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第六节合理利用机械能第一课时动能与势能【新课导思】三峡水电站是世界上最大的水力发电站,它是利用长江水推动水轮机带动发电机发电的。从高处流下的水为什么可以推动水轮机转动做功?【目标导学】1.会分析实例说出能量和功的关系,记住能的单位。2.知道动能和势能的概念,并解释相关的现象。3.知道影响动能和势能大小的因素。【自主预习】1.能:(1)定义:一个物体能够对别的物体_____,就说这个物体具有能量,简称能。(2)单位:______。做功焦(J)2.机械能:(1)动能。①定义:物体由于_____具有的能。②影响因素:质量和速度。质量相同时,速度_____的物体具有的动能越大。速度相同时,质量_____的物体具有的动能越大。运动越大越大(2)重力势能。①定义:物体由于_________所具有的能。②影响因素:物体被举得_____,质量_____,它具有的重力势能就越大。高度位置越高越大(3)弹性势能。①定义:物体因_________而具有的能。②影响因素:弹性物体的_________越大,具有的弹性势能就越大。弹性形变弹性形变知识点一动能的大小跟哪些因素有关1.如图所示,怎么判断钢球动能的大小?这种方法是________.提示:钢球从斜面上滚下碰上木块时,能够推动木块前进一段距离,对木块做功;钢球具有的动能越大,推动木块移动的距离越远,对木块做的功就越多;所以用木块被推动的距离来表示钢球具有的动能。这是利用转换的思想进行研究的。参考答案:利用钢球推动木块的距离判断钢球具有的动能的大小,木块被推动得越远,钢球具有的动能越大,这种方法是转换法。2.实验方法:动能的大小与多个因素有关,在探究时,需利用________法。提示:当一个物理量受多个因素影响时,采用控制变量法,即让其他物理量相同,只改变一个物理量进行探究。参考答案:控制变量3.进行实验:如图所示(1)探究动能与速度的关系:如甲、乙两图,让同一钢球从__________高度处滚下,比较木块被推动的距离。(2)探究动能与质量的关系:如丙、丁两图,让木球和钢球,分别从________高度处滚下,比较木块被推动的距离。提示:利用控制变量法,改变探究量(一个量),控制其他量不变。参考答案:(1)不同(2)同一4.实验数据及分析:序号质量速度木块被推动的距离甲大小近乙大大远丙小大近丁大大远分析实验数据,你得出的实验结论:(1)动能与速度的关系:____________________。(2)动能与质量的关系:______________________。提示:(1)分析甲、乙两图,乙图中钢球从较高的位置滚下,速度较大,木块被推的距离较远,说明钢球具有的动能较大,故可得出:质量相同时,速度越大的物体做的功越多,表明它具有的动能越大。(2)分析丙、丁两图,速度相同,丁图钢球的质量较大,木块被推的距离较远,故可得出:速度相同时,质量越大的物体能做的功越多,表明它具有的动能越大。参考答案:(1)质量相同时,速度越大的物体具有的动能越大(2)速度相同时,质量越大的物体具有的动能越大5.交流与讨论:实验中,让不同钢球从同一高度滚下的目的是什么?提示:使两球到达水平面时,具有相同的速度。【示范题1】(2017·西宁中考)如图所示是探究“物体动能的大小与什么因素有关”的实验装置示意图。(1)该实验装置要探究的是物体动能的大小与物体_____________的关系(物体A、B质量不变)。(2)该实验中所探究物体的动能是指物体____________________(选填“A”或“B”)的动能。(3)该实验物体动能的大小是通过__________来反映的。(4)该实验物体的速度是指物体A从斜面上由静止滚下与物体B即将碰撞时的速度,它是通过__________(选填“高度”或“质量”)来改变的。(5)实验表明,同一物体A从斜面高处滚下,高度越大,物体B被撞得越远,可得结论__________。(6)若要研究物体动能与质量的关系,则需不同质量的物体从斜面__________高度由静止滚下,并观察记录。【精讲精析】本题考查探究物体动能大小与什么因素有关的实验。(1)动能的大小与物体的质量和速度都有关系,因此探究“物体动能的大小与什么因素有关”的实验中,要探究的是物体动能的大小与物体质量和速度的关系。在该实验中探究与速度的关系。(2)该实验研究的主体是物体A,研究的是物体A动能的大小与速度和质量的关系。(3)该实验中物体动能的大小是通过B被撞距离的远近体现的,B被撞得越远,说明物体的动能越大,被撞得越近,说明物体的动能越小,这里采用了转换法的思想。(4)该实验物体的速度是指物体A从斜面上由静止滚下与物体B即将碰撞时A的速度,这个速度的大小是通过控制物体A在斜面上的高度改变的。(5)同一物体A从斜面高处滚下,高度越大,物体B被撞得越远,说明动能越大,可得结论为:当物体质量相同时,物体的速度越大,动能越大。(6)为了研究物体动能与物体质量的关系,实验中多次让不同质量的物体从斜面同一高度上由静止滚下时,控制了物体的速度相同。答案:(1)速度(2)A(3)B被撞的距离大小(4)高度(5)当物体质量相同时,物体的速度越大,动能越大(6)相同【易错易混警示】(1)选择实验器材时要考虑被撞击物体运动距离不能过短或者过长,以便比较前后几次测量结果。(2)规避易错点:①小球从同一高度滚下,不是控制高度不变,而是控制速度相同。②写结论时,“当……一定时”这个前提条件不能有遗漏。③结论中应写“速度越大动能越大”,而不能写“动能越大速度越大”。知识点二重力势能的大小跟哪些因素有关1.实验中,怎么判断重力势能的大小?提示:重物被举高后具有的势能不能直接观察和测量,重物落下对小方桌做功,把小方桌打进沙中,做功越多小方桌下陷越深,重物的重力势能越大,这是利用转换的思想进行研究的。参考答案:通过物体陷入沙中的深度判断,物体陷入沙中越深,重物原来具有的重力势能越大。2.实验方法:重力势能的大小与多个因素有关,在探究时,需利用__________法。提示:当一个物理量受多个因素影响时,采用控制变量法,即让其他物理量相同,只改变一个物理量进行探究。参考答案:控制变量3.进行实验:如图所示(1)探究重力势能与高度的关系。如甲、乙两图,让同一物体分别从________高度处自由落下,冲击小方桌,比较小方桌下陷得深度。(2)探究重力势能与质量的关系。如丙、丁两图,让质量不同的物体,分别从________高度处自由落下,冲击小方桌,比较小方桌下陷的深度。(1)提示:利用控制变量法,控制一个量(探究量)改变,其他量不变。参考答案:不同(2)参考答案:同一4.分析现象:(1)分析甲、乙知,质量相同的物体,被举得越高,小方桌下陷得越深,物体具有的重力势能_____。(2)分析丙、丁可知,物体被举得高度相同时,质量越大的物体,小方桌下陷得越深,物体具有的重力势能_____。越大越大5.实验结论:物体被举得越高,质量越大,它的重力势能就越大。【示范题2】(2017·鄂尔多斯中考)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)。实验数据如表所示:实验序号铅球代号铅球质量/g下落高度/m陷入沙中的深度/m①A2000.50.1②B4000.50.25③C20010.2④D20010.2(1)本实验中,采用的研究问题的方法是________。(写出一种方法即可)(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________(填实验序号),得到的结论是:当物体质量相同时,__________________________________________。(4)比较③④,得到的结论是________________________________________________________。(5)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取10N/kg)【精讲精析】本题考查探究影响物体势能大小的因素。(1)物理学中对于多因素或多变量的问题,常常采用控制因素(变量)的方法,把多因素的问题变成多个单因素的问题。每一次只改变其中的某一个因素,而控制其余几个因素不变,从而研究被改变的这个因素对事物的影响,分别加以研究,最后再综合解决,这种方法叫控制变量法,该实验中用到了控制变量法。(2)本实验中,铅球的重力势能大小是通过球陷入沙中的深度来反映。(3)比较A、C两球,铅球质量和运动路径相同,C球下落高度大于A球下落高度,发现C球陷入沙中的深度更大,由此可得出结论:当物体质量相同时,物体的下落高度越大,重力势能越大。(4)比较③④两球,两球的质量相同,下落高度也相同,两球的运动路径不同,发现两球运动的路径不同,但陷入沙中的深度相同,由此可得出结论:物体的重力势能与物体运动的路径无关。(5)根据Ep=mgh可得,B球的动能Ep=mgh=0.4kg×10N/kg×0.5m=2J。答案:(1)控制变量法(2)铅球陷入沙中的深度(3)①③物体所处的高度越高,重力势能越大(4)物体的重力势能与物体运动的路径无关(5)2【易错易混警示】(1)重力势能与物体所处的高度有关,在没有特别指明的情况下“高度”一般是指相对于地面而言的。(2)一个物体可以同时具有动能和势能,也可以只具有动能或势能。【教材图片·考点阐释】命题点弹性势能运动员射箭时用力将弓拉开,在放开箭的一小段时间内,对箭做功的力是________,由此说明。拉满的弓具有________能。答案:弹力弹性势命题点动能、重力势能的大小变化航天飞机加速上升时,航天飞机的动能________,重力势能________。(均选填“增大”“减小”或“不变”)答案:增大增大