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1、第二节第二节动能动能势能势能目标导航预习导引目标导航预习导引二一三四一、功和能的关系一、功和能的关系1.能量:一个物体能够对其他物体做功,则该物体具有能量.2.功与能的关系:做功的过程就是能量转化的过程.做了多少功,就有多少能量发生了转化.所以功是能量转化的量度.目标导航二一预习导引三四二、动能二、动能1.定义:动能是物体由于运动而具有的能量.2.动能的大小:Ek=_.3.单位:在国际单位制中,动能的单位是焦耳,符号是J.4.动能是标量,且恒为正值,与物体速度方向无关.预习交流预习交流1物体的速度不同,则其动能一定不相同吗?答案:不一定.目标导航一预习导引二三四三、重力势能三、重力势能1.定义
2、:由物体所处位置的高度决定的能量叫做重力势能.2.公式:Ep=mgh,即物体的重力势能等于物体的重力和它所处 高度的乘积.3.单位:重力势能是标量,它的单位与功的单位相同,在国际单位制中为焦耳,符号为“J”,1 kg(m/s2)m=1 Nm=1 J.4.相对性:重力势能是相对的,大小与参考平面(零势能面)的选择有关,要确定重力势能,必须事先选定参考平面.在Ep=mgh中,h是物体相对于参考平面的高度.当物体在参考平面以上时,重力势能为正值;当物体在参考平面以下时,重力势能为负值.目标导航一预习导引二三四预习交流预习交流2参考平面的选取对重力势能及重力势能的差值有何影响?答案:由于物体的高度与参
3、考平面的选取有关,故选择不同的参考平面时,重力势能的大小是不同的;高度差与参考平面的选取无关,故重力势能的差值与参考平面的选取无关.目标导航一预习导引二三四四、弹性势能四、弹性势能1.定义:物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能.2.大小:弹性势能的大小跟形变的大小有关,形变越大,弹性势能也越大.对于弹簧来说,弹性势能还与弹簧的劲度系数有关,当形变量一定时,劲度系数越大的弹簧弹性势能也越大.3.势能:与相互作用物体的相对位置有关的能量叫做势能.一二三迁移应用典题例解知识精要四一、功和能的关系一、功和能的关系1.功与能的区别(1)功是过程量,与一段位移相联系,是力在空间的积累.(2)能是状
4、态量,与某个时刻(或某一位置)相对应.2.功与能的联系功和能都是标量,在国际单位制中的单位均是焦耳,二者之间的关系可从以下三个层次来理解(1)不同形式的能量之间可以发生相互转化.(2)能量的转化是通过做功来实现的,即做功的过程就是能量转化的过程,外力对物体做正功,物体的能量增加;外力对物体做负功(或者说物体克服外力做功),物体的能量减少.(3)做了多少功就有多少能量从一种形式转化为另一种形式,即功是能量转化的量度.一二三迁移应用典题例解知识精要四【例1】关于功和能的关系,下列说法中正确的是()A.功就是能,能就是功B.功可以变为能,能可以变为功C.做功的过程就是能量转化的过程D.功是物体能量的
5、量度解析:功和能是两个密切相关的物理量,但功和能有本质的区别,功是反映物体间在相互作用过程中能量变化多少的物理量,与具体的能量变化过程相联系,是一个过程量;能是用来反映物体具有做功本领的物理量,物体处于一定的状态(如速度和相对位置)就具有一定的能量,能是状态量.功是反映能量变化的多少,而不是反映能量的多少.答案:C一二三迁移应用典题例解知识精要四一二三迁移应用典题例解知识精要四(多选)力对物体做了100 J的功,下列说法正确的是()A.物体具有的能量增加了100 JB.物体具有的能量减少了100 JC.有100 J的能量发生了转化D.产生了100 J的能量答案:AC解析:做功的过程就是能量转化
6、的过程,力对物体做了100 J的功,说明有100 J的能量发生了转化,物体的能量增加了100 J,故A、C正确.迁移应用典题例解一二三知识精要四二、动能二、动能1.动能的表达式(1)公式:Ek=(2)单位:焦耳,符号J.1 J=1 kgm2/s2=1 Nm.2.对动能的理解(1)动能是一个状态量,动能的大小与物体的运动方向无关,只与物体的质量和运动速度的大小有关.例如:高速运动的炮弹具有很大的动能,可能穿透军舰厚厚的钢板进入舰体;运动的水流、气流(风)可以推动叶轮转动而使发电机发电.(2)动能是一个标量,没有负值.(3)动能具有相对性,一般以地面为参考系.(4)动能表述为物体由于运动而具有的能
7、,而不是运动物体具有的能,因为运动物体可能还具有其他形式的能.一二三迁移应用典题例解知识精要四【例2】(多选)对动能的理解,下列说法中正确的是()A.动能是机械能的一种表现形式,凡是运动的物体都具有动能B.动能总为正值,相对不同参考系,同一运动的物体动能大小相同C.一定质量的物体,动能变化时,速度一定变化;但速度变化时,动能不一定变化D.动能不变的物体,一定处于平衡状态解析:动能是物体由于运动而具有的能量,所以运动的物体都具有动能,A正确;由于 ,而v与参考系的选取有关,所以B错误;由于速度为矢量,当速度只有方向变化时其动能并不改变,故C正确;做匀速圆周运动的物体动能不变,但并不处于平衡状态,
8、故D错误.答案:AC一二三迁移应用典题例解知识精要四一二三迁移应用典题例解知识精要四关于同一物体的动能,下列说法中正确的是()A.物体速度变化,其动能一定变化B.物体所受的合外力不为零,其动能一定变化C.物体的动能变化,其运动状态一定发生改变D.物体的速度变化越大,其动能变化一定也越大答案:C解析:选项A中,若速度的方向变化而大小不变,则其动能不变化,故选项A错误.选项B中,物体受合外力虽不为零,但只要速度大小不变,其动能就不变化,如匀速圆周运动中,物体所受合外力不为零,但速度大小始终不变,动能不变,故选项B错误.选项C中,物体动能变化,其速度一定发生变化,故运动状态改变,选项C正确.选项D中
9、,物体速度变化若仅由方向变化引起,其动能可能不变,如匀速圆周运动中,速度变化,但动能始终不变,故选项D错误.思考探究迁移应用典题例解一二三四知识精要三、重力势能三、重力势能(一)对重力势能的理解1.特点(1)系统性:重力势能是物体和地球所组成的“系统”共同具有的能量,即重力势能具有系统性.(2)相对性:Ep=mgh与参考平面的选择有关,h是物体重心到参考平面的高度.同一个物体相对于不同的参考平面来说,其重力势能的大小不同,这就是重力势能的相对性.(3)标量性:只有大小没有方向,但有正、负,当物体在参考平面之上时,Ep取正值;当物体在参考平面之下时,Ep取负值.物体重力势能正、负的物理意义是表示
10、其比零势能大还是比零势能小,与功的正、负的物理意义不同.思考探究迁移应用典题例解一二三四知识精要2.重力势能跟重力做功密切相关,而重力是地球与物体之间的相互作用力.所以,严格来说,重力势能是地球与物体所组成的“系统”所共有的,而不是地球上的物体单独具有的.3.重力势能为零的物体也能对别的物体做功重力势能的大小具有相对性,其大小与参考平面的选取有关,所以重力势能为零的物体,是指物体处于参考平面上,并不能表明物体不具有做功的本领.如在地面上流动的一薄层水,若取地面为参考平面,则其重力势能为零,但当这些水流向更低处时仍可对别的物体做功.4.重力势能是状态量物体处于一定高度(即处于一定状态)时具有一定
11、的重力势能,只要这个高度(即状态)不变,它的重力势能就不会改变,这说明重力势能只与物体的状态有关,重力势能是状态量.思考探究迁移应用典题例解一二三四知识精要思考探究迁移应用典题例解一二三四知识精要(二)重力做功与重力势能的比较思考探究迁移应用典题例解一二三四知识精要迁移应用典题例解一二三四思考探究知识精要如图,幼儿园小朋友们正在兴高采烈地玩滑梯,请思考以下问题:(1)小朋友滑落到地面上时的重力势能一定为零吗?(2)小朋友从最高点滑落到地面过程中重力势能是增加还是减少?答案:(1)若选地面为参考平面,则小朋友滑落到地面上时的重力势能就一定为零;若选其他高度为参考平面,则小朋友滑落到地面上时的重力
12、势能就一定不为零.(2)根据重力势能的表达式知,小朋友沿滑梯下滑时,高度变低,重力势能减少.迁移应用典题例解一二三四思考探究知识精要【例3】(多选)关于重力势能与重力做功的下列说法中正确的是()A.物体受拉力和重力作用向上运动,拉力做功是1 J,但物体重力势能的增加量有可能不是1 JB.在同一高度,将物体以速率v向不同方向抛出,从抛出到落地的过程中,重力所做的功相等,物体所减少的重力势能也一定相等C.从同一高度落下的物体到达地面,考虑空气阻力和不考虑空气阻力的情况下重力势能的减少量是不同的D.用手托住一个物体匀速上举时,手的支持力做的功等于克服重力所做的功与物体重力势能的增量之和迁移应用典题例
13、解一二三四思考探究知识精要解析:据重力做功的特点,与经过的路径无关,与是否受其他力无关,只取决于物体的重力和始、末位置的高度差,故选项B正确,选项C错误;对于A选项,当物体加速运动时克服重力做功少于1 J,重力势能增加量少于1 J,物体减速运动时,克服重力做功即重力势能增加量大于1 J,只有物体匀速向上运动时,克服重力做功即重力势能增加量才是1 J,选项A正确;对于D选项,物体匀速上升,手的支持力大小等于物体的重力,二者移动的距离相同,所以手的支持力做的功等于克服重力做的功,又WG=-Ep,故手的支持力做的功也等于物体重力势能的增加量,而不是等于二者的和,故选项D错误.答案:AB迁移应用典题例
14、解一二三四思考探究知识精要迁移应用典题例解一二三四思考探究知识精要1.如图所示,桌面高为h,质量为m的小球从离桌面高H处自由落下,不计空气阻力.假设桌面处的重力势能为0,则小球落到地面前瞬间的重力势能为()A.mghB.mgHC.mg(h+H)D.-mgh答案:D解析:地面在零势能面下方,所以Ep=-mgh.迁移应用典题例解一二三四思考探究知识精要2.关于重力势能,下列说法中正确的是()A.物体的位置一旦确定,它的重力势能的大小也随之确定B.物体与零势能面的距离越大,它的重力势能也越大C.一个物体的重力势能从-5 J变化到-3 J,重力势能减少了D.重力势能的变化量与零势能面的选取无关答案:D
15、解析:由重力势能的表达式Ep=mgh知重力势能的大小与质量和高度两个因素有关,而高度与零势能面的选择有关,所以物体的位置一旦确定,但重力势能的大小并没有确定,选项A错误;由重力势能的表达式Ep=mgh知物体与零势能面的距离越大,若物体在零势能面的上方,重力势能为正值,它的重力势能也越大;若物体在零势能面的下方,重力势能为负值,它的重力势能则越小,选项B错误;重力势能是标量,一个物体的重力势能从-5 J变化到-3 J,重力势能增大了,选项C错误;重力势能的变化量Ep=mgh,则知重力势能的变化量与高度差有关,与零势能面的选取无关,选项D正确.知识精要迁移应用典题例解一二三四四、弹性势能四、弹性势
16、能1.定义:发生弹性形变的物体的各部分之间,由于有弹力的相互作用,也具有势能,这种势能叫弹性势能.2.弹性势能的大小弹性势能的大小跟形变量的大小有关,形变量越大,弹性势能也越大,对于弹簧来说,弹性势能还与劲度系数有关,当形变量一定时,劲度系数越大的弹簧弹性势能也越大.3.特性:弹性势能是跟弹力有关的势能,它也具有势能的共性.首先,弹性势能也是系统所具有的,当物体发生弹性形变时,组成物体的各部分之间,产生了相互作用的弹力,物体就是由相互作用的各部分组成的系统.弹性势能也是由位置决定的,发生弹性形变的物体,各部分之间的相对位置发生了变化,从而产生了对抗形变的弹力,物体的形变量越大,物体所具有的弹性
17、势能也就越大,跟重力势能的变化是由重力做功来量度一样,弹性势能的变化是由弹力做功的多少来量度.一二三四知识精要迁移应用典题例解【例3】关于弹性势能的大小,下列说法正确的是()A.当弹簧变长时,它的弹性势能一定增大B.当弹簧变短时,它的弹性势能一定变小C.当拉伸长度相同时,k越大的弹簧,它的弹性势能越大D.弹簧拉伸时的弹性势能一定大于压缩时的弹性势能解析:弹簧的弹性势能的大小,除了跟劲度系数k有关外,还跟它的形变量有关.如果弹簧原来处在压缩状态,当它变长时,它的弹性势能减小,在原长处时其弹性势能最小,所以A、B、D均不对.答案:C一二三四知识精要迁移应用典题例解一二三四知识精要迁移应用典题例解(
18、多选)如图所示,一个物体以速度v0冲向与竖直墙壁相连的轻质弹簧,墙壁和物体间的弹簧被物体压缩,在此过程中,以下说法正确的是()A.物体对弹簧做的功与弹簧的压缩量成正比B.物体向墙壁运动相同的位移,弹力做的功不相等C.弹簧的弹力做正功,弹性势能减少D.弹簧的弹力做负功,弹性势能增加答案:BD解析:由功的计算公式W=Fscos 知,恒力做功时,做功的多少与物体的位移成正比,而弹簧对物体的弹力是一个变力,所以A不正确;弹簧开始被压缩时弹力小,弹力做的功也少,弹簧的压缩量变大时,物体移动相同的距离弹力做的功多,故B正确;物体压缩弹簧的过程,弹簧的弹力与弹力作用点的位移方向相反,所以弹力做负功,弹性势能增加,故C错误,D正确.
