动能和势能

目标要求

知道能、动能、势能、机械能的概念。

重点难点

了解动能、势能的概念

核心知识

一个力作用在物体上，物体在这个力作用下通过了一段距离，就说这个力做了功。功的单位是焦耳。能量这个概念跟功的概念有着密切的联系，一个物体能够做功，我们就说它具有能量。一个物体能够做功，做的功越多，表示这个物体的能量越大。 一、动能

风（流动的空气）能使风车转动；流水能使水轮机转动；飞行的子弹能打穿木块，这些都说明运动的物体能够做功。

1、定义：我们把物体由于运动而具有的能量叫动能。一切运动物体都具有动能。

2、影响动能大小的因素：

如图所示，让钢球从斜面上滚下，撞到一个小木块上，钢球推动木块做功。让同一钢球从不同高度滚下，看哪次木块被推得远。换用几个质量不同的钢球，让它们从同一高度滚下，看哪个钢球把木块推得远。

实验结果表明，钢球的质量越大，它运动的速度越大，把木块推得越远，对木块做的功越多，表示钢球的动能越大。因此，运动物体的速度越大，质量越大，动能就越大。

二、势能

1、重力势能：举高的物体具有的能量叫重力势能。

物体的质量越大，被举得越高，重力势能越大。例如，人们在打桩时，把重锤举得越高，它具有的重力势能就越大，重锤落下就能把木桩打入地里更深的位置。

2、弹性势能：发生弹性形变的物体具有的能量叫弹性势能。

例如，射箭运动员把弓拉弯，放手后被拉弯的弓能把箭射出去。拉弯的弓具有弹性势能．弓拉得越弯，放手时，箭射得越远，弓对箭做的功就越多．可见弓拉得越弯，它的弹性势能越大．

被压缩的弹簧在放松后能把压在上面的砝码举起。说明被压缩的弹簧也具有弹性势能．把绳烧断，让压缩的弹簧放松，弹簧能把上面的砝码举起，对砝码做功。弹簧压得越紧，放松时它做的功越多，表示它的弹性势能越大。

所以，物体的弹性形变越大，它具有的弹性势能就越大。 三、机械能

1、定义：动能和势能统称为机械能。

2、机械能的计算：一个物体可以既有动能，又有势能，例如，飞行中的飞机因为它在运动而具有动能，又因为它在高处而具有重力势能，把这两种能量加在一起，就得到它的总机械能。机械能是最常见的一种形式的能量。

3、机械能的单位

前面说过，一个物体能够做的功越多，表示这个物体的能量越大，因此，能量的大小可以用做功的多少来衡量。动能、势能或机械能的单位跟功的单位相同，也是焦耳。

典型例题

例１．下面关于功和能的说法中，正确的是：（ ）

Ａ．物体能够做功，就说它具有能 Ｂ．速度大的物体，其动能就一定大

Ｃ．被举得越高的物体，其重力势能一定越大 Ｄ．动能和势能可以相互转化

分析与解：功是能紧密相关的物理量，物体能做功，就具有能；动能由质量、速度两个条件决定大小，只有速度大不能确定动能一定大；重力势能大小由质量、高度决定，只有高度不能确定重力势能一定大．

答案：Ａ、Ｄ

例２．下面的物体中，只具有动能的是（ ）；只具有势能的是（ ）；既有动能，又具有势能的是（ ）

Ａ．停在地面上的汽车 Ｂ．在空中飞行的飞机

Ｃ．被起重机吊在空中静止的水泥板 Ｄ．放在桌面的弹簧

E．在水平铁轨上正在行驶的火车

分析与解：停在地面上的汽车没有运动，它不具有动能，又因在地面上，它没有势能；正在空中飞行的飞机，它在运动，因而具有动能；而它离地面有一定的高度，又具有重力势能；在空中静止的水泥板，没有动能，只有重力势能；弹簧放在桌面上，没有发生弹性形变，它不具有弹性势能；水平铁轨上行驶的火车，只有动能，没有势能．

答案：只有动能的是Ｅ；只有势能的是Ｃ；既有动能又有势能的是Ｂ． 例3．两颗相同的子弹，以相同的速度飞行在不同的高度，它们的重力势能、动能、机械能的关系是：（ ）

Ａ．重力势能相等，动能不等，机械能相等 Ｂ．重力势能不等，动能相等，机械能不等 Ｃ．重力势能不等，动能相等，机械能相等 Ｄ．重力势能相等，动能不等，机械能不等

分析与解：相同的子弹是指质量相同，速度也相同，所以两颗子弹的动能相等；由于它们的高度不同，则重力势能不等，因而两颗子弹的机械能也不等．

答案：Ｂ

例4．下列几种情况，物体的动能、势能、机械能是否变化？是增大还是减小？

（１）汽车沿斜坡匀速上行； （２）电梯上升的越来越快；

（3）在平直的马路上匀速行驶的汽车． 分析与解：

（１）汽车沿斜坡上行，汽车的高度在增大，所以它的重力势能增大，由于汽车是匀速行驶，所以它的动能不变；汽车的机械能在增加．

（２）电梯上升，高度增加，所以电梯的重力势能增加，电梯的速度越来越大，所以它的动能在不断增大，电梯的机械能在增加．

（3）汽车在平直的马路上匀速前进，它的高度不变，速度也不变，所以汽车的重力势能和动能均没有变化，因此汽车的机械能保持不变．

练习

１．一个物体受到平衡的两个力作用而下落时，它的（ ） Ａ．动能不变 Ｂ．势能不变 Ｃ．机械能不变 Ｄ．无法判定

２．人从高处跳下落在绷床上又被弹起，说明其中的能量转化？

３．下列物体中，说出它们都具有什么能？ （１）被压缩的弹簧 （２）顺流而下的小船 （３）提在手中的水桶 （４）拉开的弓 （５）空中的飞机 （６）拧紧的钟表发条

４．皮球和实心铅球的大小、形状都相同，它们以相同的速度向前滚动，比较皮球和铅球的动能的大小（ ）

Ａ．皮球的动能大 Ｂ．铅球的动能大

Ｃ．皮球、铅球的动能一样大 Ｄ．无法判断

５．下列各种情况，势能减少的是（ ） Ａ．骑自行车上坡 Ｂ．在水平路面行驶的汽车 Ｃ．从空中下落的石块 Ｄ．用力压缩弹簧

６．下面各种情况，物体的动能不发生变化的是( )

Ａ．正在匀速下降的伞兵 Ｂ．在空中向上运动的排球

Ｃ．站在匀速上行的自动扶梯上的乘客 Ｄ．从站台出发的公共汽车

７．下列情况中，动能转化为势能的是（ ） Ａ．匀速上升的电梯 Ｂ．骑自行车沿斜坡向下滑行

Ｃ．在水平地面滚动的足球，速度越来越小 Ｄ．竖直向上抛出的皮球，在它上升的过程中 ８．在空中匀速下落的物体，它的（ ） Ａ．动能增大，势能减小 Ｂ．动能减小，势能增大 Ｃ．机械能不变 Ｄ．机械能减小

参考答案

１．Ａ受平衡力作用下落的物体一定是匀速运动，所以动能不变

２．人下落到刚刚接触绷床的阶段是重力势能转化为动能；从人刚接触绷床到绷床发生最大形变阶段是动能转化为弹性势能；从绷床发生最大形变到恢复形变阶段是弹性势能转化为动能；从人弹起到上升阶段是动能转化为重力势能．

３．（１）弹性势能（２）动能（３）重力势能（４）弹性势能（５）动能和重力势能（６）弹性势能

４．Ｂ ５．Ｃ ６．Ａ、Ｃ ７．Ｄ ８．Ｄ

常见问题

问题：

机械能是不是作为一种能量，能与水、核、电、风等能源并列呢？动能和势能互相转换是

不是没有条件呢？

解答：

机械能是一种能量，水能风能属于机械能，核能、电能是另外的能量，动能和势能的相互转化当然有条件，例如，平直路上运动的汽车，就不能进行动能和势能的转化，所以动能势能之间的转化，要具体问题具体分析。