簧的弹力大小

②图乙中A点：小球重力大小大于弹簧的弹力大小

③释放后，小球开始运动到脱离弹簧的过程中动能一直增大

④释放后，小球开始运动到脱离弹簧的过程中动能先增大后减小

上述描述正确的是（　　）

A．①和④ B．①和③ C．②和③ D．②和④

9．大明驾驶大货车在高速公路以110km/h的速度匀速行驶，因超速受到处罚。大明很不解：“同样的高速公路，为什么小车的限速为120km/h，而大车的限速却为100km/h呢？”小明认为高速公路上这样的限速是符合物理学原理的，理由是（　　）

A．物体的动能跟速度和质量有关 

B．物体的重力势能跟速度和质量有关 

C．物体对水平路面的压强跟速度和质量有关 

D．物体受到水平路面的摩擦力大小跟速度和质量有关

10．仔细观察如图所示的交通标志牌提供的信息，提出一个有价值且可探究的问题，下列最合适的是（　　）

A．为什么不同的汽车最高限速是不一样的？ 

B．汽车的质量与它的最高限速之间有什么关系？ 

C．汽车的动能与它的质量和速度有什么关系？ 

D．物体的动能与它的质量和速度有什么关系？

11．如图所示，是重物打木桩的示意图，把相同的三个木桩a，b，c插入沙中同一深度，让同一重物从不同高度打击a，b，再用较大质量的重物从与打击a的重物相同高度打击c，木桩被打入沙中不同深度，下列分析错误的是（　　）

A．比较a和b，说明质量相等的物体被举得越高，具有的重力势能越大 

B．比较b和c，说明质量越大的物体，具有的重力势能越大 

C．比较a和c，说明在同一高度处，质量越小的物体具有的重力势能越小 

D．木桩被打入沙中越深，说明物体对木桩做的功越多

12．在粗糙程度相同的水平面上，手推木块向右压缩轻质弹簧至图甲所示位置；松手后，木块最终静止在图乙所示位置。下列说法正确的是（　　）

A．如图甲，弹簧被压缩过程中，长度变短，弹簧的弹性势能减小 

B．木块被弹簧弹离的瞬间，如果它受到的力全部消失，木块将做匀速直线运动 

C．木块从被弹簧弹离至最终静止的过程中，速度减小，惯性减小 

D．图乙中，木块对水平面的压力和水平面对木块的支持力是一对平衡力

13．汽车超速行驶会造成严重的交通事故，快速行驶的汽车能将行人撞飞，这是因为（　　）

A．汽车具有较大的势能 B．汽车受到重力 

C．汽车具有较大的内能 D．汽车具有较大的动能

14．下列的物品中，不是利用弹性势能工作的是（　　）

A．家用机械摆钟 

B．玩具“上发条”式的蹦蹦跳青蛙 

C．电动飞机模型 

D．跳水运动员脚下的跳板

二．填空题（共7小题）

15．说明下列物体各具有哪种形式的机械能：

（1）水平路面上行驶的汽车具有　   　

（2）正在拉长的弹簧具有　   　

（3）飞流直下的瀑布具有　   　

16．甲、乙是两个完全相同的篮球。如图所示，在同一高度同时以大小相等的速度，将甲球竖直向上抛出、乙球斜向上抛出，不计空气阻力。乙球到达最高点时的动能　   　（填“大于”或“等于”）零，甲球落地时速度　   　（填“大于”、“等于”或“小于”）乙球落地时速度。

17．如图所示是“无人机”为隔离人员运送物资的情景。无人机下降时，以地面为参照物，无人机是　   　的（选填“运动”或“静止”）；下降过程中，其重力势能　   　，惯性　   　（选填“增大”、“不变”或“减小”）。

18．如图所示，一根不可伸长的细绳一端固定在O点，另一端系一小球，O点的正下方固定有一根钉子P．位置1在O点的正下方，位置3与A点等高，位置5是A与l之间的某点，位置2是l与3之间的某点，位置4是高于3的某点。不考虑空气阻力，小球从A点静止释放，则小球第一次过位置l后最高能到达位置　   　，此时小球动能　   　零（填“＜”、“＝”或“＞”），受　   　（“平衡力”或“非平衡力”）A到1之间绳子对物体的拉力做功　   　零（填“＜”、“＝”或“＞”）。

19．如图是某同学利用易拉罐所做的两个实验，请分析回答：

（1）如图甲，让易拉罐从同一斜面上不同高度静止滚下，碰到相同位置的同一木块上。此实验的目的是研究动能的大小与　   　的关系。

（2）如图乙，将装有少量水的易拉罐加热后倒立在装有冷水的水槽中，易拉罐内的水蒸气发生　   　，使得罐内的气压减小，易拉罐在大气压的作用下发生形变。

20．如图所示，当蹦床运动员上升到最高处时具有　   　能；当她从高处落下，与蹦床接触的过程中，蹦床表面发生　   　，而获得　   　能。

21．骑车上坡前，小兴用力猛蹬自行车的目的是　   　，其惯性将　   　（选填“变大”、“变小”或“不变”）。

三．实验探究题（共2小题）

22．在探究“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验中，小明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，然后与放在水平桌面上的纸盒相碰，铁球与纸盒在水平面上共同移动一段距离后静止。

（1）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。下面的三个实例中也采用这种研究方法的是　   　。

A．卢瑟福建立原子的核式结构模型     B．用磁感线来描述磁场

C．探究电功大小与哪些因素有关时，通过小灯泡的亮度来判断电流做功的多少

D．探究压力作用效果与压力大小有关时，在桌面上增减砝码都要保证桌腿向下压在沙中

（2）比较　   　两次实验可以得出的结论：当速度相同时，质量越大，物体的动能越大。

（3）若桌面过于光滑，则　   　（选填“更利于”、“不利于”）探究得出结论。

（4）三次实验中，铁球与纸盒一起在水平面上滑行的过程中克服摩擦力做功　   　（选填“相等”或“不相等”）。

（5）实验结束后，该同学拿走纸盒，先后将同一小球从同一斜面的不同高度处静止释放，记录小球在相同表面上滑行到静止的距离，如图丁所示，根据此现象，小刚得出了动能与速度有关的结论。你认为该同学实验方案是否合理　   　（选填“合理”或“不合理”）。

23．小夏同学在体育活动中，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：

（1）本实验中，采用的研究问题的方法是　   　和　   　法。

（2）本实验中，铅球的重力势能大小是通过　   　来反映的。

（3）为验证猜想二，应比较　   　和　   　（填实验序号），得到的结论是：当物质量相同时，高度越高，重力势能越　   　（选填“大”或“小”）。

（4）比较①②，可以验证猜想　   　（选填“一”、“二”或“三”）

（5）比较③④，得到的结论是　   　。

（6）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，g＝10N/kg）