第4章 第2節(jié)　動能　勢能

1、.第二節(jié)動能勢能學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識 脈 絡(luò)1.知道做功與能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系2知道動能的表達(dá)式，會用公式計算物體的動能重點(diǎn)3理解重力勢能的概念，知道重力做功與重力勢能變化的關(guān)系重點(diǎn)、難點(diǎn)4理解彈性勢能的概念，會分析決定彈性勢能大小的因素.動 能1功和能的轉(zhuǎn)化關(guān)系做功的過程就是能量轉(zhuǎn)化的過程，做了多少功，就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化，所以功是能量轉(zhuǎn)化的量度功和能的單位一樣，在國際單位制中，都是焦耳2動能1動能的定義物體由于運(yùn)動而具有的能量稱動能2動能的表達(dá)式物體的動能等于物體的質(zhì)量與它的速度平方乘積的一半，即Ekmv2.3動能的單位在國際單位制中的單位為：焦耳，符號J.1 J1 kg·m2/s21

2、 N·m.1兩個物體中，速度大的動能也大×2某物體的速度加倍，它的動能也加倍×3做勻速圓周運(yùn)動的物體的動能保持不變圖4­2­11滑雪運(yùn)發(fā)動從坡上由靜止開場勻加速下滑，運(yùn)發(fā)動的動能怎樣變化？【提示】增大2運(yùn)發(fā)動在賽道上做勻速圓周運(yùn)動，運(yùn)發(fā)動的動能是否變化？【提示】不變殲­15戰(zhàn)機(jī)是我國自主研發(fā)的第一款艦載戰(zhàn)斗機(jī)，如圖4­2­2所示：圖4­2­2討論1：殲­15戰(zhàn)機(jī)起飛時，合力做什么功？速度怎么變化？動能怎么變化？【提示】殲­15戰(zhàn)機(jī)起飛時，合力做正功，速度、動能都不斷增大討論2

3、：殲­15戰(zhàn)機(jī)著艦時，動能怎么變化？合力做什么功？增加阻攔索的原因是什么？【提示】殲­15戰(zhàn)機(jī)著艦時，動能減小合力做負(fù)功增加阻攔索是為了加大對飛機(jī)的阻力1動能的特點(diǎn)1動能具有相對性，參考系不同，速度就不同，所以動能也不同一般都以地面為參考系描繪物體的動能2動能是狀態(tài)量，是表征物體運(yùn)動狀態(tài)的物理量物體的運(yùn)動狀態(tài)一旦確定，物體的動能就唯一地被確定了3物體的動能對應(yīng)于某一時刻運(yùn)動的能量，它僅與速度的大小有關(guān)，而與速度的方向無關(guān)動能是標(biāo)量，且恒為正值2動能的變化1Ekmvmv為物體動能的變化量，也稱作物體動能的增量，表示物體動能變化的大小2動能變化的原因：合力對物體做功是引起物體動

4、能變化的原因，合力做功的過程本質(zhì)上是其他形式的能與動能互相轉(zhuǎn)化的過程，轉(zhuǎn)化了多少由合力做了多少功來度量1在程度路面上，有一輛以36 km/h行駛的客車，在車廂后座有一位乘客甲，把一個質(zhì)量為4 kg的行李以相對客車5 m/s的速度拋給前方座位的另一位乘客乙，那么行李的動能是A500 JB200 JC450 JD900 J【解析】行李相對地面的速度vv車v相對15 m/s，所以行李的動能Ekmv2450 J，選項(xiàng)C正確【答案】C2質(zhì)量為2 kg的物體A以5 m/s的速度向北運(yùn)動，另一個質(zhì)量為0.5 kg的物體B以10 m/s的速度向西運(yùn)動，那么以下說法正確的選項(xiàng)是 【導(dǎo)學(xué)號：35390061】AE

5、kAEkBBEkA>EkBCEkA<EkBD因運(yùn)動方向不同，無法比較動能【解析】根據(jù)Ekmv2知，EkA25 J，EkB25 J，而且動能是標(biāo)量，所以EkAEkB，A項(xiàng)正確【答案】A3兩個物體質(zhì)量比為14，速度大小之比為41，那么這兩個物體的動能之比A11B14C41D21【解析】由動能表達(dá)式Ekmv2得·2×241，C對【答案】C動能與速度的三種關(guān)系1數(shù)值關(guān)系：Ekmv2，速度v越大，動能Ek越大2瞬時關(guān)系：動能和速度均為狀態(tài)量，二者具有瞬時對應(yīng)關(guān)系3變化關(guān)系：動能是標(biāo)量，速度是矢量當(dāng)動能發(fā)生變化時，物體的速度大小一定發(fā)生了變化，當(dāng)速度發(fā)生變化時，可能僅是速度

6、方向的變化，物體的動能可能不變重 力 勢 能1重力勢能1定義：由物體所處位置的高度決定的能量2因素：和物體與地球之間互相作用的重力有關(guān)，又和這兩者的相對位置有關(guān)3公式：Epmgh.4單位：焦耳，符號J.5特點(diǎn)：重力勢能是標(biāo)量，但有正負(fù)值之分2重力做功特點(diǎn)只與運(yùn)動物體運(yùn)動的起點(diǎn)和終點(diǎn)的位置有關(guān)，而與運(yùn)動物體所經(jīng)過的途徑無關(guān)3重力做功與重力勢能變化的關(guān)系1表達(dá)式：WGEp1Ep2.2兩種情況a當(dāng)物體從高處運(yùn)動到低處時，重力做正功即Ep1>Ep2，重力勢能減少b當(dāng)物體由低處運(yùn)動到高處時，重力做負(fù)功，即WG<0，Ep1<Ep2，重力勢能增加，重力做負(fù)功也叫做物體抑制重力做功1重力做了

7、多少正功，物體的重力勢能就減少多少2同一物體的重力勢能Ep12 J，Ep23 J，那么Ep1>Ep2.3重力勢能為零的物體，就沒有對外做功的本領(lǐng)×如圖4­2­3所示，某跳高運(yùn)發(fā)動體重為60 kg，跳過的橫桿高度為2.3 m，關(guān)于他跨桿時的重力勢能的值，甲同學(xué)說是1 380 J，乙同學(xué)說是0 J，誰的答案正確？他跨桿時的重力勢能的值是定值嗎？圖4­2­3【提示】均正確重力勢能的值不是定值運(yùn)發(fā)動的高度與所選取的參考平面有關(guān)，是一個相對量，取不同的參考平面時，高度不同，其重力勢能的值不同圖4­2­4如圖4­2

8、73;4，幼兒園小朋友們正在興高采烈地玩滑梯，請考慮以下問題：討論1：小朋友沿不同的途徑從滑梯上端滑到下端，重力做的功是否一樣？【提示】一樣重力做功與途徑無關(guān)討論2：小朋友從最高點(diǎn)滑落到地面過程中重力勢能是增加還是減少？【提示】根據(jù)重力勢能的表達(dá)式知，小朋友沿滑梯下滑時，高度變低，重力勢能減少1重力勢能的三個性質(zhì)1重力勢能的相對性 由于重力勢能表達(dá)式為Epmgh，高度h的相對性決定了重力勢能具有相對性對于同一物體，選取不同的程度面作為零勢能面，其重力勢能具有不同的數(shù)值，即重力勢能的大小與零勢能面的選取有關(guān)2重力勢能變化的絕對性物體在兩個高度不同的位置時，由于高度差一定，重力勢能之差也是一定的，

9、即物體的重力勢能的變化與參考平面的選取無關(guān)3重力勢能的系統(tǒng)性重力是地球?qū)ξ矬w吸引而產(chǎn)生的，假如沒有地球?qū)ξ矬w的吸引，就不會有重力，也不存在重力勢能，所以重力勢能是這個系統(tǒng)共同具有的，平時所說的“物體的重力勢能只是一種簡化的說法2重力做功與重力勢能的區(qū)別和聯(lián)絡(luò) 概念重力做功重力勢能物理意義重力對物體做功由物體與地球的互相作用產(chǎn)生，且由它們之間的相對位置決定的能表達(dá)式WGmghEpmgh影響大小的因素重力mg和初、末位置的高度差h重力mg和相對參考面的高度h特點(diǎn)只與初、末位置的高度差有關(guān)，與途徑及參考平面的選擇無關(guān)與參考平面的選擇有關(guān)，同一位置的物體，選擇不同的參考平面，其重力勢能的值不同過程量狀

10、態(tài)量聯(lián)絡(luò)重力做功過程是重力勢能改變的過程，重力做正功，重力勢能減少，重力做負(fù)功，重力勢能增加，且重力做了多少功，重力勢能就改變多少，即WGEp1Ep2Ep4多項(xiàng)選擇如圖4­2­5所示，物體沿不同的途徑從A運(yùn)動到B，其中按不同的途徑：有摩擦作用；無摩擦作用，無摩擦，但有其他外力拉它比較這三種情況下重力做的功W1、W2、W3，重力勢能的變化量Ep1、Ep2、Ep3的關(guān)系，以下正確的選項(xiàng)是 【導(dǎo)學(xué)號：35390062】圖4­2­5AW1W2W3BW1W2W3CEp1Ep2Ep3DEp1Ep2Ep3【解析】重力做功與途徑無關(guān)，取決于物體初、末位置，且與物體受不受

11、其他力無關(guān)重力勢能的變化量只取決于重力做的功，因此，三種情況下重力做功一樣，重力勢能的變化量也一樣【答案】BC5.如圖4­2­6，質(zhì)量為m的小球，從離桌面H高處由靜止下落，桌面離地高度為h.假設(shè)以桌面為參考平面，那么小球落地時的重力勢能及整個過程中重力勢能的變化分別是圖4­2­6Amgh，減少mgHhBmgh，增加mgHhCmgh，增加mgHhDmgh，減少mgHh【解析】以桌面為參考平面，落地時物體的重力勢能為mgh，初狀態(tài)重力勢能為mgH，即重力勢能的變化EpmghmgHmgHh，所以重力勢能減少了mgHh，D正確【答案】D6一根粗細(xì)均勻的長直鐵棒重

12、600 N，平放在程度地面上現(xiàn)將一端從地面抬高0.50 m，而另一端仍在地面上，那么A鐵棒的重力勢能增加了300 JB鐵棒的重力勢能增加了150 JC鐵棒的重力勢能增加量為0D鐵棒重力勢能增加多少與參考平面選取有關(guān)，所以無法確定【解析】鐵棒的重心升高的高度h0.25 m，鐵棒增加的重力勢能等于抑制重力做的功，與參考平面選取無關(guān)，即Epmgh600×0.25 J150 J，故B正確【答案】B重力勢能的三種求解方法1根據(jù)重力勢能的定義求解：選取零勢能參考平面，由Epmgh可求質(zhì)量為m的物體在離零勢能參考平面h高度處的重力勢能2由重力做功與重力勢能變化的關(guān)系求解：由WGEp1Ep2知Ep2

13、Ep1WG或Ep1WGEp2.3由等效法求重力勢能：重力勢能的變化與運(yùn)動過程無關(guān)，只與初、末狀態(tài)有關(guān)Epmg·hEp2Ep1.彈 性 勢 能1定義：發(fā)生形變的物體，在恢復(fù)原狀時可以對外界做功，因此具有的能量2大小：跟形變的大小有關(guān)對于彈簧來說，拉伸或壓縮的長度越大，彈性勢能越大，彈性勢能還與勁度系數(shù)有關(guān)；當(dāng)形變量一定時，勁度系數(shù)越大，彈簧彈性勢能越大3彈力做功與彈性勢能的改變物體彈性勢能的改變總是與彈力做功相對應(yīng)，即彈力對外做了多少功，彈性勢能就減少多少，抑制彈力做了多少功，彈性勢能就增加多少1彈簧越長，彈性勢能越大×2彈力做正功，彈性勢能減少；彈力做負(fù)功，彈性勢能增加3彈

14、性勢能與重力勢能類似，也有相對性×圖4­2­7如圖4­2­7所示，網(wǎng)球運(yùn)發(fā)動用球拍擊打網(wǎng)球，網(wǎng)球接觸球拍，球拍發(fā)生形變，然后將球彈出，分析這一過程彈性勢能的變化【提示】網(wǎng)球接觸球拍時彈力做負(fù)功，彈性勢能增加，球拍將球彈出時，彈力做正功，彈性勢能減少如圖4­2­8所示，小朋友用力將彈簧拉長至一定長度圖4­2­8討論1：小朋友不用力時，彈簧不伸長，此時彈簧有彈性勢能嗎？【提示】彈簧不伸長，沒有彈性勢能討論2：小朋友拉彈簧時對彈簧做什么功？彈簧的彈性勢能怎么變化？【提示】小朋友對彈簧做正功，彈性勢能增加討論3：

15、在彈簧彈性限度之內(nèi)，小朋友將彈簧拉得越長，抑制彈力做功越多嗎？彈性勢能越大嗎？【提示】將彈簧拉得越長，彈力做功越多，彈性勢能越大1彈性勢能的產(chǎn)生原因1物體發(fā)生了彈性形變2物體各部分間有彈力的作用2彈簧彈性勢能大小的影響因素1彈簧的勁度系數(shù)2彈簧的形變量 3彈力做功與彈性勢能變化的關(guān)系1彈力做功和重力做功一樣也和途徑無關(guān)，彈力對其他物體做了多少功，彈性勢能就減少多少抑制彈力做多少功，彈性勢能就增加多少2彈性勢能的變化只與彈力做功有關(guān)，彈力做負(fù)功，彈性勢能增大，反之那么減小彈性勢能的變化量總等于彈力做功的相反數(shù)3彈性勢能的增加量與減少量由彈力做功多少來量度4彈力做功與彈性勢能變化的關(guān)系為W彈Ep.

16、7一豎直彈簧下端固定于程度地面上，小球從彈簧的正上方高為h的地方自由下落到彈簧上端，如圖4­2­9所示，經(jīng)幾次反彈以后小球最終在彈簧上靜止于某一點(diǎn)A處，那么圖4­2­9Ah愈大，彈簧在A點(diǎn)的壓縮量愈大B彈簧在A點(diǎn)的壓縮量與h無關(guān)Ch愈大，最終小球靜止在A點(diǎn)時彈簧的彈性勢能愈大D小球第一次到達(dá)A點(diǎn)時彈簧的彈性勢能比最終小球靜止在A點(diǎn)時彈簧的彈性勢能大【解析】最終小球靜止在A點(diǎn)時，通過受力分析，小球受自身重力mg與彈簧的彈力kx大小相等，由mgkx得，彈簧在A點(diǎn)的壓縮量x與h無關(guān)，彈簧彈性勢能與h無關(guān)【答案】B8.如圖4­2­11所示，將

17、一木球靠在輕質(zhì)彈簧上，壓縮后松手，彈簧將木球彈出彈出過程彈簧做了40 J的功，周圍阻力做了10 J的功，此過程 【導(dǎo)學(xué)號：35390063】圖4­2­11A彈簧彈性勢能減小10 JB彈簧彈性勢能增加40 JC木球動能減小10 JD木球動能增加30 J【解析】彈簧彈力做了40 J的功，彈性勢能減少了40 J，選項(xiàng)A、B錯誤；合外力對木球做功為30 J，木球動能增加了30 J，選項(xiàng)C錯誤，選項(xiàng)D正確【答案】D9如圖4­2­12所示，一升降機(jī)機(jī)箱底部裝有假設(shè)干根彈簧，設(shè)在某次事故中，升降機(jī)吊索在空中斷裂，忽略摩擦和空氣阻力影響，那么升降機(jī)在從彈簧下端觸地直到最低點(diǎn)的一段運(yùn)動過程中圖4­2­12A升降機(jī)的速度不斷減小B升降機(jī)的加速度不斷變大C先是彈力做的負(fù)功小于重力做的正功，然后是彈力做的負(fù)功大于重力做的正功D先是彈力做的負(fù)功大于重力做的正功，然后是彈力做的負(fù)功小于重力做的