2020八年级物理下册 第十一章 功和机械能 11.3 动能和势能精讲精练（含解析）（新版）新人教版

专题11.3 动能和势能 课前预习 1.物质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。2.动能的大小跟_质量_和_速度_有关：速度相同，物体的质量越大，动能就越大；质量相同，物体的速度越大，动能就越大。3.物体由于被举高而具有的能叫做_重力_势能。重力势能的大小与质量和被举高的高度有关，高度相同，物体的质量越大，重力势能就越大；质量相同，物体被举得越高，重力势能越大。4.物体由于弹性形变而具有的能叫做_弹性_势能。弹性形变越大，物体的弹性势能越大。知识点解读与例题突破知识点1：动能1.定义：物体由于运动而具有的能，叫做动能。2.影响动能大小的因素：物体的质量；物体运动的速度。物体的质量越大，运动速度越大，物体具有的动能就越大。【例题1】（2019湖南郴州）一架飞机在高空中水平匀速飞行，向灾区投放救灾物资。该飞机在此过程中（）A动能不变B动能减小C重力势能不变D重力势能增大【答案】B【解析】一架飞机在高空中水平匀速飞行，高度不变、速度不变，向灾区投放救灾物资时，飞机的质量减小，所以飞机的动能和重力势能都减小。知识点2：重力势能1.定义：物体由于被举高而具有的能，叫做重力势能。2.影响重力势能大小的因素：物体的质量；物体被举高的高度。物体的质量越大，被举得越高，具有的重力势能就越大，单位是焦耳。【例题2】小明同学在探究重力势能的大小与什么因素有关时，提出了如下猜想：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所在高度有关为了验证上述猜想，他计划利用小桌、沙子、质量不同的铁块和刻度尺进行实验：如图所示，将小桌桌腿朝下放在平整的沙面上，把铁块从距桌面某一高度由静止释放，撞击在桌面的中心部位，记录桌腿进入沙子的深度。按上述方案进行实验，其实验数据如下表所示。实验序号铁块质量m/g铁块距桌面高度H/cm桌腿进入沙子的深度h/cm20201.920302.920403.830202.940204.1（1）实验中通过比较_来判断物体重力势能的大小；（2）为了验证猜想一，需选择表中_（填实验序号）三组数据进行分析；（3）分析表中的实验数据，可得出的结论是：_。【答案】桌腿进入沙子的深度 质量相同的物体，高度越大，重力势能越大【解析】（1）通过小明设计的实验可以知道，他是通过比较桌腿进入沙子的深浅来比较重力势能的大小的。桌腿进入沙堆越深说明物体做的功越多，它原来具有的重力势能越大； （2）根据控制变量法，要验证物体的重力势能与物体的质量有关，应控制物体的高度相同，改变物体质量的大小，故小明要完成探究，需要找数个质量不同的物体进行实验； 故三组数据符合，所以应利用三组数据分析得出结论。 （3）比较表中的实验数据，可以发现，高度相同，中桌腿进入沙子的深度更深，所以，中的物体具有重力势能大，即可以得出的初步结论是：质量相同的物体，高度越大，重力势能越大。 知识点3：弹性势能1.定义：物体由于发生弹性形变而具有的能，叫做弹性势能，单位是焦耳。2.影响弹性势能大小的因素：物体发生弹性形变的幅度。物体的弹性形变幅度越大，弹性势能就越大。【例题3】（2019山东临沂）如图是运动员参加射箭比赛时的场景，下列说法错误的是（）A.运动员将弓举起的过程对弓做功B. 弓被拉的越弯产生的弹力越小C. 弓被拉的越弯弹性势能越大D. 箭被射出说明力可以改变物体的运动状态【答案】B【解析】A运动员将弓举起的过程中，有力作用在弓上，弓在力的方向上通过了距离，所以做了功，故A正确； B弓属于弹性物体，张弓射箭利用的是弓的弹性，弓被拉得越弯，弹性形变越大，产生的弹力越大，故B错误； C在弓的弹性限度内，弓的弹性势能与弓的形变有关，弓拉得越弯，弹性形变越大，弓的弹性势能越大，故C正确； D箭被射出说明力可以改变物体的运动状态，故D正确。 习题精练一、选择题1（2019山东威海）关于课本中的力学实验，下列说法错误的是（）A“探究影响滑动摩擦力大小的因素”实验，可用小车代替木块B“探究二力平衡的条件”实验，将小车转动一定角度是为了探究小车处于平衡状态时二力是否在同一条直线上C“探究阻力对物体运动的影响”实验，小车受到阻力越小，小车速度减小得越慢D“探究动能的大小与哪些因素有关”实验，木块被小车推得越远，说明小车动能越大【答案】A【解析】A探究影响滑动摩擦力大小的因素”实验中，若用小车代替木块，变滑动为滚动，减小了摩擦力，从而对测量摩擦力大小带来了困难，A错误；B“探究二力平衡的条件”实验，将小车转动一定角度，小车在水平方向上受到两个力不在同一直线上，是为了探究小车处于平衡状态时二力是否在同一条直线上，B正确；C由实验现象可以看出：小车受的阻力越小，小车运动的路程越远，速度减小得越慢，C正确；D“探究动能的大小与哪些因素有关”实验，根据转换法，木块被小车推得越远，说明小车动能越大，D正确。2（2019福建省）踢毽子是一项有益的休育活动。如图，毽子某次被踢出后，竖直上升经过某一位置时，毽子的动能和重力势能分别为EK1和EP1下落经过同一位置时，毽子的动能和重力势能分别为EK2和EP2，则（）AEK2EK1BEK2EK1CEP2EP1DEP2EP1【答案】B【解析】毽子某次被踢出后，竖直上升经过某一位置时，毽子的动能和重力势能分别为EK1和EP1；下落经过同一位置时，毽子的动能和重力势能分别为EK2和EP2，由于此时的高度是相同的，质量也相同，故重力势能是相同的，即EP1EP2；毽子在上升、下落的过程中，由于存在摩擦，机械能转化为内能，机械能减小，由于重力势能是相同的，则EK1EK2；故B正确，ACD错误。3.下列物体具有动能的是（）A静止不动的课桌 B挂在树上的椰子C拉长了的橡皮筋 D正在行驶的汽车【答案】D【解析】本题考点是动能和势能的概念机械能包括动能和势能；物体由于运动而具有的能量叫动能；物体由于高度而具有的能量叫重力势能；物体发生弹性形变而具有的能量叫弹性势能A物体由于运动而具有的能量叫动能；静止的课桌不具有动能；故A错误；B物体由于运动而具有的能量叫动能；挂在树上的椰子是静止的，不具有动能；故B错误；C物体由于运动而具有的能量叫动能；拉长的橡皮筋不具有动能，具有弹性势能；故C错误；D物体由于运动而具有的能量叫动能；正在行驶的汽车具有动能；故D正确二、填空题4（2019山东省东营）某汽车在平直公路上由于行驶速度过快， 能大，危害性就大，为防止意外，汽车不能超速行驶。乘客必须使用安全带，一旦发生碰撞，车身就停止运动，而乘客身体由于 会继续向前运动造成伤害。【答案】动；惯性。【解析】（1）汽车在平直公路上由于行驶速度过快，质量不变，速度很大，动能很大，危害性很大，所以要控制车速。（2）汽车在行驶过程中，乘客和汽车一起运动，一旦发生碰撞，车身就停止运动，而乘客身由于惯性保持原来的运动状态会继续向前运动，容易造成伤害，所以乘客必须要系好安全带。5.我国运动员吴敏霞与施廷懋在女子双人三米板跳水比赛中，勇夺金牌，她们在下落过程中，重力势能变，动能变【答案】小；大【解析】动能的大小与物体的质量、速度有关；重力势能的大小与物体的质量、高度有关跳水运动员下落过程中，质量不变，高度减小，所以重力势能变小；同时其速度变大，所以动能变大6.如图，两个质量不相等的实心铁球甲和乙（m甲m乙）相距S，在无限长的光滑水平面上以相同的速度向右运动（空气阻力不计）。则（选填“甲”或“乙”）球的动能大，（选填“甲”或“乙”）球的惯性大。随着时间的延长，甲球 （选填“可能”或“不可能”）撞上乙球。甲 乙【答案】甲；甲；不可能。【解析】动能的大小与物体的质量和速度有关。由题意可知，甲乙两球的速度相同，甲的质量大，所以甲的动能大；惯性的大小只与物体的质量有关，甲的质量大，所以甲球的惯性大。由于物体在光滑的水平面是以相同的速度运动，因此，甲乙之间的距离不会改变，两球不可能相撞。7（2019湖北荆州）小丽同学在探究“弹簧弹力大小与形变量关系”时，发现同一根弹簧的弹力大小F与形变量x的比值k恒定。现小丽有两根原长相等的弹簧1和2，已知k1：k21：2，当在两根弹簧下分别挂同一物体静止时，弹簧1和2伸长量分别为x1和x2，则x1：x2 。小丽通过查阅资料知道弹簧的弹性势能Epkx2，此时弹簧1和2弹性势能分别为Ep1和Ep2，则Ep1：Ep2 。小丽将弹簧1和2并联悬挂一物体静止时如图甲，两弹簧弹性势能之和为Ep甲将弹簧1和2串联悬挂同一物体静止时如图乙两弹簧弹性势能之和Ep乙，则Ep甲：Ep乙 。（已知如图甲情况下悬挂重物时弹簧1和2伸长量相同，整个实验中弹簧所受重力不计，且均处于弹性限度范围内。）【答案】（1）2：1；（2）2：1； （3）2：9。【解析】两根弹簧1和2分别挂同一物体静止时，弹力与重力是一对平衡力，大小相等，则有：F1F2G，由题意知，Fkx，所以，x1：x2：2：1。由Epkx2得，弹簧1和2弹性势能分别为：Ep1k1，Ep2k2，则有：Ep1：Ep2k1：k2122：2122：1。将弹簧1和2并联悬挂一物体静止时，则有：k1x1甲+k1x2甲G，并且x1甲x2甲，由以上两式可解得：x1甲x2甲，则图甲两弹簧弹性势能之和为：Ep甲k1+k2（）2（k1+k2）将弹簧1和2串联悬挂同一物体静止时，由GFkx得，x1乙，x2甲，则图乙两弹簧弹性势能之和：Ep乙k1+k2k1（）2+k2（）2联立化简得，。三、实验探究题8.（2019广东深圳）如图所示，甲图是探究“阻力对物体运动的影响”的实验装置，让同一小车从斜面上相同的高度由静止滑下，在粗糙程度不同的水平面上运动。乙图是探究“物体的动能跟哪些因素有关” 的实验装置，让同一钢球从斜面上不同的高度由静止滚下，碰到同一木块上。请回答： （1）甲实验中，小车在水平面上运动时，在竖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，小车的速度减小得越_。从而可以推理：如果运 动的物体不受力，它将_。 （2）乙实验中的研究对象是_（选填“钢球”或“木块”），实验目的是探究物体的动能大小与_的关系。 【答案】（1）重力；支持力；慢；做匀速直线运动（2）钢球；速度大小【解析】（1）甲实验中，小车在水平面上运动时，在竖直方向上受到的力有：竖直向下的重力和竖直向上的支持力；在水平 方向上受到摩擦力，且摩擦力越小，小车的速度减小得越慢。从而可以推理：如果运动的物体不受力，它将做匀速直线运动；（2）乙实验中的研究对象是钢球，而木块是反映钢球动能大小的；“同一钢球”的质量相等，“不同高度”使钢球的速度不同，因此探究的物体的动能与速度大小的关系。9.（2019湖南娄底）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，其中，mA=mBmC，hA=hChB。 图1图2（1）实验中，探究的动能是指_（填序号）A小球在斜面上的动能 B小球撞击木块时的动能C小球撞击木块后的动能 D木块被小球撞击的动能（2）使质量相同的小球从斜面上不同高度处自由滚下，是为了研究动能大小与_的关系。（3）在做了探究“物体动能大小与哪些因素有关”的实验后，有些同学对“质量不同的小球从同一光滑斜面问一高度由静止开始滚下，刚到达底部时的速度大小相等”有疑感，小明设计了如图所示的实验：让质量不同的小球A、C同时从同一高度由静止开始沿光滑斜面滚下，观察和比较两球相对运动情况，若C球相对于A球_（选填“运动”或“静止”），就可以说明任一时刻两球的速度大小相等。表面毛巾棉布木板摩擦力最大较大最小小车运动距离最近较远最远（4）完成实验后，同学们还联想到以前学习牛顿第一定律时，也用到了斜面：让同一小车从同一斜面的同一高度由静止滑下，在三个不同的表面上能滑行的距离不同（如上表），小车在这三个表面上滑行的过程中克服摩擦力做功_（选填“相等”或“不相等”）【答案】（1）B；（2）速度；（3）静止；（4）相等。【解析】（1）据题意可知，实验中探究小球动能，即小球撞击木块时的动能的大小；故选B；（2）实验表明动能的大小与物体的速度和质量有关；使质量相同的小球从斜面上不同高度处自由滚下，则小球到达水平面时的速度不同，所以，这是为了研究动能大小与物体速度的关系；（3）让质量不同的小球A、C同时从同一高度由静止开始沿光滑斜面滚下，观察和比较两球相对运动情况，若任一时刻两球的速度大小相等，即以任何一个小球为参照物，另一个小球都是静止的，所以若C球相对于A球静止，就可以说明任一时刻两球的速度大小相等。（5）让小车从同一高度由静止下滑，根据决定重力势能大小的因素可知，最初小车的重力势能相同，下滑到水平面时的动能也相同，在不同的材料表面上运动时，最终停下来后，动能全部转为内能，克服摩擦力做了多少功就有多少动能转化为内能，所以，在三个表面克服摩擦力做功相等。10.相关资料表明，大部分重大交通事故是因为汽车超载超速造成的。兴趣小组决定对超载超速问题进行一次模拟探究，经讨论后认为，可以用小球作为理想模型，代替汽车作为研究对象，如图，将小球从高度为h的同一斜面上由静止开始滚下，推动同一小木块向前移动一段距离s后停下，完成甲、乙、丙三次实验，其中h1=h3h2，mA=mBmC（1）把小球放在同一高度由静止开始沿斜面滚下是为了控制相同。（2）实验中超载超速带来的危害程度用表示；（3）研究超载带来的危害时，选择甲、乙、丙三次实验中的 进行比较；（4）为比较超载超速带来的危害程度，兴趣小组利用上述器材进行定量研究。得到数据如下表：小球质量/克高度/厘米木块滑动距离/厘米A10510B20518C30529D101038E101586请根据上表数据分析，货车超载20%与超速20%两者相比，潜在危害较大的是。【答案】（1）速度；（2）小木块移动的距离；（3）甲、丙；（3）超速20%。【解析】本实验中研究动能大小的决定因素时运用了控制变量法，反映动能多少时运用了转换法。从图中现象发现质量、速度的不同是此题的关键。实验中通过控制小球滚下的高度来控制小球滚下的速度；动能的大小通过木块被推动距离来表示；根据控制变量法来分析超载带来的危害；分析表格数据得出结论。（1）把小球放在同一高度由静止开始沿斜面滚下是为了控制小球到达斜面底端时的速度大小相等；（2）超载是指汽车的速度一定时，质量越大动能越大，将木块推动得越远，说明动能越大，故实验中超载超速带来的危害程度用木块被推动的距离来表示；（3）超载是指汽车的速度一定时，质量越大动能越大，将木块推动得越远，说明动能越大，故需要需要高度相同，质量不同的小球，图中甲丙符合要求；（4）表格中对应的实验数据可知速度对物体的动能影响更大，当超速20%发生交通事故时，由此造成的危害更严重。四、综合能力题11（2019贵州贵阳）体育课上，小明在同一位置用相同的力多次将足球踢出，发现足球斜向上飞出的角度越大，球运动得越高，但并不能运动得越远，这是什么原因呢？小明向老师请教，老师说：这是常见的一种抛体运动，将足球以一定的速度向斜上方踢出，足球所做的运动叫做斜抛运动，其运动轨迹如图甲所示。足球起始运动方向与水平方向的夹角叫做抛射角，抛出点到落地点的水平距离叫做射程，射程与抛出速度和抛射角的大小有关。若不计空气阻力，请回答下列问题：（1）足球的质量是0.4kg，它受到的重力是多少？（取g = 10N/kg）（2）若足球从地面踢出时具有的动能是120J，踢出后能达至的最大高度是5m，足球在最高点时具有的动能是多少？（3）若足球的射程x与抛出速度v、抛射角之间满足公式x=，当足球以20m/s的速度且与水平方向成45o角踢出，足球的射程是多少？（取g=10N/kg）（4）足球以30o抛射角踢出，其动能Ek随水平位置S变化关系的图像如图乙所示。若该球在同一位置以60o抛射角且与前次大小相同的速度踢出，请你在答题卡的同一坐标中画出此次足球的动能随水平位置变化关系的大致图像。【答案】（1）它受到的重力是4N；（2）若足球从地面踢出时具有的动能是120J，踢出后能达到的最大高度是5m，足球在最高点时具有的动能是100J；（3）当足球以20m/s的速度且与水平方向成45角踢出，足球的射程是40m；（4）此次足球的动能随水平位置变化关系的大致图像如解析所示。【解析】（1）足球的质量是0.4kg，它受到的重力是：G=mg=0.410N/kg=4N：（2）若足球从地面踢出时具有的动能是120J，踢出后能达到的最大高度是5m，足球在最高点时具有的重力势能为：Ep=mgh=4N5m=20J；则动能EK=120J-20J=100J；（3）当足球以20m/s的速度且与水平方向成45角踢出，足球的射程是：（4）根据数学知识，sin60cos60=sin30cos30，因两次速度大小相同，由X=，两种情况下射程相同，因足球斜向上飞出的角度越大，球运动得越高，故第二种情况下的高度越大，动能较小，据此画出此次足球的动能随水平位置变化关系的大致图像，如下所示：11