初中物理人教版八年级下册11.3 动能和势能测试题

这是一份初中物理人教版八年级下册11.3 动能和势能测试题，共47页。
知识点1：能量
认识能量
（1）能量∶物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量，简称能。如图所示，流动的空气、变形的撑竿、高处的重锤都能对其他物体做功，因此它们都具有能量。
（2）单位∶国际单位制中，能量的单位是焦耳（J），与功的单位相同。
理解能量与做功
（1）一个正在做功的物体一定具有能量，一个具有能量的物体不一定正在做功。"能够对外做功"是指这个物体具有做功的本领，但它不一定做了功或者正在做功。
（2）功和能量的关系∶
①功是能量转化的量度，功是一个过程量，而能量是物体本身具有的，是一个状态量。
②做功的过程，一定伴随着能量的转化。物体做功越多，说明某种形式的能转化为其他形式的能就越多。
应用1：能量概念的理解
【典例1】关于能的概念，下列说法中正确的是（ ）
A．物体只有做了功，我们才说它具有能
B．物体能够做功，我们就说它具有能
C．具有能的物体，它正在做功
D．物体做的功越少，具有的能就越少
知识点2：动能
1.概念∶物体由于运动而具有的能，叫做动能。
2.具有动能的物体∶一切运动的物体都具有动能。如风吹动帆船，使肌船前进，风对帆船做了功，说明流动的空气具有能量（动能）;子弹击穿苹果，子弹对苹果做了功，说明运动的子弹具有能量（动能）。
动能是物体"由于运动具有的能量"，不能理解为"运动的物体具有的能量"
一切运动的物体都有动能，动能指的是与物体运动有关的能量，不能理解为"运动的物体具有的能量"，因为运动的物体不只具有动能，它还可能具有其他形式的能量，如重力势能、弹性势能、内能等。
3.影响物体动能大小的因素
（1）速度∶质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大;
（2）质量∶运动速度相同的物体，质量越大，它的动能越大。
判断物体动能大小的变化
在分析物体的动能大小变化时，必须同时考虑物体的质量和运动速度是否发生变化，不能只考虑其中一个因素。注意有些物体自身质量的变化，如洒水车洒水时或飞机空投物资时总质量在不断减小;道路清扫车清扫过程中总质量在不断增大。
应用 2 动能大小的判断
【典例1】2021年10月16日，搭载“神舟十三号”载人飞船的“长征二号F“遥十三运载火箭，在酒泉卫星发射中心点火起飞。火箭加速升空过程中，飞船的动能 ；在整个过程中，飞船具备能量的总和 。（均选填“增大”、“减小”或“不变”）
【典例2】小明用如图装置“探究动能大小与速度的关系”，下列说法正确的是（ ）
A．实验研究对象是木块
B．水平表面必须光滑
C．让不同的小车从斜面同一高度由静止释放
D．让同一小车从斜面的不同高度由静止释放
知识点3：势能
1.重力势能
（1）定义∶物体由于受到重力并处在一定高度时所具有的能，叫做重力势能。
（2）具有重力势能的物体∶高处的物体都具有重力势能。比如打桩机上被举高的重锤具有重力势能，可以将桩打入地下;山上的石头具有重力势能，掉下时会对人或物造成伤害。
理解：对物体重力势能的理解
重力势能定义中的"高度"是指相对高度，例如在山顶有一块石头，如果以地面为参照物，石头具有重力势能，如果以山顶为参照物，其重力势能为零;一般情况下我们都是以地面为参照物来确定物体是否具有重力势能。
（3）影响物体重力势能大小的因素
①质量∶高度相同的物体、质量越大，它的重力势能越大;
②高度∶质量相同的物体，高度越高，它的重力势能越大。
重点：重力势能大小的比较
物体的重力势能由质量和高度共同决定，质量大的物体，重力势能不一定大，高度高的物体重力势能也不一定大;在比较重力势能的大小时，要同时比较物体的质量和高度。
2.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。
（2）具有弹性势能的物体∶发生弹性形变的物体都具有弹性势能。如图所示，被拉长的弹弓 、张开的弓、变形的蹦床等都具有弹性势能。
理解：怎样判断物体是否具有弹性势能
判断一个物体是否具有弹性势能，关键是看该物体是否发生了弹性形变。若物体只有弹性而没有发生形变，则物体不具有弹性势能，如处于自由状态的弹簧;若物体发生形变而无弹性，此时物体也不具有弹性势能，如把橡皮泥捏成小动物，橡皮泥发生形变，但它的形变不是弹性形变，它也不具有弹性势能。
（3）影响弹性势能大小的因素
另外，物体的弹性势能大小还和物体的材料有关。
综上，影响弹性势能大小的因素有物体的材料和物体在弹性限度内发生弹性形变的程度。在材料相同时，弹性形变越大，弹性势能就越大。
3.势能
（1）定义∶重力势能和弹性势能统称为势能。
（2）动能与势能的辨析
应用 3 重力势能的比较
【典例1】如图所示，货架上A、B、C、D四个体积相同的实心球，已知ρA＝ρB＞ρC＝ρD。则A与B相比， 重力势能大，B与C相比， 重力势能大。
应用 4 重力势能变化的判断
【典例2】冬奥会上，谷爱凌勇于拼搏获得2枚金牌。图为谷爱凌在大跳台比赛中加速下落时的情景，此过程中谷爱凌的（ ）
A．动能增大，重力势能增大
B．动能增大，重力势能减小
C．动能减小，重力势能增大
D．动能减小，重力势能减小
应用 5 弹性势能的判断
【典例3】发生形变的物体具有弹性势能，下列事例中不是利用弹性势能工作的是（ ）
A．利用撑竿跳高
B．利用跳板跳水
C．利用玩具弹簧枪将“子弹”射出
D．用力踩自行车能上到较高处
实验探究1：探究物体的动能跟哪些因素有关
【实验猜想】动能大小可能跟物体的质量、速度有关。
【实验图示】
【实验步骤】
（1）如图甲所示，让质量为 m 的小球从斜面上高度为 h 处由静止滑下，运动到水平面上后撞击小木块，测量小木块在水平面上滑行的距离，并将相关数据填入表格;
（2）如图乙所示，让质量为 m 的小球从同一斜面上高度为2h处由静止滑下，运动到水平面上后撞击同一位置的同小本块测量小木块在水平面上滑行的距离，并将相关数据填入表格;
（3）如图丙所示，让质量为 2m 的小球从同一斜面上高度为 2h处由静止滑下，运动到水平面上后撞击同一位置的同一小木块，测量小木块在水平面上滑行的距离，并将相关数据填入表格。
物理方法：转换法、控制变量法
（1）转换法∶小球的动能大小无法直接观察，实验中将小球的动能大小转换为被撞击木块运动距离的大小，这是转换法的应用。
（2）控制变量法∶实验中应注意控制变量法的应用。探究动能大小与速度的关系时，应保证小球质量相同，到达水平面的速度不同，即图甲、乙;探究动能大小与质量的关系时，应控制小球到达水平面的速度相同，质量不同，即图乙、丙。还要注意保持其他因素不变，如实验过程中要使用同一个斜面（粗糙程度、倾角不变）、被撞击的是同一个木块等。
知识拓展：从斜面滑下的物体的速度
小球在光滑斜面上由静止开始滚下，到达斜面底端时的速度大小只与起点的高度有关，高度越高，到达底端时的速度就越大，与其他因素无关;因此质量不等的小球从斜面的同一高度由静止释放，运动到水平面时，它们的速度大小相等。
【实验记录】
【实验分析】对比 1、2 两组数据可知，从斜面不同高度处释放同一小球.起点高的小球到达底端的速度大，木块被撞击后运动的距离长，小球对木块做功多，表明速度大的小球动能大;对比 2 、3 两组数据可知，将质量不同的小球从斜面同一高度释放，它们到达斜面底端的速度相同，但木块被质量大的小球撞击后运动的距离长，质量大的小球对木块做的功多，表明质量大的小球的动能大。
【实验结论】物体动能的大小与物体的速度和质量有关，速度越大，质量越大，物体所具有的动能就越大。
实验探究 2 探究物体的重力势能跟哪些因素有关
【实验猜想】重力势能可能跟物体的高度、质量有关。
【实验图示】
【实验步骤】
（1）如图甲、乙所示，将质量相等（均为 m）的重物分别从不同高度（高度分别为h和 2h）由静止释放，记录这两次实验小桌陷下去的深度;
（2）如图乙、丙所示，将质量不等（分别为 m 和 M）的重物从相同高度（均为2h）由静止释放，记录这两次实验小桌陷下去的深度。
【注意事项】（1）实验操作时，要注意使重物下落后击中小桌的中部，以免小桌发生歪斜，影响陷入深度的测量。
（2）每次实验后要将实验小桌恢复原样放置。
物理方法：转换法、控制变量法
（1）转换法∶重物的重力势能大小无法直接观察，实验中将重物的重力势能大小转换为被撞击的小桌陷入沙子的深度，这是转换法的应用。
（2）控制变量法∶实验中应注意控制变量法的应用。探究重力势能大小与高度的关系时，应保持重物质量相同，高度不同，即图甲、乙;探究重力势能大小与质量的关系时，应控制高度相同，质量不同，即图乙、丙。
【实验记录】
【实验分析】实验1 和2 中，重物的质量相同，距桌面的高度不同，高度高的重物使小桌陷入得深，说明重物被提起高度越高，对"小桌"做功越多，具有的重力势能越大;实验2 和3 中，重物的质量不同，距桌面的高度相同，质量大的重物使小桌陷入得深，说明重物的质量越大，对"小桌"做功越多，具有的重力势能越大。
【实验结论】物体的重力势能与物体的质量和高度有关，质量越大，高度越高，物体所具有的重力势能就越大。
【典例1】在探究“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验中，让质量不同的铁球从斜面的同一高度由静止释放，撞击同一木块，能将木块搬出一段距离。如图甲所示，请回答下列问题：
（1）实验中所探究物体的动能是指 （铁球/木块）的动能。该实验是通过观察 的大小来比较动能的大小。
（2）让质量不同的铁球从斜面的同一高度由静止释放的目的，是控制 不变时，探究动能大小与 的关系。
（3）有同学将实验装置改进成图乙所示，用铁球将同一弹簧压缩后释放，撞击同一木块，将木块撞出一段距离进行比较。该数置不可以探究动能大小与 （质量/速度）的关系，理由是 。
（4）甲、乙两组实验分别是利用重力势能和 能来转化成动能的。
【典例2】某物理实验小组在探究“影响重力势能大小的因素”时，提出了如下猜想：
猜想一：重力势能的大小可能与物体的质量有关；
猜想二：重力势能的大小可能与物体所在的高度有关；
猜想三：重力势能的大小可能与物体的运动路径有关。
为了验证猜想，他们准备了如下实验器材：
花泥（易产生塑性形变），刻度尺，体积相同、质量为m的小球3个和质量为2m的小球1个。所用实验装置如图所示（小球在光滑管道中运动的能量损失不计）。实验中均让小球从图中高度自由下落，待小球静止后，分别用刻度尺测出小球陷入花泥的深度。请你根据图中实验情景完成下列内容。
（1）本实验是通过观察 来判断重力势能大小的。
（2）比较A、B两球，由此可得出结论： 。
（3）比较 两球，可得出结论：当物体 相同时，高度越高，具有的重力势能越大。
（4）比较C、D两球可知：重力势能大小与物体运动的路径 （选填“有关”或“无关”）。
易错点：分析动能、势能的变化时，只考虑了其中一个因素而忽视了另一个因素
【典例1】西安世园会上，车身离地30cm高的电动无人扫地车在平直路面上匀速前进并将地面上的落叶吸入车内。此过程中，扫地车的动能 ，重力势能 （均填“变大”、“变小”或“不变”）。
重难突破1：判断物体具有什么形式的能
【典例1】如图所示，福娃小健将正在拉弓射箭，下列有关机械能的讨论正确的是（ ）
A．放在张紧了的弓上的箭，具有弹性势能
B．放在张紧了的弓上的箭，具有动能
C．射出的箭具有动能，同时也具有重力势能
D．射出的箭仅具有重力势能
【针对训练1】下列物体中，只具有动能的是 ；只具有重力势能的是 ；只具有弹性势能的是 ；既具有动能又具有势能的是 。（均选填序号）
①水平地面上行驶的汽车
②被拉长的橡皮筋
③空中飞翔的鸽子
④水平草地上滚动的足球
⑤从斜坡上滚下的石头
⑥矗立在山上的巨石
重难突破 2 探究影响动能或势能大小的因素
【典例2】李烨在探究“物体动能大小与哪些因素有关”的实验中，选择了质量不同的两个小球、斜面和木块等器材。
（1）甲图实验中，探究的“动能”是指 。
A．小球在斜面上时的动能
B．小球撞击木块时的动能
C．小球撞击木块后的动能
D．小球在刚释放时的动能
（2）为控制小球到达水平面时的速度相等，李烨应让不同质量的小球从斜面的 （选填“不同”或“相同”）高度处释放；用甲图中的装置 （选填“能”或“不能”）探究动能大小与速度的关系；实验过程中是通过 来反映小球的动能大小。
（3）被碰撞的木块在水平木板上滑行一段距离后停下，设木块克服摩擦力做功为Wf，碰撞后木块获得的动能为Ek，忽略空气阻力，则Wf Ek（选填“＞”“＜”或“＝”）。
（4）李烨还想用质量不同的小球将同一弹簧压缩相同程度后由静止释放，撞击同一木块，探究小球的动能大小与质量的关系，如乙图所示，这个设计方案 （选填“可行”或“不可行”）。
【针对训练2】在探究弹性势能的大小跟哪些因素有关时，小明提出了如下猜想：
猜想一：弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有关；
猜想二：弹性势能的大小是弹簧的材料有关。
为此，小明选用材料不同的两根弹簧A和B（长度和粗细相同），小球、木块和长刻度尺各一，设计了如图所示的实验装置进行探究。实验中，木块起始位置相同。最后得出以下实验记录表。
（1）由于弹性势能的大小不便用仪器测量，本实验把弹性势能的大小转换为测量木块移动的距离，这种研究方法叫转换法。下列实验中用到此方法的是 （填序号）。
①探究“杠杆的平衡条件”
②探究“温度的测量中用液面的升降表示物体的冷热程度”
（2）请将探究猜想一的方案补充完整。
①将弹簧A、小球、木块按如图安装好；
②压缩弹簧，使其长度为5cm。放手后，小球被弹出，推动木块移动了一段距离s1；
③压缩弹簧，使其长度为 cm。放手后，小球被弹出，推动木块移动了一段距离 。
④比较分析实验数据 和 ，得出结论。
（3）弹簧将小球弹开的过程中，是弹簧的弹性势能转化成小球的 能。
（4）为了探究猜想二，可选用实验次数②和 的数据进行比较分析，若 ，说明弹性势能的大小与弹簧的材料有关。
重难突破 3 动能或重力势能影响因素的应用
【典例3】如图所示，某同学在做模拟“蹦极”的小实验，一根橡皮筋一端系一个小球，另一端固定在A点。B点是橡皮筋不系小球自然下垂时下端所在的位置，C点是小球从A点自由释放后所能达到的最低点，关于小球从A点到C点的运动过程，下列说法中正确的是（ ）
A．小球在B点时的动能最大
B．从B点下落到C点的过程中，小球的动能先增大后减小
C．从A点下落到C点的过程中，橡皮筋对小球的拉力不断增大
D．小球在C点时，橡皮筋的弹性势能最小
【针对训练3】质量较小的鸽子与质量较大的大雁在空中飞行。如果它们的动能相等，那么（ ）
A．大雁比鸽子飞得快B．鸽子比大雁飞得快
C．大雁比鸽子飞得高D．鸽子比大雁飞得高
1.关于能的概念，下列说法中正确的是（ ）
A．一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能
B．一个物体被站立的人举在手中，人不松手，物体不能做功，所以物体没有能
C．一个物体做了功，说明这个物体没有能
D．物体已做的功越多，说明物体具有的能越多
2.北京2022年冬奥会首钢滑雪大跳台局部示意图如图所示。运动员从a处由静止自由滑下，到b处起跳，c点为a、b之间的最低点，a、c两处的高度差为h。下列说法正确的是（ ）
A．三处动能比较b＞c＞a
B．三处重力势能比较a＞c＞b
C．三处动能比较c＞b＞a
D．三处重力势能比较b＞a＞c
3．电源《流浪地球2》引爆兔年电影春节档，影片中太空电梯的炫目特效让观众极为震撼。太空电梯加速升空过程中（ ）
A．动能不变，势能变大B．动能变小，势能变小
C．动能变小，势能变大D．动能变大，势能变大
4．2022年世界杯在卡塔尔成功举行，比赛精彩纷呈，充分展现了足球运动的魅力，其中最具有观赏性之一的“落叶球”并不少见。这种进球，足球朝球门飞去，靠近球门时，会突然下坠钻入网窝，如图是足球在空中的运动弧线，那么足球下落过程中（ ）
A．动能增大，重力势能增大
B．动能增大，重力势能减小
C．动能减小，重力势能增大
D．动能减小，重力势能减小
5．游戏“愤怒的小鸟”深受同学们的喜爱，游戏其实就是像打弹弓一样，把“小鸟”对准怪物打过去（如图），下列有关弹弓的说法正确的是（ ）
A．弹出“小鸟”时，弹弓的弹性势能转化为“小鸟”的机械能
B．弹弓的橡皮筋伸长过程中，弹性势能减小
C．弹弓的橡皮筋受力伸长，说明力能使物体发生运动状态的改变
D．被弹弓弹出后的“小鸟”，受到弹力和重力的作用
6．在2022年北京冬奥会自由式滑雪比赛中，我国选手苏翊鸣获得冠军。如图所示，苏翊鸣在助滑区从起点A由静止开始加速下滑到最低点C的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．重力势能增大，动能减小
B．重力势能减小，动能增大
C．重力势能减小，动能减小
D．重力势能增大，动能增大
7．2022年12月4日，神舟十四号返回舱安全着陆，当返回舱距离地面10km左右时，先打开降落伞，使返回舱从200m/s减速到10m/s。为了最大限度保障航天员的安全，在返回舱快接近地面1～2m时，舱体反推发动机再启动，使返回舱着陆更安全，如图所示。在返回舱打开降落伞直至着陆的过程中（ ）
A．返回舱的动能先减小后增加
B．返回舱的动能一直减小
C．返回舱的重力势能先减小后增加
D．返回舱的重力势能先增加后减小
8．如图所示，一个放在粗糙水平木板上，木板固定不动，弹簧与水平木板不接触，弹簧的一端与小球相连，另一端固定在墙壁上，弹簧保持自然长度时小球刚好在A点，现把小球向左拉至C点后释放，小球就由C运动到A，再由A运动到B，由B到A，A到D，D到……，不计空气阻力，在此过程中（ ）
A．从B到D，小球在水平方向上受到的合力是先减小后增大
B．小球最后一定会停在A处
C．弹簧的弹性势能最终转化为小球的动能
D．从C到A的运动过程中，小球一直做加速运动
9．将表面涂墨（墨充足）的皮球从离地某一高度水平抛出，球落地后又弹起，如图所示是小球在地面弹跳的频闪照片，A、B两点高度相同，小球在A点的重力势能 （选填“大于”、“小于”或“等于”）B点的重力势能，小球在A点的动能 （选填“大于”、“小于”或“等于”）B点的动能；皮球先后三次在地面D、E、F着地并留下黑色墨迹，墨迹逐渐 （填“变小”、“变大”或“不变”）。
10．如图（a）所示，小朋友从滑梯上加速滑下，其动能 ，重力势能 ；如图（b）所示，洒水车在洒水的过程中匀速下坡，则洒水车在此过程中：动能 ，重力势能 。（均选填“增大”“减小”或“不变”）
11．如图所示为蹦极运动的简化示意图，弹性绳一端系在运动员双脚上，另一端固定在跳台O点。运动员由静止开始自由下落，A点处弹性绳正好处于原长；B点处运动员受到的重力与弹性绳对运动员的拉力大小相等；C点处是蹦极运动员到达的最低点。（整个过程忽略空气阻力，弹性绳的自重不计）从A点到C点的过程中，弹性绳的弹性势能 （选填“增大”“减小”“不变”或“先增大后减小”，下同）；运动员的动能 。
12．某同学在进行排球垫球训练，如图所示，排球上升过程中，重力势能 ，动能 （均选填“变小”、“不变”或“变大”）。
13．在探究“重力势能的大小与哪些因素有关”的实验中，重物A、B、C的质量关系为mA＝mB＜mC，木桩相同。木桩和重物位置如图甲所示。重物静止释放后，木桩被打击陷入沙中的情形如图乙所示，重物B、C将木桩打入沙中的深度相同。
（1）重物自由下落打击木桩，通过观察木桩陷入沙中的深度判断 （选填“重物”或“木桩”）的重力势能大小。
（2）比较 两个重物将木桩打入沙中的深度，可判断重力势能的大小和重物下落高度的关系，得出的结论是： ，重力势能越大。
（3）我们 （选填“能”或“不能”）比较出甲图中重物B、C的重力势能的大小，理由是 。
（4）本实验中除了应用控制变量法以外还运用到了转换法，请再列举一个实验探究中运用转换法的例子： 。
14．芳芳设计用如图所示装置探究“物体的动能大小与哪些因素有关”，其中摆线的长度L相同，小球 A、B的质量mA＜mB，悬线与竖直方向之间的夹角θ1＜θ2。
（1）小球按图示位置由静止释放，当小球摆动到竖直位置时，恰好与静止在水平面上的木块C发生碰撞，木块都会在水平面上滑行一定距离后停止，本实验中通过比较 反映撞击木块C前小球动能大小，这种研究方法叫 （选填“控制变量法”或“转换法”）；
（2）图甲、乙中，同时由静止释放A、B两球，观察到它们并排摆动且始终相对静止，同时到达竖直位置，这表明两小球在摆动过程中任一时刻速度大小与小球的 无关；
（3）根据乙、丙所示的探究过程，芳芳观察到如图丙中木块C被撞得更远，可得出结论：小球的动能大小与 （选填“速度”、“高度”或“质量”）有关；
（4）若水平面绝对光滑且足够长，木块C被撞击后，它将做 直线运动。
15．利用如图所示的装置探究“物体的动能大小与哪些因素有关”。
将小球A、B分别拉到与竖直方向成一定角度O的位置，然后都由静止释放，当小球摆动到竖直位置时，将与静止在水平面上的木块C发生碰撞，木块都会在水平面上滑行一定距离后停止。图中的摆长L都相同，θ1＜θ2，球A、B的质量分别为mA、mB，（mA＜mB）。
（1）如图甲、乙所示，同时释放A、B，观察到它们并排摆动且始终相对静止，同时到达竖直位置这表明两小球在摆动过程中的任一时刻的速度大小与小球的 无关。
（2）如图甲、乙所示，观察到B球能将木块C撞得更远，由此可得出结论：速度一定时， 越大，动能越大。
（3）图乙中小球B到达竖直位置时的速度 图丙中小球β到达竖直位置时的速度（填“大于”、“小于”或“等于”）。如图乙、丙所示，图丙中木块C滑行得更远些，由此可得出结论：动能大小还与 有关。
（4）小华把图甲木块C拿开，探究单摆实验。当小球从最低点摆到最高点时， 能最大。
（5）小明想用乙图探究摩擦力大小的影响因素，当他把水平面换成更粗糙的毛巾时用刚才的相同操作进行实验时，发现木块C运动的距离变短，说明摩擦力的大小与接触面的 有关。
16．如图1所示，小明在“探究物体的动能大小跟哪些因素有关”的实验中，他用质量不同的两个钢球m和M（M的质量大于m），分别从不同的高度h和H（H＞h）静止开始滚下，观察木块B被撞击后移动的距离。
（1）小明通过观察木块B移动的距离长短，来判断小球动能的大小，这种研究方法是 （选填“控制变量法”或“转换法”）。若水平面绝对光滑，本实验将 （选填“能”或“不能”）达到探究目的。
（2）小丽根据甲、丙两图得出结论：物体的动能大小与质量有关，她的看法是 的（选填“正确”或“错误”），理由是： 。
（3）另同学用图2所示的方法探究动能的大小与速度的关系，他将相同质量的小球从不同高度（h2＞h1）由静止开始释放，通过观察木块在铁板和毛巾上滑行的距离来判断小球动能的大小，这种方法是 的（选填“正确”或“错误”），理由是： 。
17.在探究弹性势能的大小跟哪些因素有关时，小明提出了如下猜想：
猜想一：弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有关；
猜想二：弹性势能的大小与弹簧的材料有关。
为此，小明选用材料不同的两根弹簧A和B（长度和粗细均相同）、小球（质量为m1）、木块和长刻度尺各一件，设计了如图所示的实验装置进行探究。实验中，木块起始位置相同。最后得出以下实验记录表。
（1）由于弹性势能的大小不便用仪器测量，本实验中弹性势能的大小可以通过木块移动的距离来体现，这种研究方法叫 。请举出一个在热学探究中运用该方法的实例： 。
（2）为了探究猜想一，可选用实验次数①和②的数据进行比较分析，得出结论 。
（3）为了探究猜想二，可选用实验次数 的数据进行比较分析，说明弹性势能的大小与弹簧的材料有关。
（4）在完成实验后，小明又找来一个质量为m2的小球（m1＞m2），用两小球在同一水平面上分别压缩同一根弹簧至相同位置后释放撞击同一木块，得到木块移动的距离分别为s1和s2，忽略小球自身摩擦对实验的影响，则s1和s2的大小关系为 。
【拓展】实验中用“木块被小球推动的距离”表示“弹性势能的大小”，请你从功和能的角度分析解释 。
现象及分析
结论
弹弓被拉得越长，"子弹"射出得越远，说明弹弓对子弹做功越多，弹弓具有的弹性势能越大
在弹性限度内，物体的弹性形变越大，弹性势能越大
弓被拉伸得越开，箭射出得越远，说明弓对箭做功越多，弓具有的弹性势能越大
蹦床被压得越"凹"，人弹起得越高，说明蹦床对人做功越多，蹦床具有的弹性势能越大
不同点
相同点
产生原因
影响因素
= 1 \* GB3 \* MERGEFORMAT ①都是能量的一种具体表现形式;②单位都是焦耳
动能
由于运动而具有的能量
质量、速度
势能
重力势能
由于受重力并处在一定高度所具有的能量
质量、高度
弹性势能
由于发生弹性形变而具有的能量
材料、弹性形变程度
实验序号
小球质量
小球在斜面上的高度
小木块运动的距离s/cm
1
m
h
4.5
2
m
2h
8.7
3
2m
2h
16.8
实验序号
重物质量
重物距桌面高度
小桌子陷入沙子的深度H/cm
1
m
h
1.9
2
m
2h
2.9
3
M
2h
3.8
实验次数
使用的弹簧
被压缩后弹簧的长度/cm
木块移动的距离
①
弹簧A
5
s1
②
弹簧A
8
s2
③
弹簧B
5
s3
④
弹簧B
8
s4
实验次数
使用的弹簧
弹簧被压缩的长度/cm
木块移动的距离/cm
①
弹簧A
4
8
②
弹簧A
7
12
③
弹簧B
4
5
④
弹簧B
7
9
第3节 动能和势能
知识点1：能量
认识能量
（1）能量∶物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量，简称能。如图所示，流动的空气、变形的撑竿、高处的重锤都能对其他物体做功，因此它们都具有能量。
（2）单位∶国际单位制中，能量的单位是焦耳（J），与功的单位相同。
理解能量与做功
（1）一个正在做功的物体一定具有能量，一个具有能量的物体不一定正在做功。"能够对外做功"是指这个物体具有做功的本领，但它不一定做了功或者正在做功。
（2）功和能量的关系∶
①功是能量转化的量度，功是一个过程量，而能量是物体本身具有的，是一个状态量。
②做功的过程，一定伴随着能量的转化。物体做功越多，说明某种形式的能转化为其他形式的能就越多。
应用1：能量概念的理解
【典例1】关于能的概念，下列说法中正确的是（ ）
A．物体只有做了功，我们才说它具有能
B．物体能够做功，我们就说它具有能
C．具有能的物体，它正在做功
D．物体做的功越少，具有的能就越少
【分析】一个物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量，据此判断。
【解答】解：AB、一个物体能够对外做功，也就是具备了做功的能力，我们就说这个物体具有能量，并不一定是正在做功或已经做了功才具有能，故A错误，B正确；
C、具有能的物体不一定正在做功，故C错误；
D、物体做的功越少，并不一定具有的能就越少，也就是说物体的能并不一定都全部用来做功，故D错误。
故选：B。
【点评】本题主要考查了对功和能概念的理解，二者的本质相同，只是从不同角度来进行描述，属易错题。
知识点2：动能
1.概念∶物体由于运动而具有的能，叫做动能。
2.具有动能的物体∶一切运动的物体都具有动能。如风吹动帆船，使肌船前进，风对帆船做了功，说明流动的空气具有能量（动能）;子弹击穿苹果，子弹对苹果做了功，说明运动的子弹具有能量（动能）。
动能是物体"由于运动具有的能量"，不能理解为"运动的物体具有的能量"
一切运动的物体都有动能，动能指的是与物体运动有关的能量，不能理解为"运动的物体具有的能量"，因为运动的物体不只具有动能，它还可能具有其他形式的能量，如重力势能、弹性势能、内能等。
3.影响物体动能大小的因素
（1）速度∶质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大;
（2）质量∶运动速度相同的物体，质量越大，它的动能越大。
判断物体动能大小的变化
在分析物体的动能大小变化时，必须同时考虑物体的质量和运动速度是否发生变化，不能只考虑其中一个因素。注意有些物体自身质量的变化，如洒水车洒水时或飞机空投物资时总质量在不断减小;道路清扫车清扫过程中总质量在不断增大。
应用 2 动能大小的判断
【典例1】2021年10月16日，搭载“神舟十三号”载人飞船的“长征二号F“遥十三运载火箭，在酒泉卫星发射中心点火起飞。火箭加速升空过程中，飞船的动能 增大 ；在整个过程中，飞船具备能量的总和 增大 。（均选填“增大”、“减小”或“不变”）
【分析】动能与物体的质量和速度有关，物体的质量越大，速度越大，动能越大；重力势能与物体的质量和高度有关，物体的质量越大，高度越高，重力势能越大；机械能等于动能和势能的总和。
【解答】解：火箭加速升空过程中，飞船的质量不变，速度变大，故动能变大；同时其高度增加，故重力势能增大；由于机械能等于动能与势能之和，故飞船的机械能也增大，所以在整个过程中，飞船具备能量的总和增大。
故答案为：增大；增大。
【点评】掌握动能、重力势能的影响因素，理解重力势能和动能的转化可从高度和速度来理解，可以帮助我们更好的理解能量的转化。
【典例2】小明用如图装置“探究动能大小与速度的关系”，下列说法正确的是（ ）
A．实验研究对象是木块
B．水平表面必须光滑
C．让不同的小车从斜面同一高度由静止释放
D．让同一小车从斜面的不同高度由静止释放
【分析】（1）物体由于运动而具有的能叫做动能，动能的大小与物体的质量和速度有关；
（2）实验过程要采用控制变量法，当研究动能大小与质量的关系时，要让小车沿斜面的同一高度下滑，这样保证下落速度相同，当研究动能大小与速度的关系时，应选择同一小车从不同的高度释放，这样可以保证小车的质量相同；即只有这样实验才更为科学严密。
【解答】解：
A、该实验的研究对象是小车，不是木块，故A错误；
B、在该实验中我们用到了转换的方法，即将小车动能的大小转化为其对木块做功的多少来比较，即小车推动木块越远，其对木块所做的功就越多，即具有的动能就越大；反之就越少；实验中若水平表面光滑，则无法观察木块移动距离的远近，故B错误；
CD、动能的大小与物体的质量和速度有关，要探究动能大小与速度的关系，必须控制物体的质量相同，也就是保持小车的质量不变；而让不同的小车从同一斜面同一高度静止释放，是控制小车的速度不变，故C错误、D正确。
故选：D。
【点评】动能的决定因素有两个：质量和速度，在探究“物体动能的大小与哪些因素有关”时，应该利用控制变量法的思路，去分析解决；小车把木块推出的距离长，说明的动能大这是一种转换的方法。
知识点3：势能
1.重力势能
（1）定义∶物体由于受到重力并处在一定高度时所具有的能，叫做重力势能。
（2）具有重力势能的物体∶高处的物体都具有重力势能。比如打桩机上被举高的重锤具有重力势能，可以将桩打入地下;山上的石头具有重力势能，掉下时会对人或物造成伤害。
理解：对物体重力势能的理解
重力势能定义中的"高度"是指相对高度，例如在山顶有一块石头，如果以地面为参照物，石头具有重力势能，如果以山顶为参照物，其重力势能为零;一般情况下我们都是以地面为参照物来确定物体是否具有重力势能。
（3）影响物体重力势能大小的因素
①质量∶高度相同的物体、质量越大，它的重力势能越大;
②高度∶质量相同的物体，高度越高，它的重力势能越大。
重点：重力势能大小的比较
物体的重力势能由质量和高度共同决定，质量大的物体，重力势能不一定大，高度高的物体重力势能也不一定大;在比较重力势能的大小时，要同时比较物体的质量和高度。
2.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。
（2）具有弹性势能的物体∶发生弹性形变的物体都具有弹性势能。如图所示，被拉长的弹弓 、张开的弓、变形的蹦床等都具有弹性势能。
理解：怎样判断物体是否具有弹性势能
判断一个物体是否具有弹性势能，关键是看该物体是否发生了弹性形变。若物体只有弹性而没有发生形变，则物体不具有弹性势能，如处于自由状态的弹簧;若物体发生形变而无弹性，此时物体也不具有弹性势能，如把橡皮泥捏成小动物，橡皮泥发生形变，但它的形变不是弹性形变，它也不具有弹性势能。
（3）影响弹性势能大小的因素
另外，物体的弹性势能大小还和物体的材料有关。
综上，影响弹性势能大小的因素有物体的材料和物体在弹性限度内发生弹性形变的程度。在材料相同时，弹性形变越大，弹性势能就越大。
3.势能
（1）定义∶重力势能和弹性势能统称为势能。
（2）动能与势能的辨析
应用 3 重力势能的比较
【典例1】如图所示，货架上A、B、C、D四个体积相同的实心球，已知ρA＝ρB＞ρC＝ρD。则A与B相比， A 重力势能大，B与C相比， B 重力势能大。
【分析】（1）重力势能大小的影响因素：质量、被举的高度。
（2）质量一定时，高度越高，重力势能越大。
（3）高度一定时，质量越大，重力势能越大。
【解答】解：A、B、C、D四个体积相同的实心球，A、B密度相同，质量相同。C、D密度相同，质量相同。B比C的密度大，相同体积时，B球的质量大于C球的质量。
（1）A和B是质量相同，A比B的位置高，A的重力势能大。
（2）B和C高度相同，B的质量大于C的质量，B的重力势能大。
故答案为：A；B。
【点评】（1）掌握动能、重力势能、弹性势能的影响因素。（2）根据影响因素通过控制变量法比较势能的大小。
应用 4 重力势能变化的判断
【典例2】冬奥会上，谷爱凌勇于拼搏获得2枚金牌。图为谷爱凌在大跳台比赛中加速下落时的情景，此过程中谷爱凌的（ ）
A．动能增大，重力势能增大
B．动能增大，重力势能减小
C．动能减小，重力势能增大
D．动能减小，重力势能减小
【分析】（1）动能大小的影响因素：质量、速度。质量越大，速度越大，动能越大。
（2）重力势能大小的影响因素：质量、被举得高度。质量越大，高度越高，重力势能越大。
【解答】解：谷爱凌在下落过程中，质量不变，高度变小，重力势能减小；速度变大，动能增大。
故选：B。
【点评】本题考查了动能和重力势能的变化，属于基础题。
应用 5 弹性势能的判断
【典例3】发生形变的物体具有弹性势能，下列事例中不是利用弹性势能工作的是（ ）
A．利用撑竿跳高
B．利用跳板跳水
C．利用玩具弹簧枪将“子弹”射出
D．用力踩自行车能上到较高处
【分析】弹性势能与形变有关，动能与速度有关。
【解答】解：A、撑竿跳高是将弹性势能转化为了动能和重力势能；不符合题意；
B、跳板跳水是将弹性势能转化为了动能；不符合题意；
C、玩具弹簧枪将“子弹”射出是将弹性势能转化为了动能，不符合题意；
D、用力踩自行车上坡，是将动能转化为重力势能，不属于弹性势能的范畴。
故选：D。
【点评】此题考查学生对基础知识的掌握能力，灵活运用物理知识解答问题的思维能力。
实验探究1：探究物体的动能跟哪些因素有关
【实验猜想】动能大小可能跟物体的质量、速度有关。
【实验图示】
【实验步骤】
（1）如图甲所示，让质量为 m 的小球从斜面上高度为 h 处由静止滑下，运动到水平面上后撞击小木块，测量小木块在水平面上滑行的距离，并将相关数据填入表格;
（2）如图乙所示，让质量为 m 的小球从同一斜面上高度为2h处由静止滑下，运动到水平面上后撞击同一位置的同小本块测量小木块在水平面上滑行的距离，并将相关数据填入表格;
（3）如图丙所示，让质量为 2m 的小球从同一斜面上高度为 2h处由静止滑下，运动到水平面上后撞击同一位置的同一小木块，测量小木块在水平面上滑行的距离，并将相关数据填入表格。
物理方法：转换法、控制变量法
（1）转换法∶小球的动能大小无法直接观察，实验中将小球的动能大小转换为被撞击木块运动距离的大小，这是转换法的应用。
（2）控制变量法∶实验中应注意控制变量法的应用。探究动能大小与速度的关系时，应保证小球质量相同，到达水平面的速度不同，即图甲、乙;探究动能大小与质量的关系时，应控制小球到达水平面的速度相同，质量不同，即图乙、丙。还要注意保持其他因素不变，如实验过程中要使用同一个斜面（粗糙程度、倾角不变）、被撞击的是同一个木块等。
知识拓展：从斜面滑下的物体的速度
小球在光滑斜面上由静止开始滚下，到达斜面底端时的速度大小只与起点的高度有关，高度越高，到达底端时的速度就越大，与其他因素无关;因此质量不等的小球从斜面的同一高度由静止释放，运动到水平面时，它们的速度大小相等。
【实验记录】
【实验分析】对比 1、2 两组数据可知，从斜面不同高度处释放同一小球.起点高的小球到达底端的速度大，木块被撞击后运动的距离长，小球对木块做功多，表明速度大的小球动能大;对比 2 、3 两组数据可知，将质量不同的小球从斜面同一高度释放，它们到达斜面底端的速度相同，但木块被质量大的小球撞击后运动的距离长，质量大的小球对木块做的功多，表明质量大的小球的动能大。
【实验结论】物体动能的大小与物体的速度和质量有关，速度越大，质量越大，物体所具有的动能就越大。
实验探究 2 探究物体的重力势能跟哪些因素有关
【实验猜想】重力势能可能跟物体的高度、质量有关。
【实验图示】
【实验步骤】
（1）如图甲、乙所示，将质量相等（均为 m）的重物分别从不同高度（高度分别为h和 2h）由静止释放，记录这两次实验小桌陷下去的深度;
（2）如图乙、丙所示，将质量不等（分别为 m 和 M）的重物从相同高度（均为2h）由静止释放，记录这两次实验小桌陷下去的深度。
【注意事项】（1）实验操作时，要注意使重物下落后击中小桌的中部，以免小桌发生歪斜，影响陷入深度的测量。
（2）每次实验后要将实验小桌恢复原样放置。
物理方法：转换法、控制变量法
（1）转换法∶重物的重力势能大小无法直接观察，实验中将重物的重力势能大小转换为被撞击的小桌陷入沙子的深度，这是转换法的应用。
（2）控制变量法∶实验中应注意控制变量法的应用。探究重力势能大小与高度的关系时，应保持重物质量相同，高度不同，即图甲、乙;探究重力势能大小与质量的关系时，应控制高度相同，质量不同，即图乙、丙。
【实验记录】
【实验分析】实验1 和2 中，重物的质量相同，距桌面的高度不同，高度高的重物使小桌陷入得深，说明重物被提起高度越高，对"小桌"做功越多，具有的重力势能越大;实验2 和3 中，重物的质量不同，距桌面的高度相同，质量大的重物使小桌陷入得深，说明重物的质量越大，对"小桌"做功越多，具有的重力势能越大。
【实验结论】物体的重力势能与物体的质量和高度有关，质量越大，高度越高，物体所具有的重力势能就越大。
【典例1】在探究“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验中，让质量不同的铁球从斜面的同一高度由静止释放，撞击同一木块，能将木块搬出一段距离。如图甲所示，请回答下列问题：
（1）实验中所探究物体的动能是指 铁球 （铁球/木块）的动能。该实验是通过观察 木块移动的距离 的大小来比较动能的大小。
（2）让质量不同的铁球从斜面的同一高度由静止释放的目的，是控制 速度 不变时，探究动能大小与 质量 的关系。
（3）有同学将实验装置改进成图乙所示，用铁球将同一弹簧压缩后释放，撞击同一木块，将木块撞出一段距离进行比较。该数置不可以探究动能大小与 质量 （质量/速度）的关系，理由是 不能控制铁球的速度相同 。
（4）甲、乙两组实验分别是利用重力势能和 弹性势 能来转化成动能的。
【分析】（1）实验中探究的是铁球的动能的大小；通过对木块推出距离的多少可看出小球动能的大小；
（2）在探究“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验中，若要研究动能大小与质量的关系，应控制其运动的速度相同；
（3）结合控制变量法的要求，看是否合理的控制了相关变量，并改变了要研究的变量，这样才能知道是否符合实验要求；
（4）发生弹性形变的物体具有弹性势能；高处的物体具有重力势能。
【解答】解：（1）铁球从斜面上滚下撞击木块，故探究的是铁球的动能的大小；实验中通过木块被推出距离的多少可看出铁球动能的大小；
（2）让质量不同的铁球从斜面的同一高度由静止释放，铁球到达水平面的速度相同，质量不同，所以是探究速度相同的铁球动能大小与质量的关系；
（3）若用质量不同的铁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目的，不能探究动能大小与质量的关系；
（4）甲实验中，小球滚下时，小球的重力势能转化为动能；乙中弹簧被压缩后具有弹性势能，弹簧的弹性势能转化为小球的动能。
故答案为：（1）铁球；木块移动的距离；（2）速度；质量；（3）质量；不能控制铁球的速度相同；（4）弹性势。
【点评】该题考查了转换法、控制变量法等研究方法在探究实验中的应用，在平时做实验时要多观察，多思考。
【典例2】某物理实验小组在探究“影响重力势能大小的因素”时，提出了如下猜想：
猜想一：重力势能的大小可能与物体的质量有关；
猜想二：重力势能的大小可能与物体所在的高度有关；
猜想三：重力势能的大小可能与物体的运动路径有关。
为了验证猜想，他们准备了如下实验器材：
花泥（易产生塑性形变），刻度尺，体积相同、质量为m的小球3个和质量为2m的小球1个。所用实验装置如图所示（小球在光滑管道中运动的能量损失不计）。实验中均让小球从图中高度自由下落，待小球静止后，分别用刻度尺测出小球陷入花泥的深度。请你根据图中实验情景完成下列内容。
（1）本实验是通过观察 小球陷入花泥的深度 来判断重力势能大小的。
（2）比较A、B两球，由此可得出结论： 当下落高度一定时，物体的质量越大，重力势能越大 。
（3）比较 A、C 两球，可得出结论：当物体 质量 相同时，高度越高，具有的重力势能越大。
（4）比较C、D两球可知：重力势能大小与物体运动的路径 无关 （选填“有关”或“无关”）。
【分析】（1）实验中通过球陷入沙面的深度来反映小球重力势能的大小用到转换法；
（2）（3）（4）影响重力势能的因素有物体的质量和下落高度，实验中研究物体的重力势能与物体的质量关系时，需要保持下落高度和运动路径相同，改变物体质量；研究物体重力势能与下落高度的关系时，需要保持物体质量和运动路径相同，改变下落高度；研究物体重力势能与运动路径的关系时，需要保持物体质量和下落高度相同，改变运动路径，上面的探究过程，用到控制变量法。
【解答】解：（1）本实验中，小球的重力势能大小是通过小球陷入花泥的深度来反映的；这是转换法的应用；
（2）比较A、B两球，下落高度和运动路径相同，B球质量大于A球质量，发现B球陷入花泥的深度更大，说明B球的重力势能较大，由此可得出结论：当下落高度一定时，物体的质量越大，重力势能越大；
（3）比较A、C两球，两球质量相同，下落路径也相同，C球的下落高度大于A球的下落高度，发现C球陷入花泥的深度更大，说明C球的重力势能较大，由此可得出结论：当物体的质量相同时，下落高度越高，物体的重力势能越大；
（4）比较C、D两球，两球的质量相同，下落高度也相同，两球的运动路径不同，但陷入花泥的深度相同，由此可得出结论：物体的重力势能与物体运动的路径无关。
故答案为：（1）小球陷入花泥的深度；（2）当下落高度一定时，物体的质量越大，重力势能越大；（3）A、C；质量；（4）无关。
【点评】此题考查学生对于物体重力势能的理解和掌握，注意分析实验时，控制变量法和转换法的应用。
易错点：分析动能、势能的变化时，只考虑了其中一个因素而忽视了另一个因素
【典例1】西安世园会上，车身离地30cm高的电动无人扫地车在平直路面上匀速前进并将地面上的落叶吸入车内。此过程中，扫地车的动能 变大 ，重力势能 变大 （均填“变大”、“变小”或“不变”）。
【分析】影响动能的影响因素是物体的质量和运动的速度，影响重力势能的因素是物体的质量和高度，据此分析即可解答。
【解答】解：电动无人扫地车在平直路面上匀速前进并将地面上的落叶吸入车内，此过程中，扫地车的总质量变大，速度和高度不变，则动能和重力势能均变大。
故答案为：变大；变大。
【点评】本题考查了影响动能和势能的大小变化，分析好扫地车工作时速度、质量和高度的变化是关键。
重难突破1：判断物体具有什么形式的能
【典例1】如图所示，福娃小健将正在拉弓射箭，下列有关机械能的讨论正确的是（ ）
A．放在张紧了的弓上的箭，具有弹性势能
B．放在张紧了的弓上的箭，具有动能
C．射出的箭具有动能，同时也具有重力势能
D．射出的箭仅具有重力势能
【分析】弓的弹性势能与弓的形变有关，形变量越大，弹性势能越大；而放在弓上的箭没有弹性势能，箭在离弦时，弓的弹性势能可以转化为箭的动能；弹性势能转化为动能的特点是物体的弹性形变减小，弹性势能减小；速度增加，动能增加，射出的箭也具有重力势能。
【解答】解：A、张紧了的弓具有弹性势能，弓上的箭没有弹性势能，故A错误；
B、张紧了的弓具有弹性势能，只有弓上的箭在离弦，被射出时，弓的弹性势能才转化为箭的动能，故B错误；
C、拉弯的弓把箭射出的过程中，箭的速度增加，因此弓的弹性势能转化为箭的动能，同时也具有重力势能，故C正确；
D、拉弯的弓把箭射出的过程中，箭的速度增加，因此弓的弹性势能转化为箭的动能，同时也具有重力势能，故D错误。
故选：C。
【点评】此题主要考查的是学生对弹性势能、动能的概念和弹性势能影响因素的理解和掌握，弹性势能的大小与形变程度和材料本身有关，形变量越大，弹性势能越大。
【针对训练1】下列物体中，只具有动能的是 ①④ ；只具有重力势能的是 ⑥ ；只具有弹性势能的是 ② ；既具有动能又具有势能的是 ③⑤ 。（均选填序号）
①水平地面上行驶的汽车
②被拉长的橡皮筋
③空中飞翔的鸽子
④水平草地上滚动的足球
⑤从斜坡上滚下的石头
⑥矗立在山上的巨石
【分析】①物体由于运动而具有的能量叫做动能；
②物体由于被举高而具有的能量叫做重力势能；
③物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能。
【解答】解：①水平地面上行驶的汽车具有动能；
②被拉长的橡皮筋具有弹性势能；
③空中飞翔的鸽子既具有动能又具有势能；
④水平草地上滚动的足球具有动能；
⑤从斜坡上滚下的石头既具有动能又具有势能；
⑥矗立在山上的巨石具有重力势能；
只具有动能的是①④；只具有重力势能的是⑥；只具有弹性势能的是②；既具有动能又具有势能的是③⑤。
故答案为：①④；⑥；②；③⑤。
【点评】本题主要考查了动能和势能的判断，我们要正确掌握动能和势能的概念。
重难突破 2 探究影响动能或势能大小的因素
【典例2】李烨在探究“物体动能大小与哪些因素有关”的实验中，选择了质量不同的两个小球、斜面和木块等器材。
（1）甲图实验中，探究的“动能”是指 B 。
A．小球在斜面上时的动能
B．小球撞击木块时的动能
C．小球撞击木块后的动能
D．小球在刚释放时的动能
（2）为控制小球到达水平面时的速度相等，李烨应让不同质量的小球从斜面的 相同 （选填“不同”或“相同”）高度处释放；用甲图中的装置 能 （选填“能”或“不能”）探究动能大小与速度的关系；实验过程中是通过 木块移动的距离 来反映小球的动能大小。
（3）被碰撞的木块在水平木板上滑行一段距离后停下，设木块克服摩擦力做功为Wf，碰撞后木块获得的动能为Ek，忽略空气阻力，则Wf ＝ Ek（选填“＞”“＜”或“＝”）。
（4）李烨还想用质量不同的小球将同一弹簧压缩相同程度后由静止释放，撞击同一木块，探究小球的动能大小与质量的关系，如乙图所示，这个设计方案 不可行 （选填“可行”或“不可行”）。
【分析】（1）实验中通过观察木块被撞击后移动的距离来判断小球动能的大小；
（2）动能大小跟质量和速度有关；
在探究动能大小跟质量关系时，控制速度大小不变；在探究动能大小跟速度关系时，控制质量不变；影响动能大小的因素有物体的质量与速度，因此，在探究和分析结论时，一定要注意控制变量法的运用，并据此得出结论；
（3）木块滑动过程中，克服摩擦力做功；
（4）结合控制变量法的要求，看是否合理的控制了相关变量，并改变了要研究的变量，这样才能知道是否符合实验要求。
【解答】解：（1）小钢球的动能大小是通过小木块移动的距离大小来反映的，所以探究的动能指的是小球撞击木块时的动能，故选B；
（2）要探究动能大小与物体质量的关系，应使质量不同的小球从斜面的同一高度由静止滚下，保持小球到达水平面的速度相同；
图甲中可以让相同小球从不同高度滑下，从而改变速度大小，故图甲中的装置能探究动能大小与速度的关系；
实验中通过观察木块被撞击后移动的距离来判断小球动能的大小；
（3）木块在运动过程中，克服摩擦做功，机械能转化为内能，所以木块克服摩擦做的功等于木块的动能大小，即Wf＝Ek；
（4）观察图乙的装置可知，若用质量不同的小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，故弹簧弹性势能相同，转化出的动能相同，质量不同，则速度不同，因而不能探究与质量的关系；如果按此方案操作，可以观察到的现象是木块最终移动的距离相同。
故答案为：（1）B；（2）相同；能；木块移动的距离；（3）＝；（4）不可行。
【点评】本题探究“物体动能大小与哪些因素有关”的实验，考查控制变量法、转换法的运用。
【针对训练2】在探究弹性势能的大小跟哪些因素有关时，小明提出了如下猜想：
猜想一：弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有关；
猜想二：弹性势能的大小是弹簧的材料有关。
为此，小明选用材料不同的两根弹簧A和B（长度和粗细相同），小球、木块和长刻度尺各一，设计了如图所示的实验装置进行探究。实验中，木块起始位置相同。最后得出以下实验记录表。
（1）由于弹性势能的大小不便用仪器测量，本实验把弹性势能的大小转换为测量木块移动的距离，这种研究方法叫转换法。下列实验中用到此方法的是 ② （填序号）。
①探究“杠杆的平衡条件”
②探究“温度的测量中用液面的升降表示物体的冷热程度”
（2）请将探究猜想一的方案补充完整。
①将弹簧A、小球、木块按如图安装好；
②压缩弹簧，使其长度为5cm。放手后，小球被弹出，推动木块移动了一段距离s1；
③压缩弹簧，使其长度为 8 cm。放手后，小球被弹出，推动木块移动了一段距离 s2 。
④比较分析实验数据 s1 和 s2 ，得出结论。
（3）弹簧将小球弹开的过程中，是弹簧的弹性势能转化成小球的 动 能。
（4）为了探究猜想二，可选用实验次数②和 ④ 的数据进行比较分析，若 s2≠s4 ，说明弹性势能的大小与弹簧的材料有关。
【分析】（1）想探究的物理量不能直接看出结果，要通过其他量看出来的方法叫做转换法；热学中应用比较广泛；
（2）根据控制变量法，分析①、②可知：弹簧相同，压缩的程度不同，小球被弹出后推动木块移动的距离不同，即可得出答案；
（3）小球能移动是弹簧弹性势能转化成了动能；
（4）利用控制变量法分析。
【解答】解：（1）弹性势能的大小是通过木块被弹开的远近来体现的，这种研究方法叫转换法，在②探究“温度的测量中用液面的升降表示物体的冷热程度”就是应用转换法；
（2）压缩弹簧，使其长度为8cm，放手后，小球被弹出，推动木块移动了一段距离s2，通过比较s1和s2的大小，即可得出结论：弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有关；
（3）从能量转化的角度分析，弹簧将小球弹开的过程中，弹簧的弹性势能转化为小球的动能；
（4）为了探究猜想二，根据控制变量法必须控制弹簧被压缩程度相同，改变材料，可选用实验次数②和④，木块被推动的距离不同说明弹性势能的大小与弹簧的材料有关。
故答案为：（1）②；（2）③8；s2；④s1；s2；（3）动；（4）④；s2≠s4。
【点评】本题考查探究影响弹簧的弹性势能大小的因素实验，利用转换法和控制变量法分析是解答本题的关键。
重难突破 3 动能或重力势能影响因素的应用
【典例3】如图所示，某同学在做模拟“蹦极”的小实验，一根橡皮筋一端系一个小球，另一端固定在A点。B点是橡皮筋不系小球自然下垂时下端所在的位置，C点是小球从A点自由释放后所能达到的最低点，关于小球从A点到C点的运动过程，下列说法中正确的是（ ）
A．小球在B点时的动能最大
B．从B点下落到C点的过程中，小球的动能先增大后减小
C．从A点下落到C点的过程中，橡皮筋对小球的拉力不断增大
D．小球在C点时，橡皮筋的弹性势能最小
【分析】响动能的因素有：质量和速度，小石块的质量在下落过程中不会改变，因此只需考虑速度的变化情况，这就要从小石块的受力分析入手解答。
弹性势能的大小与物体弹性形变的程度有关，物体弹性形变的程度越大，弹性势能越大。
【解答】解：
A、小球从A点到B点是加速下降的，虽然到达B点后受到一个向上的弹力，但此时由于弹力小于自身的重力，故小球仍加速下落，其动能最大时应该是在其速度最大时。小球在B点时速度不最大，动能不最大，故A错误；
B、小球到达B点后受到一个向上的弹力，但此时由于弹力小于自身的重力，故小球仍加速下落，其速度继续增加，当弹力大于小球的重力时，小球受到的合力向上，其会减速下落，据此能看出，从B点下落到C点的过程中，小球的速度先增大后减小，动能先增大后减小，故B正确；
C、从A点下落到B点的过程中，橡皮筋对小球没有拉扯，因此在这个过程中橡皮筋对小球没有拉力，故C错误；
D、小球到达C点橡皮筋的伸长量最大，弹性势能最大，故D错误。
故选：B。
【点评】此题难度较大，关键是对石块的受力分析，同时要结合力的合成以及力与运动的关系等知识，还要明白在蹦极的过程中，是重力势能与动能、弹性势能之间的相互转化。
【针对训练3】质量较小的鸽子与质量较大的大雁在空中飞行。如果它们的动能相等，那么（ ）
A．大雁比鸽子飞得快B．鸽子比大雁飞得快
C．大雁比鸽子飞得高D．鸽子比大雁飞得高
【分析】明确动能大小的影响因素为质量和速度，质量越大，速度越大，动能越大；动能相等的两个物体质量越大，则速度越小。
【解答】解：
质量较小的鸽子与质量较大的大雁在空中飞行，如果速度相同，质量大的大雁动能大；
如果它们动能相等，则质量较大的大雁速度较小，质量较小的鸽子速度较大，即鸽子比大雁飞得快，故B正确，A错误；
物体动能大小与高度无关，故CD错误。
故选：B。
【点评】本题考查了动能的影响因素的知识点，要求学生牢固掌握。
1.关于能的概念，下列说法中正确的是（ ）
A．一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能
B．一个物体被站立的人举在手中，人不松手，物体不能做功，所以物体没有能
C．一个物体做了功，说明这个物体没有能
D．物体已做的功越多，说明物体具有的能越多
【分析】一个物体能够对另一个物体做功，这个物体就具有能量，能够做功指的是具有做功的能力。
【解答】解：A、一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能量，故A正确；
B、被人举在手中的物体，它没有做功，但是具有重力势能，故B错误；
C、一个物体能够做功，就说它具有能量，故C错误；
D、一个物体已经做的功越多，它具有的能量不一定越多，因为物体有能量不一定必须全部用来做功，故D错误。
故选：A。
【点评】功和能有这非常密切的关系，会做功就有能，有能就会做功；一个物体能够做的功越多，表示这个物体的能量越大。
2.北京2022年冬奥会首钢滑雪大跳台局部示意图如图所示。运动员从a处由静止自由滑下，到b处起跳，c点为a、b之间的最低点，a、c两处的高度差为h。下列说法正确的是（ ）
A．三处动能比较b＞c＞a
B．三处重力势能比较a＞c＞b
C．三处动能比较c＞b＞a
D．三处重力势能比较b＞a＞c
【分析】（1）动能大小的影响因素：质量、速度；质量越大，速度越大，动能越大。
（2）重力势能大小的影响因素：质量、高度；质量越大，高度越高，重力势能越大。
【解答】解：重力势能大小的影响因素是质量和高度，运动员在全程中质量不变，a、b、c三处的高度关系为ha＞hb＞hc，所以三处重力势能比较a＞b＞c。
运动员在a点时速度为零，动能为零，从a到c重力势能转化为动能，到c点时动能最大，从c到b动能转化为重力势能，b点时的动能小于c点时的动能，则三处动能比较c＞b＞a。
综上分析可知，选项ABD错误，C正确。
【点评】此题考查动能和势能的大小比较，难度不大，掌握动能和重力势能的影响因素是关键。
3．电源《流浪地球2》引爆兔年电影春节档，影片中太空电梯的炫目特效让观众极为震撼。太空电梯加速升空过程中（ ）
A．动能不变，势能变大B．动能变小，势能变小
C．动能变小，势能变大D．动能变大，势能变大
【分析】（1）动能大小的影响因素：质量、速度。质量越大，速度越大，动能越大。
（2）重力势能大小的影响因素：质量、被举得高度。质量越大，高度越高，重力势能越大。
【解答】解：太空电梯在加速升空过程中，太空电梯的质量不变，速度增大，动能变大；质量不变，高度增大，重力势能变大。
故选：D。
【点评】本题考查了动能和重力势能的概念及影响其大小的因素，属于基本内容。在判断动能和重力势能的大小时，要注意看影响动能和重力势能大小的因素怎么变化。
4．2022年世界杯在卡塔尔成功举行，比赛精彩纷呈，充分展现了足球运动的魅力，其中最具有观赏性之一的“落叶球”并不少见。这种进球，足球朝球门飞去，靠近球门时，会突然下坠钻入网窝，如图是足球在空中的运动弧线，那么足球下落过程中（ ）
A．动能增大，重力势能增大
B．动能增大，重力势能减小
C．动能减小，重力势能增大
D．动能减小，重力势能减小
【分析】（1）影响动能大小的因素：质量和速度，质量越大，速度越大，动能越大。
（2）影响重力势能大小的因素：质量和高度，质量越大，高度越高，重力势能越大。
【解答】解：足球下落过程中，足球的质量不变，速度变大，动能增大，高度变小，重力势能减小，故B正确。
故选：B。
【点评】掌握影响动能、重力势能大小的因素。会判断动能、重力势能的大小变化以及能量的相互转化。
5．游戏“愤怒的小鸟”深受同学们的喜爱，游戏其实就是像打弹弓一样，把“小鸟”对准怪物打过去（如图），下列有关弹弓的说法正确的是（ ）
A．弹出“小鸟”时，弹弓的弹性势能转化为“小鸟”的机械能
B．弹弓的橡皮筋伸长过程中，弹性势能减小
C．弹弓的橡皮筋受力伸长，说明力能使物体发生运动状态的改变
D．被弹弓弹出后的“小鸟”，受到弹力和重力的作用
【分析】（1）在一定条件下，弹性势能与动能可以相互转化；
（2）物体由于发生弹性形变而具有的能量叫弹性势能；
（3）力的作用效果有二：改变物体运动状态，改变物体形状；
（4）物体由于惯性会变成原来的运动状态；地球周围的一切物体都受到重力的作用
【解答】解：
A、弹弓将“小鸟”弹出时，弹弓的弹性势能转化为“小鸟”的机械能（动能）．故A正确；
B、弹弓伸长过程中，形变增大，弹性势能增加。故B错误；
C、力可以改变物体的形状，所以弹弓在拉力作用下会伸长。故C错误；
D、被弹弓弹出的“小鸟”由于惯性继续向前运动，弹力作用不再存在，但“小鸟”受到重力作用。故D错误。
故选：A。
【点评】此题考查了力的作用效果、弹性势能的影响因素、惯性及重力的存在，属于力学基本规律的应用。
6．在2022年北京冬奥会自由式滑雪比赛中，我国选手苏翊鸣获得冠军。如图所示，苏翊鸣在助滑区从起点A由静止开始加速下滑到最低点C的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．重力势能增大，动能减小
B．重力势能减小，动能增大
C．重力势能减小，动能减小
D．重力势能增大，动能增大
【分析】动能大小的影响因素：质量、速度。质量越大，速度越大，动能越大。
重力势能大小的影响因素：质量、被举得高度。质量越大，高度越高，重力势能越大。
【解答】解：苏翊鸣在助滑区从起点A由静止开始加速下滑到最低点C的过程中，质量不变，高度减小，重力势能减小，速度增大，动能增大，故B正确。
故选：B。
【点评】本题考查动能和势能的大小变化，关键掌握影响动能和重力势能的因素。
7．2022年12月4日，神舟十四号返回舱安全着陆，当返回舱距离地面10km左右时，先打开降落伞，使返回舱从200m/s减速到10m/s。为了最大限度保障航天员的安全，在返回舱快接近地面1～2m时，舱体反推发动机再启动，使返回舱着陆更安全，如图所示。在返回舱打开降落伞直至着陆的过程中（ ）
A．返回舱的动能先减小后增加
B．返回舱的动能一直减小
C．返回舱的重力势能先减小后增加
D．返回舱的重力势能先增加后减小
【分析】动能大小的影响因素：质量、速度。质量越大，速度越大，动能越大。
重力势能大小的影响因素：质量、被举得高度。质量越大，高度越高，重力势能越大。
【解答】解：在返回舱减速着陆的过程中，质量不变，速度减小，高度减小，因此动能减小，重力势能也减小。
故选：B。
【点评】本题考查了动能、重力势能的变化，属于基础题。
8．如图所示，一个放在粗糙水平木板上，木板固定不动，弹簧与水平木板不接触，弹簧的一端与小球相连，另一端固定在墙壁上，弹簧保持自然长度时小球刚好在A点，现把小球向左拉至C点后释放，小球就由C运动到A，再由A运动到B，由B到A，A到D，D到……，不计空气阻力，在此过程中（ ）
A．从B到D，小球在水平方向上受到的合力是先减小后增大
B．小球最后一定会停在A处
C．弹簧的弹性势能最终转化为小球的动能
D．从C到A的运动过程中，小球一直做加速运动
【分析】小球在水平方向上受到弹簧的弹力和木板的摩擦力，分析两个力大小关系的变化，可判断其合力的变化，同时可判断其动能与弹性势能的变化情况；动能的大小与质量、速度有关。
【解答】解：A、小球在水平方向上受到弹力和摩擦力，摩擦力大小始终不变，弹力随弹簧的形变程度在发生改变。从B到D，先是弹力大于摩擦力，随着弹性势能转化为动能，弹力减小，所以合力减小；当越过A点之后，弹簧再次被拉伸，所以弹力增大，则合力也会变大，即从B到D，小球在水平方向上受到的合力先减小后增大，故A正确；
B、小球在来回运动的过程中，由于克服摩擦力做功，其机械能越来越少，当所受弹力与摩擦力平衡时，可能停留在A点的左侧或右侧，不一定最后停在A处，故B错误；
C、小球最终会静止，没有动能，因此弹簧的弹性势能不是最终转化为小球的动能，由于整个过程需要克服摩擦力做功，弹性势能最终转化为了内能，故C错误；
D、小球在水平方向上受到弹力和摩擦力，摩擦力大小始终不变，弹力随弹簧的形变程度在发生改变。从C到A，先是弹力大于摩擦力，小球做加速运动；弹力逐渐变小，当弹力等于摩擦力时，速度最大；当弹力小于摩擦力时，小球做减速运动，故D错误。
故选：A。
【点评】此题主要考查对弹簧弹力的认识、以及合力方向、大小的把握，对于此题无具体参数，只进行定性分析即可。
9．将表面涂墨（墨充足）的皮球从离地某一高度水平抛出，球落地后又弹起，如图所示是小球在地面弹跳的频闪照片，A、B两点高度相同，小球在A点的重力势能 等于 （选填“大于”、“小于”或“等于”）B点的重力势能，小球在A点的动能 大于 （选填“大于”、“小于”或“等于”）B点的动能；皮球先后三次在地面D、E、F着地并留下黑色墨迹，墨迹逐渐 变小 （填“变小”、“变大”或“不变”）。
【分析】根据动能和势能的相互转化可以解决此题。皮球弹跳的高度会越来越低，这说明在势能和动能的转化过程中有能量的消耗，所以皮球的机械能一次比一次少。
【解答】解：（1）皮球在A点的高度和B点的高度相等，质量也没变，根据重力势能的影响因素可知：皮球在AB两点的重力势能相等；
（2）由于皮球在A位置的弹跳要高于B位置的弹跳，所以，皮球在AB两位置是的机械能的大小不同，A位置的机械能大于B位置时的机械能，因此在AB两位置重力势能相等的情况下，A位置的动能大于B位置的动能；
（3）每次皮球反弹后到的最高点都比上一次的最高点要低，机械能逐渐变小，落地时，转化成皮球的弹性势能也越来越小，皮球弹性形变程度也越来越小，所以看到黑色墨迹逐渐变小。
故答案为：等于；大于；变小。
【点评】本题考查动能和势能的大小变化，机械能的相互转化过程中是有能量消耗的，这样造成动能和势能的总和会减少。
10．如图（a）所示，小朋友从滑梯上加速滑下，其动能 增大 ，重力势能 减小 ；如图（b）所示，洒水车在洒水的过程中匀速下坡，则洒水车在此过程中：动能 减小 ，重力势能 减小 。（均选填“增大”“减小”或“不变”）
【分析】动能大小的影响因素是物体的质量和速度，质量越大、速度越大，物体的动能越大；
重力势能大小的影响因素是物体的质量和高度，质量越大、位置越高，物体的重力势能越大。
【解答】解：图（a）中，小朋友从滑梯上加速滑下，其质量不变，速度变大，动能增大；质量不变，高度变小，重力势能减小；
图（b）中，洒水车在洒水的过程中匀速下坡，洒水车质量减小，速度不变，动能减小；洒水车的质量减小，高度减小，洒水车的重力势能减小。
故答案为：增大；减小；减小；减小。
【点评】该题考查动能和重力势能、机械能的变化，关键是判断各自的影响因素是否发生变化。
11．如图所示为蹦极运动的简化示意图，弹性绳一端系在运动员双脚上，另一端固定在跳台O点。运动员由静止开始自由下落，A点处弹性绳正好处于原长；B点处运动员受到的重力与弹性绳对运动员的拉力大小相等；C点处是蹦极运动员到达的最低点。（整个过程忽略空气阻力，弹性绳的自重不计）从A点到C点的过程中，弹性绳的弹性势能 增大 （选填“增大”“减小”“不变”或“先增大后减小”，下同）；运动员的动能 先增大后减小 。
【分析】弹性势能大小的影响因素：弹性形变的大小，发生弹性形变的难易程度，形变越大，越难，弹性势能越大。A点到B点的过程中，重力大于弹性绳对运动员拉力，速度越来越大，动能越来越大，当弹性绳对运动员拉力大于重力时，运动员的速度开始减小，到达C点时，速度为零，因此动能逐渐减小。
【解答】解：在从A点至C点运动员的动能和重力势能转化为绳的弹性势能；A点到B点的过程中，重力大于弹性绳对运动员拉力，因此速度越来越大，动能越来越大；到达C点动能变为0，弹性势能增大到最大值，所以从A点到C点的过程中，弹性绳的弹性势能增大，而运动员的动能先增大后减小。
故答案为：增大；先增大后减小。
【点评】本题难度较大，关键是对人的受力分析，同时要结合力的合成以及力与运动的关系等知识，是一道力学综合题。
12．某同学在进行排球垫球训练，如图所示，排球上升过程中，重力势能 变大 ，动能 变小 （均选填“变小”、“不变”或“变大”）。
【分析】根据影响重力势能、动能大小的因素解答即可。
【解答】解：重力势能大小与物体质量和高度有关。排球上升过程中，其质量不变，上升高度变大，所以重力势能变大；动能大小与物体的质量和速度有关。上升过程中，排球的质量不变，速度变小，所以动能变小。
故答案为：变大；变小。
【点评】本题考查了对重力势能、动能大小的定性分析，属于基础题。
13．在探究“重力势能的大小与哪些因素有关”的实验中，重物A、B、C的质量关系为mA＝mB＜mC，木桩相同。木桩和重物位置如图甲所示。重物静止释放后，木桩被打击陷入沙中的情形如图乙所示，重物B、C将木桩打入沙中的深度相同。
（1）重物自由下落打击木桩，通过观察木桩陷入沙中的深度判断 重物 （选填“重物”或“木桩”）的重力势能大小。
（2）比较 A、B 两个重物将木桩打入沙中的深度，可判断重力势能的大小和重物下落高度的关系，得出的结论是： 物体的质量一定时，高度越高 ，重力势能越大。
（3）我们 能 （选填“能”或“不能”）比较出甲图中重物B、C的重力势能的大小，理由是 B和C两个重物将木桩打入沙中的深度相同，根据转换法可知两个重物的重力势能大小相同 。
（4）本实验中除了应用控制变量法以外还运用到了转换法，请再列举一个实验探究中运用转换法的例子： 比较木块被撞击后移动的距离来判断小车动能大小 。
【分析】（1）物理学中对于一些看不见摸不着的现象或不易直接测量的物理量，通常用一些非常直观的现象现象去认识或用易测量的物理量间接测量，这种研究物体的方法叫转换法。物体重力势能的大小不能直接观察出来，可以通过重物撞击木桩陷入沙中的深度来比较重力势能的大小，陷入的深度越深，表明重力势能越大；
（2）研究重力势能的大小和重物下落高度的关系时，根据控制变量法可知，应控制物体的质量一定，改变物体下落的高度；
（3）该实验是通过观察木桩陷入沙中的深度来反映重物的重力势能大小，所以只需比较木桩陷入的深度即可；
（4）列举运用了转换法的例子即可。
【解答】解：（1）让重物自由下落打击木桩，通过观察木桩陷入沙中的深度判断重物的重力势能大小；
（2）由题知，本次实验是探究重力势能的大小和重物下落高度的关系时，根据控制变量法可知，应控制物体的质量一定，改变物体下落的高度；
由题意和图甲可知，重物A、B的质量相等，重物B的高度大于重物A的高度，由图乙可知，重物B撞击木桩陷入沙中的深度大于重物A撞击木桩陷入沙中的深度，所以可得出的结论：物体的质量一定时，高度越高，物体的重力势能就越大；
（3）由题意和图示可知，虽然重物B、C下落的高度不同，质量也不同，但是重物将木桩打入沙中的深度相同，结合转换法可知甲图中重物B、C的重力势能是相等的，即能比较重物B、C的重力势能的大小；
（4）比较木块被撞击后移动的距离来判断小车动能大小运用了转换法。
故答案为：（1）重物；（2）A、B；物体的质量一定时，高度越高；（3）能；B和C两个重物将木桩打入沙中的深度相同，根据转换法可知两个重物的重力势能大小相同；（4）比较木块被撞击后移动的距离来判断小车动能大小。
【点评】本题是探究影响重力势能大小的因素的实验，重点考查了控制变量法和转换法在实验中的应用。
14．芳芳设计用如图所示装置探究“物体的动能大小与哪些因素有关”，其中摆线的长度L相同，小球 A、B的质量mA＜mB，悬线与竖直方向之间的夹角θ1＜θ2。
（1）小球按图示位置由静止释放，当小球摆动到竖直位置时，恰好与静止在水平面上的木块C发生碰撞，木块都会在水平面上滑行一定距离后停止，本实验中通过比较 木块C在水平面上移动的距离 反映撞击木块C前小球动能大小，这种研究方法叫 转换法 （选填“控制变量法”或“转换法”）；
（2）图甲、乙中，同时由静止释放A、B两球，观察到它们并排摆动且始终相对静止，同时到达竖直位置，这表明两小球在摆动过程中任一时刻速度大小与小球的 质量 无关；
（3）根据乙、丙所示的探究过程，芳芳观察到如图丙中木块C被撞得更远，可得出结论：小球的动能大小与 速度 （选填“速度”、“高度”或“质量”）有关；
（4）若水平面绝对光滑且足够长，木块C被撞击后，它将做 匀速 直线运动。
【分析】（1）物理学中对于一些看不见摸不着的现象或不易直接测量的物理量，通常用一些非常直观的现象去认识或用易测量的物理量间接测量，这种研究问题的方法叫转换法；
（2）小球A、B的质量mA＜mB，由静止同时释放A、B两球，观察到它们始终并排摆动且同时到达竖直位置，说明两小球在摆动过程中的任一时刻的速度大小均相同，据此分析；
（3）比较乙、丙两图速度的大小，根据小球被撞得距离比较出动能的大小，从而得出结论；
（4）根据牛顿第一定律，物体在不受力时，将保持静止或匀速直线运动状态。
【解答】解：（1）本实验通过小球撞击木块，根据木块C在水平面上移动的距离判断小球动能大小，采用的方法是转换法；
（2）由静止同时释放A、B两球，观察到它们始终并排摆动且同时到达竖直位置，这表明两小球在摆动过程中的任一时刻的速度大小均相同，说明速度大小与小球的质量无关；
（3）乙、丙两图，小球的质量相同，θ1＜θ2，所以丙图小球的速度更大，图丙中木块C滑行得更远些，说明质量相同时，物体的速度越大，动能越大，即小球的动能大小与速度有关；
（4）若水平面绝对光滑，木块C被撞击后，木块不受阻力，根据牛顿第一定律，它将做匀速直线运动。
故答案为：（1）木块C在水平面上移动的距离；转换法；（2）质量；（3）速度；（4）匀速。
【点评】此题是探究“物体的动能大小与哪些因素有关”的实验，实验装置与以往的课本装置不同，采用悬挂的小球做实验，实验更容易操作，同时考查了学生根据实验现象得出结论的能力。
15．利用如图所示的装置探究“物体的动能大小与哪些因素有关”。
将小球A、B分别拉到与竖直方向成一定角度O的位置，然后都由静止释放，当小球摆动到竖直位置时，将与静止在水平面上的木块C发生碰撞，木块都会在水平面上滑行一定距离后停止。图中的摆长L都相同，θ1＜θ2，球A、B的质量分别为mA、mB，（mA＜mB）。
（1）如图甲、乙所示，同时释放A、B，观察到它们并排摆动且始终相对静止，同时到达竖直位置这表明两小球在摆动过程中的任一时刻的速度大小与小球的 质量 无关。
（2）如图甲、乙所示，观察到B球能将木块C撞得更远，由此可得出结论：速度一定时， 质量 越大，动能越大。
（3）图乙中小球B到达竖直位置时的速度 小于 图丙中小球β到达竖直位置时的速度（填“大于”、“小于”或“等于”）。如图乙、丙所示，图丙中木块C滑行得更远些，由此可得出结论：动能大小还与 速度 有关。
（4）小华把图甲木块C拿开，探究单摆实验。当小球从最低点摆到最高点时， 重力势 能最大。
（5）小明想用乙图探究摩擦力大小的影响因素，当他把水平面换成更粗糙的毛巾时用刚才的相同操作进行实验时，发现木块C运动的距离变短，说明摩擦力的大小与接触面的 粗糙程度 有关。
【分析】（1）甲、乙两图中，A、B两小球的质量不同，根据摆角相同，它们并排摆动且始终相对静止，结合运动的相对性可知两球的速度始终相同，据此分析回答；
（2）根据转换法，通过比较木块在同一水平面上被撞击的距离来比较小球到达竖直位置时动能的大小。如图甲、乙所示，根据两球的质量大小关系及两球运动到竖直位置时的速度关系，结合转换法分原得出结论；
（3）乙、丙两图，小球的质量相同，根据θ1与θ2的关系可得出小球B到达竖直位置时的速度大小关系，根据转换法得出结论；
（4）物体的质量不变时，物体的高度越大，重力势能越大；
（5）C木块开始获得的动能大小相同。物体做功的过程就是能的转化过程，根据C木块克服摩擦力做的功一样多，结合W＝fs分析得出结论。
【解答】解：（1）甲、乙两图中，A、B两小球的质量不同，摆角相同，它们并排摆动且始终相对静止，则以A（B）球为参照物，B（A）球相对于A（B）球的位置没有发生变化，即两球的速度始终相同，故说明小球的速度大小与小球的质量无关。
（2）根据转换法，通过比较木块在同一水平面上被撞击的距离来比较小球到达竖直位置时动能的大小。如图甲、乙所示，mA＜mB，两球运动到竖直位置时的速度相同，B球能将木块撞得更远，说明B球的动能更大，因此可得速度相同时，物体质量越大，动能越大。
（3）乙、丙两图，小球的质量相同，θ1＜θ2，所以乙图中小球B到达竖直位置时的速度小于图丙中小球B到达竖直位置时的速度，图丙中木块C滑行得更远些，根据转换法，因此可得：质量相同时，物体的速度越大，动能越大。
（4）小华把图甲木块C拿开，探究单摆实验。当小球从最低点摆到最高点时，因小球的质量不变，因此时小球的高度最大，故小球的重力势能最大。
（5）C木块开始获得的动能大小相同，木块最终静止，动能变为0。物体做功的过程就是能的转化过程，物体做的功越多，说明转化为其它形式的能越多，因C木块克服摩擦力做的功一样多，根据W＝fs，由于木块C在更粗糙的毛巾上运动的距离更短，说明木块C在更粗糙的毛巾上运动时受到的滑动摩擦力更大，故可说明摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关。
故答案为：（1）质量；（2）质量；（3）小于；速度；（4）重力势；（5）粗糙程度。
【点评】本题探究“物体的动能大小与哪些因素有关”，考查转换法、控制变量法的运用及影响重力势能大小的因素、功的公式的运用和运动和静止的相对性，综合性较强，有一定难度。
16．如图1所示，小明在“探究物体的动能大小跟哪些因素有关”的实验中，他用质量不同的两个钢球m和M（M的质量大于m），分别从不同的高度h和H（H＞h）静止开始滚下，观察木块B被撞击后移动的距离。
（1）小明通过观察木块B移动的距离长短，来判断小球动能的大小，这种研究方法是 转换法 （选填“控制变量法”或“转换法”）。若水平面绝对光滑，本实验将 不能 （选填“能”或“不能”）达到探究目的。
（2）小丽根据甲、丙两图得出结论：物体的动能大小与质量有关，她的看法是 正确 的（选填“正确”或“错误”），理由是： 图丙中小球的速度小而动能较大 。
（3）另同学用图2所示的方法探究动能的大小与速度的关系，他将相同质量的小球从不同高度（h2＞h1）由静止开始释放，通过观察木块在铁板和毛巾上滑行的距离来判断小球动能的大小，这种方法是 错误 的（选填“正确”或“错误”），理由是： 改变了水平面的粗糙程度 。
【分析】（1）通过观察木块B移动的距离长短，来判断小球动能的大小，是将小球动能的大小转换为木块B移动的距离长短，符合转换法的思想。若水平面绝对光滑，则水平面对木块没有摩擦力，根据牛顿第一定律知，物体将一直做匀速直线运动；
（2）动能大小跟质量和速度有关，在探究动能大小跟质量关系时，控制速度大小不变，在探究和分析结论时，可应用控制变量法得出合理的结论；
（3）可应用控制变量法进行判别，若实验操作符合控制变量法，则方案可行。
【解答】解：（1）通过观察木块B移动的距离长短，来判断小球动能的大小，是将小球动能的大小转换为木块B移动的距离长短，这种研究方法是：转换法。根据牛顿第一定律知，若水平面绝对光滑，水平面对木块没有摩擦力作用，木块B将一直在水平面上做匀速直线运动，无法停止，也就不能通过观察木块B移动的距离长短，来判断小球动能的大小。所以该做法不能达到实验目的；
（2）小丽的看法是正确的；虽然甲、丙两图中没有控制小球的速度相同，但图丙中球的速度较小（最初释放的高度较小），其质量较大，而木块移动的距离较远，反映了小球的动能较大，即速度小的动能反而较大，所以能说明物体的动能大小与质量有关。
（3）探究动能的大小与速度的关系，应控制物体的动能保持不变，改变物体速度，水平面的粗糙程度也要保持不变才行，否则不符合控制变量法。题中改变了水平面的粗糙程度，所以这种做法是错误的。
故答案为：（1）转换法；不能；（2）正确；图丙中小球的速度小而动能较大；（3）错误；改变了水平面的粗糙程度。
【点评】本题考查了动能大小的影响因素，利用控制变量法和转换法来探究动能大小跟各因素之间的关系，难度适中。
17.在探究弹性势能的大小跟哪些因素有关时，小明提出了如下猜想：
猜想一：弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有关；
猜想二：弹性势能的大小与弹簧的材料有关。
为此，小明选用材料不同的两根弹簧A和B（长度和粗细均相同）、小球（质量为m1）、木块和长刻度尺各一件，设计了如图所示的实验装置进行探究。实验中，木块起始位置相同。最后得出以下实验记录表。
（1）由于弹性势能的大小不便用仪器测量，本实验中弹性势能的大小可以通过木块移动的距离来体现，这种研究方法叫 转换法 。请举出一个在热学探究中运用该方法的实例： 清水中滴加红墨水，通过扩散现象说明分子在不停地做无规则运动 。
（2）为了探究猜想一，可选用实验次数①和②的数据进行比较分析，得出结论 弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有关 。
（3）为了探究猜想二，可选用实验次数 ①和③（或②和④） 的数据进行比较分析，说明弹性势能的大小与弹簧的材料有关。
（4）在完成实验后，小明又找来一个质量为m2的小球（m1＞m2），用两小球在同一水平面上分别压缩同一根弹簧至相同位置后释放撞击同一木块，得到木块移动的距离分别为s1和s2，忽略小球自身摩擦对实验的影响，则s1和s2的大小关系为 s1＝s2 。
【拓展】实验中用“木块被小球推动的距离”表示“弹性势能的大小”，请你从功和能的角度分析解释 当弹簧被压缩的程度越大，木块具有的动能越大，克服摩擦所做的功就越多，所以滑行的距离也就越长 。
【分析】（1）想探究的物理量不能直接看出结果，要通过其他量看出来的方法叫做转换法；热学中应用比较广泛；
（2）分析①、②可知：弹簧相同，压缩的程度不同，小球被弹出后推动木块移动的距离不同，即可得出答案；
（3）根据控制变量法分析；
（4）小球能移动是弹簧弹性势能转化成了动能，弹簧压缩量相同，弹性势能相同，转化的动能就相同。
【解答】解：（1）弹性势能的大小是通过木块被弹开的远近来体现的，这种研究方法叫转换法，如在清水中滴加红墨水，通过扩散现象说明分子在不停地做无规则运动；
（2）根据实验次数①、②的数据可知弹簧相同，压缩的程度不同，小球被弹出后推动木块移动的距离不同，得出结论弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有关；
（3）为了探究猜想二，必须控制弹簧被压缩程度相同，改变材料，可选用实验次数①和③（或②和④），木块被推动的距离不同说明弹性势能的大小与弹簧的材料有关；
（4）因为压缩同一根弹簧至相同位置，所以弹簧的弹性势能相同，离开弹簧后小球具有的动能相同，且小球的动能全部转化为推动木块所做的功，两次小球推动木块所做的功相同，即s1＝s2；
[拓展]在木块所受到的摩擦阻力大小相同的条件下，当弹簧被压缩的程度越大，木块具有的动能越大，克服摩擦所做的功就越多，所以滑行的距离也就越长。
故答案为：（1）转换法；清水中滴加红墨水，通过扩散现象说明分子在不停地做无规则运动；（2）弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有关；（3）①和③（或②和④）；（4）s1＝s2；
当弹簧被压缩的程度越大，木块具有的动能越大，克服摩擦所做的功就越多，所以滑行的距离也就越长。
【点评】本题考查影响物体势能大小的因素，要求学生掌握实验控制变量法和转换法。
现象及分析
结论
弹弓被拉得越长，"子弹"射出得越远，说明弹弓对子弹做功越多，弹弓具有的弹性势能越大
在弹性限度内，物体的弹性形变越大，弹性势能越大
弓被拉伸得越开，箭射出得越远，说明弓对箭做功越多，弓具有的弹性势能越大
蹦床被压得越"凹"，人弹起得越高，说明蹦床对人做功越多，蹦床具有的弹性势能越大
不同点
相同点
产生原因
影响因素
= 1 \* GB3 \* MERGEFORMAT ①都是能量的一种具体表现形式;②单位都是焦耳
动能
由于运动而具有的能量
质量、速度
势能
重力势能
由于受重力并处在一定高度所具有的能量
质量、高度
弹性势能
由于发生弹性形变而具有的能量
材料、弹性形变程度
实验序号
小球质量
小球在斜面上的高度
小木块运动的距离s/cm
1
m
h
4.5
2
m
2h
8.7
3
2m
2h
16.8
实验序号
重物质量
重物距桌面高度
小桌子陷入沙子的深度H/cm
1
m
h
1.9
2
m
2h
2.9
3
M
2h
3.8
实验次数
使用的弹簧
被压缩后弹簧的长度/cm
木块移动的距离
①
弹簧A
5
s1
②
弹簧A
8
s2
③
弹簧B
5
s3
④
弹簧B
8
s4
实验次数
使用的弹簧
弹簧被压缩的长度/cm
木块移动的距离/cm
①
弹簧A
4
8
②
弹簧A
7
12
③
弹簧B
4
5
④
弹簧B
7
9