2020八年級物理下冊 第十一章 功和機械能 11.3 動能和勢能精講精練（含解析）（新版）新人教版

專題11.3 動能和勢能 課前預習 1.物質(zhì)由于運動而具有的能叫做_動能_，一切運動的物體都具有動能。2.動能的大小跟_質(zhì)量_和_速度_有關：速度相同，物體的質(zhì)量越大，動能就越大；質(zhì)量相同，物體的速度越大，動能就越大。3.物體由于被舉高而具有的能叫做_重力_勢能。重力勢能的大小與質(zhì)量和被舉高的高度有關，高度相同，物體的質(zhì)量越大，重力勢能就越大；質(zhì)量相同，物體被舉得越高，重力勢能越大。4.物體由于彈性形變而具有的能叫做_彈性_勢能。彈性形變越大，物體的彈性勢能越大。知識點解讀與例題突破知識點1：動能1.定義：物體由于運動而具有的能，叫做動能。2.影響動能大小的因素：物體的質(zhì)量；物體運動的速度。物體的質(zhì)量越大，運動速度越大，物體具有的動能就越大?！纠}1】（2019湖南郴州）一架飛機在高空中水平勻速飛行，向災區(qū)投放救災物資。該飛機在此過程中（）A動能不變B動能減小C重力勢能不變D重力勢能增大【答案】B【解析】一架飛機在高空中水平勻速飛行，高度不變、速度不變，向災區(qū)投放救災物資時，飛機的質(zhì)量減小，所以飛機的動能和重力勢能都減小。知識點2：重力勢能1.定義：物體由于被舉高而具有的能，叫做重力勢能。2.影響重力勢能大小的因素：物體的質(zhì)量；物體被舉高的高度。物體的質(zhì)量越大，被舉得越高，具有的重力勢能就越大，單位是焦耳?！纠}2】小明同學在探究重力勢能的大小與什么因素有關時，提出了如下猜想：猜想一：物體的重力勢能與物體的質(zhì)量有關猜想二：物體的重力勢能與物體所在高度有關為了驗證上述猜想，他計劃利用小桌、沙子、質(zhì)量不同的鐵塊和刻度尺進行實驗：如圖所示，將小桌桌腿朝下放在平整的沙面上，把鐵塊從距桌面某一高度由靜止釋放，撞擊在桌面的中心部位，記錄桌腿進入沙子的深度。按上述方案進行實驗，其實驗數(shù)據(jù)如下表所示。實驗序號鐵塊質(zhì)量m/g鐵塊距桌面高度H/cm桌腿進入沙子的深度h/cm20201.920302.920403.830202.940204.1（1）實驗中通過比較_來判斷物體重力勢能的大?。唬?）為了驗證猜想一，需選擇表中_（填實驗序號）三組數(shù)據(jù)進行分析；（3）分析表中的實驗數(shù)據(jù)，可得出的結(jié)論是：_。【答案】桌腿進入沙子的深度     質(zhì)量相同的物體，高度越大，重力勢能越大【解析】（1）通過小明設計的實驗可以知道，他是通過比較桌腿進入沙子的深淺來比較重力勢能的大小的。桌腿進入沙堆越深說明物體做的功越多，它原來具有的重力勢能越大； （2）根據(jù)控制變量法，要驗證物體的重力勢能與物體的質(zhì)量有關，應控制物體的高度相同，改變物體質(zhì)量的大小，故小明要完成探究，需要找數(shù)個質(zhì)量不同的物體進行實驗； 故三組數(shù)據(jù)符合，所以應利用三組數(shù)據(jù)分析得出結(jié)論。 （3）比較表中的實驗數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)，高度相同，中桌腿進入沙子的深度更深，所以，中的物體具有重力勢能大，即可以得出的初步結(jié)論是：質(zhì)量相同的物體，高度越大，重力勢能越大。 知識點3：彈性勢能1.定義：物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能，叫做彈性勢能，單位是焦耳。2.影響彈性勢能大小的因素：物體發(fā)生彈性形變的幅度。物體的彈性形變幅度越大，彈性勢能就越大。【例題3】（2019山東臨沂）如圖是運動員參加射箭比賽時的場景，下列說法錯誤的是（）A.運動員將弓舉起的過程對弓做功B. 弓被拉的越彎產(chǎn)生的彈力越小C. 弓被拉的越彎彈性勢能越大D. 箭被射出說明力可以改變物體的運動狀態(tài)【答案】B【解析】A運動員將弓舉起的過程中，有力作用在弓上，弓在力的方向上通過了距離，所以做了功，故A正確； B弓屬于彈性物體，張弓射箭利用的是弓的彈性，弓被拉得越彎，彈性形變越大，產(chǎn)生的彈力越大，故B錯誤； C在弓的彈性限度內(nèi)，弓的彈性勢能與弓的形變有關，弓拉得越彎，彈性形變越大，弓的彈性勢能越大，故C正確； D箭被射出說明力可以改變物體的運動狀態(tài)，故D正確。 習題精練一、選擇題1（2019山東威海）關于課本中的力學實驗，下列說法錯誤的是（）A“探究影響滑動摩擦力大小的因素”實驗，可用小車代替木塊B“探究二力平衡的條件”實驗，將小車轉(zhuǎn)動一定角度是為了探究小車處于平衡狀態(tài)時二力是否在同一條直線上C“探究阻力對物體運動的影響”實驗，小車受到阻力越小，小車速度減小得越慢D“探究動能的大小與哪些因素有關”實驗，木塊被小車推得越遠，說明小車動能越大【答案】A【解析】A探究影響滑動摩擦力大小的因素”實驗中，若用小車代替木塊，變滑動為滾動，減小了摩擦力，從而對測量摩擦力大小帶來了困難，A錯誤；B“探究二力平衡的條件”實驗，將小車轉(zhuǎn)動一定角度，小車在水平方向上受到兩個力不在同一直線上，是為了探究小車處于平衡狀態(tài)時二力是否在同一條直線上，B正確；C由實驗現(xiàn)象可以看出：小車受的阻力越小，小車運動的路程越遠，速度減小得越慢，C正確；D“探究動能的大小與哪些因素有關”實驗，根據(jù)轉(zhuǎn)換法，木塊被小車推得越遠，說明小車動能越大，D正確。2（2019福建省）踢毽子是一項有益的休育活動。如圖，毽子某次被踢出后，豎直上升經(jīng)過某一位置時，毽子的動能和重力勢能分別為EK1和EP1下落經(jīng)過同一位置時，毽子的動能和重力勢能分別為EK2和EP2，則（）AEK2EK1BEK2EK1CEP2EP1DEP2EP1【答案】B【解析】毽子某次被踢出后，豎直上升經(jīng)過某一位置時，毽子的動能和重力勢能分別為EK1和EP1；下落經(jīng)過同一位置時，毽子的動能和重力勢能分別為EK2和EP2，由于此時的高度是相同的，質(zhì)量也相同，故重力勢能是相同的，即EP1EP2；毽子在上升、下落的過程中，由于存在摩擦，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，機械能減小，由于重力勢能是相同的，則EK1EK2；故B正確，ACD錯誤。3.下列物體具有動能的是（）A靜止不動的課桌 B掛在樹上的椰子C拉長了的橡皮筋 D正在行駛的汽車【答案】D【解析】本題考點是動能和勢能的概念機械能包括動能和勢能；物體由于運動而具有的能量叫動能；物體由于高度而具有的能量叫重力勢能；物體發(fā)生彈性形變而具有的能量叫彈性勢能A物體由于運動而具有的能量叫動能；靜止的課桌不具有動能；故A錯誤；B物體由于運動而具有的能量叫動能；掛在樹上的椰子是靜止的，不具有動能；故B錯誤；C物體由于運動而具有的能量叫動能；拉長的橡皮筋不具有動能，具有彈性勢能；故C錯誤；D物體由于運動而具有的能量叫動能；正在行駛的汽車具有動能；故D正確二、填空題4（2019山東省東營）某汽車在平直公路上由于行駛速度過快， 能大，危害性就大，為防止意外，汽車不能超速行駛。乘客必須使用安全帶，一旦發(fā)生碰撞，車身就停止運動，而乘客身體由于 會繼續(xù)向前運動造成傷害?！敬鸢浮縿樱粦T性?！窘馕觥浚?）汽車在平直公路上由于行駛速度過快，質(zhì)量不變，速度很大，動能很大，危害性很大，所以要控制車速。（2）汽車在行駛過程中，乘客和汽車一起運動，一旦發(fā)生碰撞，車身就停止運動，而乘客身由于慣性保持原來的運動狀態(tài)會繼續(xù)向前運動，容易造成傷害，所以乘客必須要系好安全帶。5.我國運動員吳敏霞與施廷懋在女子雙人三米板跳水比賽中，勇奪金牌，她們在下落過程中，重力勢能變，動能變【答案】??；大【解析】動能的大小與物體的質(zhì)量、速度有關；重力勢能的大小與物體的質(zhì)量、高度有關跳水運動員下落過程中，質(zhì)量不變，高度減小，所以重力勢能變??；同時其速度變大，所以動能變大6.如圖，兩個質(zhì)量不相等的實心鐵球甲和乙（m甲m乙）相距S，在無限長的光滑水平面上以相同的速度向右運動（空氣阻力不計）。則（選填“甲”或“乙”）球的動能大，（選填“甲”或“乙”）球的慣性大。隨著時間的延長，甲球 （選填“可能”或“不可能”）撞上乙球。甲 乙【答案】甲；甲；不可能。【解析】動能的大小與物體的質(zhì)量和速度有關。由題意可知，甲乙兩球的速度相同，甲的質(zhì)量大，所以甲的動能大；慣性的大小只與物體的質(zhì)量有關，甲的質(zhì)量大，所以甲球的慣性大。由于物體在光滑的水平面是以相同的速度運動，因此，甲乙之間的距離不會改變，兩球不可能相撞。7（2019湖北荊州）小麗同學在探究“彈簧彈力大小與形變量關系”時，發(fā)現(xiàn)同一根彈簧的彈力大小F與形變量x的比值k恒定。現(xiàn)小麗有兩根原長相等的彈簧1和2，已知k1：k21：2，當在兩根彈簧下分別掛同一物體靜止時，彈簧1和2伸長量分別為x1和x2，則x1：x2 。小麗通過查閱資料知道彈簧的彈性勢能Epkx2，此時彈簧1和2彈性勢能分別為Ep1和Ep2，則Ep1：Ep2 。小麗將彈簧1和2并聯(lián)懸掛一物體靜止時如圖甲，兩彈簧彈性勢能之和為Ep甲將彈簧1和2串聯(lián)懸掛同一物體靜止時如圖乙兩彈簧彈性勢能之和Ep乙，則Ep甲：Ep乙 。（已知如圖甲情況下懸掛重物時彈簧1和2伸長量相同，整個實驗中彈簧所受重力不計，且均處于彈性限度范圍內(nèi)。）【答案】（1）2：1；（2）2：1； （3）2：9?！窘馕觥績筛鶑椈?和2分別掛同一物體靜止時，彈力與重力是一對平衡力，大小相等，則有：F1F2G，由題意知，F(xiàn)kx，所以，x1：x2：2：1。由Epkx2得，彈簧1和2彈性勢能分別為：Ep1k1，Ep2k2，則有：Ep1：Ep2k1：k21×22：2×122：1。將彈簧1和2并聯(lián)懸掛一物體靜止時，則有：k1x1甲+k1x2甲G，并且x1甲x2甲，由以上兩式可解得：x1甲x2甲，則圖甲兩彈簧彈性勢能之和為：Ep甲k1+k2（）2（k1+k2）將彈簧1和2串聯(lián)懸掛同一物體靜止時，由GFkx得，x1乙，x2甲，則圖乙兩彈簧彈性勢能之和：Ep乙k1+k2k1（）2+k2（）2聯(lián)立化簡得，。三、實驗探究題8.（2019廣東深圳）如圖所示，甲圖是探究“阻力對物體運動的影響”的實驗裝置，讓同一小車從斜面上相同的高度由靜止滑下，在粗糙程度不同的水平面上運動。乙圖是探究“物體的動能跟哪些因素有關” 的實驗裝置，讓同一鋼球從斜面上不同的高度由靜止?jié)L下，碰到同一木塊上。請回答： （1）甲實驗中，小車在水平面上運動時，在豎直方向上受到的力有_和_；在水平 方向上受到摩擦力，且摩擦力越小，小車的速度減小得越_。從而可以推理：如果運 動的物體不受力，它將_。 （2）乙實驗中的研究對象是_（選填“鋼球”或“木塊”），實驗目的是探究物體的動能大小與_的關系。 【答案】（1）重力；支持力；慢；做勻速直線運動（2）鋼球；速度大小【解析】（1）甲實驗中，小車在水平面上運動時，在豎直方向上受到的力有：豎直向下的重力和豎直向上的支持力；在水平 方向上受到摩擦力，且摩擦力越小，小車的速度減小得越慢。從而可以推理：如果運動的物體不受力，它將做勻速直線運動；（2）乙實驗中的研究對象是鋼球，而木塊是反映鋼球動能大小的；“同一鋼球”的質(zhì)量相等，“不同高度”使鋼球的速度不同，因此探究的物體的動能與速度大小的關系。9.（2019湖南婁底）如圖是探究“物體的動能大小與哪些因素有關”的實驗裝置圖，其中，mA=mBmC，hA=hChB。 圖1圖2（1）實驗中，探究的動能是指_（填序號）A小球在斜面上的動能 B小球撞擊木塊時的動能C小球撞擊木塊后的動能 D木塊被小球撞擊的動能（2）使質(zhì)量相同的小球從斜面上不同高度處自由滾下，是為了研究動能大小與_的關系。（3）在做了探究“物體動能大小與哪些因素有關”的實驗后，有些同學對“質(zhì)量不同的小球從同一光滑斜面問一高度由靜止開始滾下，剛到達底部時的速度大小相等”有疑感，小明設計了如圖所示的實驗：讓質(zhì)量不同的小球A、C同時從同一高度由靜止開始沿光滑斜面滾下，觀察和比較兩球相對運動情況，若C球相對于A球_（選填“運動”或“靜止”），就可以說明任一時刻兩球的速度大小相等。表面毛巾棉布木板摩擦力最大較大最小小車運動距離最近較遠最遠（4）完成實驗后，同學們還聯(lián)想到以前學習牛頓第一定律時，也用到了斜面：讓同一小車從同一斜面的同一高度由靜止滑下，在三個不同的表面上能滑行的距離不同（如上表），小車在這三個表面上滑行的過程中克服摩擦力做功_（選填“相等”或“不相等”）【答案】（1）B；（2）速度；（3）靜止；（4）相等?！窘馕觥浚?）據(jù)題意可知，實驗中探究小球動能，即小球撞擊木塊時的動能的大小；故選B；（2）實驗表明動能的大小與物體的速度和質(zhì)量有關；使質(zhì)量相同的小球從斜面上不同高度處自由滾下，則小球到達水平面時的速度不同，所以，這是為了研究動能大小與物體速度的關系；（3）讓質(zhì)量不同的小球A、C同時從同一高度由靜止開始沿光滑斜面滾下，觀察和比較兩球相對運動情況，若任一時刻兩球的速度大小相等，即以任何一個小球為參照物，另一個小球都是靜止的，所以若C球相對于A球靜止，就可以說明任一時刻兩球的速度大小相等。（5）讓小車從同一高度由靜止下滑，根據(jù)決定重力勢能大小的因素可知，最初小車的重力勢能相同，下滑到水平面時的動能也相同，在不同的材料表面上運動時，最終停下來后，動能全部轉(zhuǎn)為內(nèi)能，克服摩擦力做了多少功就有多少動能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，所以，在三個表面克服摩擦力做功相等。10.相關資料表明，大部分重大交通事故是因為汽車超載超速造成的。興趣小組決定對超載超速問題進行一次模擬探究，經(jīng)討論后認為，可以用小球作為理想模型，代替汽車作為研究對象，如圖，將小球從高度為h的同一斜面上由靜止開始滾下，推動同一小木塊向前移動一段距離s后停下，完成甲、乙、丙三次實驗，其中h1=h3h2，mA=mBmC（1）把小球放在同一高度由靜止開始沿斜面滾下是為了控制相同。（2）實驗中超載超速帶來的危害程度用表示；（3）研究超載帶來的危害時，選擇甲、乙、丙三次實驗中的 進行比較；（4）為比較超載超速帶來的危害程度，興趣小組利用上述器材進行定量研究。得到數(shù)據(jù)如下表：小球質(zhì)量/克高度/厘米木塊滑動距離/厘米A10510B20518C30529D101038E101586請根據(jù)上表數(shù)據(jù)分析，貨車超載20%與超速20%兩者相比，潛在危害較大的是?！敬鸢浮浚?）速度；（2）小木塊移動的距離；（3）甲、丙；（3）超速20%?！窘馕觥勘緦嶒炛醒芯縿幽艽笮〉臎Q定因素時運用了控制變量法，反映動能多少時運用了轉(zhuǎn)換法。從圖中現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)質(zhì)量、速度的不同是此題的關鍵。實驗中通過控制小球滾下的高度來控制小球滾下的速度；動能的大小通過木塊被推動距離來表示；根據(jù)控制變量法來分析超載帶來的危害；分析表格數(shù)據(jù)得出結(jié)論。（1）把小球放在同一高度由靜止開始沿斜面滾下是為了控制小球到達斜面底端時的速度大小相等；（2）超載是指汽車的速度一定時，質(zhì)量越大動能越大，將木塊推動得越遠，說明動能越大，故實驗中超載超速帶來的危害程度用木塊被推動的距離來表示；（3）超載是指汽車的速度一定時，質(zhì)量越大動能越大，將木塊推動得越遠，說明動能越大，故需要需要高度相同，質(zhì)量不同的小球，圖中甲丙符合要求；（4）表格中對應的實驗數(shù)據(jù)可知速度對物體的動能影響更大，當超速20%發(fā)生交通事故時，由此造成的危害更嚴重。四、綜合能力題11（2019貴州貴陽）體育課上，小明在同一位置用相同的力多次將足球踢出，發(fā)現(xiàn)足球斜向上飛出的角度越大，球運動得越高，但并不能運動得越遠，這是什么原因呢？小明向老師請教，老師說：這是常見的一種拋體運動，將足球以一定的速度向斜上方踢出，足球所做的運動叫做斜拋運動，其運動軌跡如圖甲所示。足球起始運動方向與水平方向的夾角叫做拋射角，拋出點到落地點的水平距離叫做射程，射程與拋出速度和拋射角的大小有關。若不計空氣阻力，請回答下列問題：（1）足球的質(zhì)量是0.4kg，它受到的重力是多少？（取g = 10N/kg）（2）若足球從地面踢出時具有的動能是120J，踢出后能達至的最大高度是5m，足球在最高點時具有的動能是多少？（3）若足球的射程x與拋出速度v、拋射角之間滿足公式x=，當足球以20m/s的速度且與水平方向成45o角踢出，足球的射程是多少？（取g=10N/kg）（4）足球以30o拋射角踢出，其動能Ek隨水平位置S變化關系的圖像如圖乙所示。若該球在同一位置以60o拋射角且與前次大小相同的速度踢出，請你在答題卡的同一坐標中畫出此次足球的動能隨水平位置變化關系的大致圖像?！敬鸢浮浚?）它受到的重力是4N；（2）若足球從地面踢出時具有的動能是120J，踢出后能達到的最大高度是5m，足球在最高點時具有的動能是100J；（3）當足球以20m/s的速度且與水平方向成45°角踢出，足球的射程是40m；（4）此次足球的動能隨水平位置變化關系的大致圖像如解析所示?！窘馕觥浚?）足球的質(zhì)量是0.4kg，它受到的重力是：G=mg=0.4×10N/kg=4N：（2）若足球從地面踢出時具有的動能是120J，踢出后能達到的最大高度是5m，足球在最高點時具有的重力勢能為：Ep=mgh=4N×5m=20J；則動能EK=120J-20J=100J；（3）當足球以20m/s的速度且與水平方向成45°角踢出，足球的射程是：（4）根據(jù)數(shù)學知識，sin60°×cos60°=sin30°×cos30°，因兩次速度大小相同，由X=，兩種情況下射程相同，因足球斜向上飛出的角度越大，球運動得越高，故第二種情況下的高度越大，動能較小，據(jù)此畫出此次足球的動能隨水平位置變化關系的大致圖像，如下所示：11