专题06 动能的影响因素-【知识点+模拟题】2024年中考物理复习讲义

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实验专题06 动能的影响因素
实验必备知识点
一、能量
1、定义：物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量。
2、一个物体能够做的功越多，表示这个物体的能量越大。
3、单位：焦耳，符号：J，能的单位与功的单位相同。
二、动能
1、定义：物体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、影响动能大小的因素：物体的质量和物体运动的速度。
（1）质量相同的物体，运动的速度越大，物体的动能越大。
（2）运动速度相同的物体，质量越大，物体的动能越大。
三、探究动能的影响因素实验
1、实验装置
2、实验万法
(1)转换法的应用:通过木块的移动距离来反映钢球动能的大小;
(2)控制变量法的应用:
①探究动能的大小与速度的关系时，让同一钢球从斜面的不同高度由静止释放，观察木块被推动的距离;
②探究动能的大小与质量的关系时，让质量不同的钢球从斜面的同一高度由静止释放，观察木块被推动的距离。
3、注意事项
(1)控制钢球从斜面同一高度静止释放的原因是控制小球进入水平面的初速度相同
(2)若水平面绝对光滑，不能得出实验结论
(3)木块最终停下来的原因是力可以改变物体的运动状态
(4)钢球从斜面顶端运动到底端的过程中重力势能转化为动能;
从斜面底端直至停止的过程中，动能转化为内能;
4、实验结论:
在物体的运动速度相同时，物体的质量越大，动能越大
在物体的质量相同时，物体的速度越大，动能越大
模拟题练习
小聪利用如图所示装置探究“物体动能的大小与哪些因素有关”。

（1）该实验是通过观察木块被钢球推动的距离，从而判断______（填“木块”或“钢球”）动能的大小；
（2）甲、乙两次实验中，将质量不同的钢球拉到相同的高度。由静止释放，小球向下摆动过程中，小球的重力势能转化为动能。观察到质量大的钢球将木块推动的距离远，说明动能的大小和______有关；
（3）甲、丙两次实验中，将质量相同的钢球拉到不同的高度，由静止释放，观察木块被推动的距离，可以探究动能的大小和______的关系；
（4）小聪将木块下的铁板换成光滑的玻璃板，观察木块被钢球推动的距离。我们可以探究______对物体运动的影响。
【答案】 ①. 钢球 ②. 质量 ③. 速度 ④. 阻力
【解析】
【详解】（1）[1]该实验中钢球动能的大小是通过木块移动的距离体现的，木块被撞的越远，说明钢球的动能越大，被撞的越近，说明钢球的动能越小，这里采用了转换法的思想。
（2）[2]甲、乙两次实验中，不计空气阻力，钢球的机械能是守恒的，保持不变；观察到质量大的钢球将木块推动的距离更远，说明钢球对木块做功越多，钢球的动能越大，由此可以说明动能的大小和质量有关。
（3）[3]甲、丙两次实验中，将质量相同的钢球由不同的高度，静止释放，高度越高，撞击木块前的速度越大，木块移动的距离越远，动能越大，所以可以探究动能的大小和速度的关系。
（4）[4]玻璃板表面比铁板更光滑，小聪将木块下的铁板换成光滑的玻璃板，在压力相同的情况下，接触面的粗糙程度改变，受到的阻力不同，通过观察木块被钢球推动的距离，可以探究阻力对物体运动的影响。
如图是探究“物体动能的大小与什么因素有关”的实验示意图。小明同学让同一钢球分别从斜面由静止开始滚下，撞击木块。
（1）该实验是通过观察木块移动的距离来判断______（选填“钢球”或“木块”）动能的大小；
（2）利用如图所示的实验情景，可以得到的结论是：______；
（3）在探究动能的大小与质量关系时，当换用另一个钢球实验时，发现它将木块撞出了木板，要继续完成此实验，下列措施中可行的是：______（选填序号）；
①换质量更大的木块； ②降低第二次钢球的高度；
③换质量更大的钢球； ④换质量更小的钢球；
（4）小明由此实验还联想到探究牛顿第一定律的实验，让同一个小车沿同一斜面的同一个高度由静止开始向下运动，到达毛巾、棉布、玻璃三种不同水平面上继续向前运动直到停止，在水平面运动的整个过程中，克服摩擦力做的功______（选填“相等”或“不相等”）。小车在毛巾和玻璃表面克服阻力做功的功率分别是 P1、P2，则 P1______P2；（选填“＞”或“＝”或“＜”）
（5）小明同学尝试改用如图丙所示装置探究“物体动能大小与哪些因素有关”，经过思考设计了以下两个实验方案：
实验方案一：探究动能大小与速度的关系：用同一钢球将同一弹簧压缩至不同程度后由静止释放，撞击同一木块，比较木块被撞击的距离；
实验方案二：探究动能大小与质量的关系：用质量不同的钢球将同一弹簧压缩相同程度后由静止释放，撞击同一木块，比较木块被撞击的距离；
关于小明的实验方案，______。（填序号）
A．只有实验方案一可行 B．只有实验方案二可行
C．两个实验方案均可行 D．两个实验方案均不可行
【答案】 ①. 钢球 ②. 质量相同时，速度越大，动能越大。 ③. D ④. 相等 ⑤. ＞ ⑥. A
【解析】
【详解】（1）[1]钢球从斜面滑下来，到达水平面时有速度，故有动能，对木块做功，木块移动的距离越大，钢球的动能越大。
（2）[2]对比甲、乙实验，钢球的质量不同，不同高度静止释放，到底水平面的速度不同，推动木块移动的距离不同，甲实验中钢球到达水平面时速度大，对外做功多，故甲实验中钢球动能大，故结论为质量相同时，速度越大，动能越大。
（3）[3] A．换质量更大的木块，多了一个变量影响木块移动距离，故无法根据木块移动的距离来判断动能与质量关系，故A不符合题意；
B．若降低高度，改变了小球的到达水平面的速度，多个变量影响实验结果，故B不符合题意；
C．换质量更大的钢球，钢球具有的动能更大，木块还是会冲出木板，没有解决实验问题，故C不符合题意；
D．换质量更小的钢球，钢球具有的动能变小了，木块可能不会冲出木板，故该方案可行，故D符合题意。
故选D。
（4）[4][5]让同一个小车沿同一斜面同一个高度由静止开始向下运动，小车的动能相同，在接触面不同的斜面滑行时，都是克服摩擦力做功，都是将动能全部转化为内能，故克服摩擦力做的功相等；小车在玻璃运动时间长，即克服摩擦力做功时间长，根据可知，克服摩擦力做的功相同，故小车在玻璃上的功率小于在毛巾上的功率。
（5）[6]实验方案一用同一钢球将同一弹簧压缩至不同程度后由静止释放，弹性势能转化为钢球的动能，弹簧形变程度不同，小球的速度不同，控制了质量相同，通过观察木块移动的距离来判断动能的大小，故是可行的；而实验方案二用质量不同的钢球将同一弹簧压缩相同程度后由静止释放，相同的弹性势能转化为动能，故动能的大小相同，质量不同，钢球的速度不同，而本实验中，需要改变质量，控制速度相同，故方案二不可行，故综上所述，A符合题意；BCD不符合题意。
故选A。
如图所示，在探究物体的动能与哪些因素有关时，让同一小车从同一斜面的不同高度由静止释放，撞击水平面上同一木块。

（1）本实验探究的是___________（选填“木块”、“小车”或 “斜面”）的动能与速度的关系，实验中是通过观察___________来比较动能大小的；
（2）若操作正确，第二次实验木块最终的位置如图乙所示，则此实验的结论是：在质量相同的情况下，___________；
（3）若要验证动能大小与另外一个因素的关系，需要添加的一个器材是___________（选填“砝码”、“毛巾”或“测力计”）；
（4）若水平面完全光滑，那么该实验探究还能否顺利进行？___________（选填“能”或“不能”）。此时的小车将一直做___________运动（假设轨道足够长）。
【答案】 ①. 小车 ②. 木块移动的距离 ③. 速度越小，物体的动能越小 ④. 砝码 ⑤. 不能 ⑥. 匀速直线
【解析】
【详解】（1）[1][2]实验中，运用转换法通过观察木块移动距离的远近，来得到小车动能的大小，所以实验中研究的是小车的动能。
（2）[3]甲、乙两次实验中，小车的质量相同，下车在斜面的不同高度下滑，小车在斜面的高度越低，小车到达斜面的底端速度越小，木块移动的距离越小，说明：速度越小，物体的动能越小。
（3）[4]动能的另一个影响因素是质量，所以探究过程中需要改变小车的质量，因此实验还需要砝码。
（4）[5][6]若水平面光滑，小车到达水平面后将会一直做匀速直线运动，因此无法通过距离的远近来得到动能的大小。
“交通事故十个里头八个快”，说明车速过快导致的交通安全事故很多。小明看到高速公路旁标志牌上显示不同车型设定的最大速度不一样，如图甲所示，大型客车及大货车的最大速度比小汽车的低，他猜想动能的大小跟物体的速度和质量有关。于是他设计实验探究影响动能大小的因素，选用的实验器材有：斜面、长木板、钢球A和B（A的质量大于B的质量）、木块、小车、刻度尺。
如图乙所示，实验步骤如下：
首先，让钢球A从斜面一定高度由静止开始滚下，在水平面上运动，撞到木块后，能将木块推出一段距离，记录多组钢球A在斜面的高度h和木块被钢球撞击后移动的距离s1。然后，换用钢球B重复上边的实验，记录多组钢球B在斜面的高度h和木块被钢球撞击后移动的距离s2。

实验数据如下表：
（1）实验中木块的作用是_________；
（2）让钢球从斜面不同高度滑下来的目的是_________；
（3）实验时，小明发现钢球撞击木块，木块常常被撞偏，请你提出一个解决办法：_________；
（4）分析钢球A撞击后木块移动的距离s1与h的多组实验数据，可初步得到的结论是_________；
（5）分析表中数据，请你说明大型客车及大货车最大速度比小汽车低的道理是_________。
【答案】 ①. 反映钢球动能的大小 ②. 使钢球到达水平面的速度不同 ③. 在斜面上装一轨道，让钢球沿轨道滚下（合理即可） ④. 质量一定，物体的速度越大，动能就越大 ⑤. 速度相同时，质量越大动能就越大，若发生碰撞，造成的伤害会更严重
【解析】
【详解】（1）[1]该实验采用转换法，将刚球的动能转化为木块移动的距离，木块移动的距离越远，刚球的动能越大。
（2）[2]实验中为了探究动能与物体的速度是否有关，应控制钢球质量相同，到达水平面时的速度不同，因此让钢球从斜面不同高度滑下来，是为了让钢球到达水平面的速度不同。
（3）[3]钢球撞击木块，木块常常被撞偏，可以在斜面上装一轨道，让钢球沿轨道滚下。
（4）[4]由表格数据可知，钢球在斜面上的高度h越高，钢球A撞击后木块移动的距离s1越远，因此可初步得到的结论是：质量一定，物体的速度越大，动能就越大。
（5）[5]由表格数据可知，当钢球所处的高度相同时，质量越大的钢球撞击木块移动的距离更远，具有的动能越大。大型客车及大货车比小汽车的质量大，当速度相同时，其动能较大，若发生紧急情况，造成的伤害会更严重，因此在相同的道路上，大型客车及大货车的最大速度比小汽车低。
如图是探究“物体动能的大小与什么因素有关”的实验示意图。小明同学让同一钢球分别从斜面由静止开始滚下，撞击木块。
（1）该实验是通过观察木块移动的距离来判断 钢球 （选填“钢球”或“木块”）动能的大小；
（2）利用如图所示的实验情景，可以得到的结论是： 质量一定时，物体的速度越大，动能越大 ；
（3）在探究动能的大小与质量关系时，当换用另一个钢球实验时，发现它将木块撞出了木板，要继续完成此实验，下列措施中可行的是： ④ （选填序号）。
①换质量更大的木块：
②降低第二次钢球的高度；
③换质量更大的钢球；
④换质量更小的钢球；
（4）小明由此实验还联想到探究牛顿第一﹣定律的实验，让同一个小车沿同一斜面的同一个高度由静止开始向下运动，到达毛巾、棉布、玻璃三种不同水平面上继续向前运动直到停止，在水平面运动的整个过程中，克服摩擦力做的功 相等 （选填“相等”或“不相等”）。小车在玻璃、毛巾表面克服阻力做功的功率分别是P1、P2，则P1 ＜ P2。（选填“＞”或“＝”或“＜”）
（5）小明同学尝试改用如图丙所示装置探究物体动能大小与哪些因素有关”，经过思考设计了以下两个实.验方案：
实验方案一：探究动能大小与速度的关系：用同一钢球将同一弹簧压缩至不同程度后由静止释放，撞击同一木块，比较木块被撞击的距离；
实验方案二：探究动能大小与质量的关系：用质量不同的钢球将同一弹簧压缩相同程度后由静止释放，撞击同一木块，比较木块被撞击的距离。
关于小明的实验方案， A 。（填序号）
A.只有实验方案一可行
B.只有实验方案二可行
C.两个实验方案均可行
D.两个实验方案均不可行
【答案】 （1）钢球；（2）质量一定时，物体的速度越大，动能越大；（3）④；（4）相等；＜；（5）A。
【解析】
（1）实验中通过观察木块被撞击后滑行的距离的大小来间接判断钢球动能的大小，该方法是转换法；
（2）根据图示可知，小球的质量不变，滚下的高度不同，到达水平面时的速度不同，所以探究的是动能大小与速度的关系，钢球的速度越大，撞击木块移动的距离越大，动能越大；结论为：在质量一定时，物体的速度越大，动能越大；
（3）在探究动能的大小与质量关系时，需要控制速度大小不变，改变质量，当换用另一个钢球实验时，发现它将木块撞出了木板，这说明该球的质量太大了；
①换质量更大的木块，改变了摩擦力的大小，故①错误；
②实验中需要控制速度相同，不能降低第二次钢球的高度，故②错误；
③换质量更大的钢球，则更容易使木块滑出木板，故③错误；
④换质量更小的钢球，能减小木块移动的距离，故④正确；
故选④；
（4）物体克服摩擦力做功的能量来自物体的动能，而动能一开始是相等的，最终物体停下来，动能为零，因此说明，小球无论在什么样的水平面上，克服摩擦力做的功是相等的；
小车在玻璃、毛巾表面克服阻力做功的功率分别是P1、P2，接触面越光滑，小车的运动距离越远，运动时间越长，由于克服摩擦所做的功相同，根据P＝可知，则P1＜P2；
（5）方案一：质量相同的钢球将同一弹簧压缩不同程度后静止释放，撞击同一木块，将木块撞出一段距离进行比较。可以研究钢球的动能大小与速度的关系；
方案二：若用质量不同的钢球将同一弹簧压缩相同程度后静止释放，撞击同一木块，撞击的动能由弹簧的弹性势能转化而来，而弹簧的弹性势能的大小与形变程度有关，故弹簧势能相同，转化出的动能相同，因此，木块最终移动的距离相同，这样是不能完成实验的；
故选A。
故答案为：（1）钢球；（2）质量一定时，物体的速度越大，动能越大；（3）④；（4）相等；＜；（5）A。
让一系于橡皮筋一端的小球从某悬挂点O的正下方P点由静止释放如图甲所示，整个下落过程中，橡皮筋所受弹力F与小球下落高度h的关系如图乙所示；小球下落的速度v与下落高度h的关系如图丙所示（不考虑空气阻力）。已知该轻质橡皮筋每受到0.1N的拉力就伸长1cm，经测量小球从P点下落到a、b、c三点的距离分别为：ha＝0.4m，hb＝0.5m，hc＝0.7m。
（1）小球从a点到c点的过程中，小球动能变化情况是 先变大再变小 （变大/变小/先变大再变小/不变/先变小再变大）；
（2）当橡皮筋弹性势能最大时，小球处于 非平衡 状态（平衡/非平衡）；
（3）实验中所用小球的重力为 1 N。由a点到b点，动能变化量 小于 （大于/小于/等于）重力势能变化量。
【答案】 （1）先变大再变小；（2）非平衡；（3）1；小于。
【解析】
（1）小球在下落的过程中，橡皮筋逐渐发生弹簧形变，橡皮筋力由小变大，当重力大于弹力时小球受合力向下，小球加速下落；
当弹力等于重力时，小球受到合力为0，速度达到最大；
当弹力大于小球重力时，合力向上，小球开始做减速运动。
由此可知小球下落速度的变化情况是：先变大后变小；
（2）当橡皮筋伸长量最大时，小球速度减小为0，小球受力不平衡，所以处于非平衡状态；由于弹力大于重力，合力向上，小球会向上运动；
（3）由图可知，在hb处时小球的速度是最大的，重力等于弹力；此时橡皮筋的伸长量为hb＝0.5m﹣0.4m＝0.1m，橡皮筋每受到0.1N的拉力就伸长1cm，则弹力为F＝×0.1N＝1N；所以小球的重力为1N；
此过程中，小球的重力势能转化为小球的动能和弹性势能，所以动能变化量小于重力势能变化量。
故答案为：（1）先变大再变小；（2）非平衡；（3）1；小于。
问题总结
一：机械能的转化和守恒理解。
（1）做功角度：只有重力或弹力做功，无其它力做功；其它力不做功或其它力做功的代数和为零；系统内如摩擦阻力对系统不做功。
（2）能量角度：首先只有动能和势能之间能量转化，无其它形式能量转化；只有系统内能量的交换，没有与外界的能量交换。
（3）机械能守恒一般都是理想状态下才发生的，物体能量的转化一般都不太可能只有机械能的转化，还有其他能量的转化。
（4）机械能守恒是有条件的，只有重力或弹力做功时，机械能是守恒的。
（5）在动能和势能相互转化中，若受摩擦等阻力，则机械能的总和减少。
（6）“在光滑面上”、“不计空气阻力”等文字，表示没有摩擦等阻力，此时机械能总和可看作是不变的。
（7）人造地球卫星的运动，近地点动能（速度）最大，势能最小；远地点势能最大，动能（速度）最小，近地点向远地点运动时，动能转化为势能，远地点向近地点运动，势能转化为动能，整个过程机械能守恒。
（8）滚摆上升下落过程中，如果不计空气阻力，机械能守恒。上升动能转化为重力势能，下降重力势能转化为动能，最低点速度最大，动能最大；最高点重力势能最大，动能最小；下降过程反之。
考虑空气阻力，滚摆每次上升高度减小，机械能转化为内能。
二、动能的影响因素注意重点
（1）影响因素是速度和质量，千万不能填写高度。改变高度是为了控制进入水平面的初速度不同。
（2）考虑变种实验的时候一定要考虑能量的转移和转化。
钢球在斜面上的高度h/cm
6
8
10
12
14
钢球A撞击后木块移动的距离s1/cm
5
7.5
11
15
20
钢球B撞击后木块移动的距离s2/cm
4
6
8.5
12
16