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九年级上科学3.4动能和势能

发布时间:2014-02-06 14:55:43  

Chapter 3 能量的转化与守恒

3.4 动能和势能 功和能的比较 功
物体在力的作用下,沿力的方向通过一段距离, 我们就说这个力对物体做了功 功是能量转化(转移)的量度, 物体做功越多,其能量变化就越大

功用符号W表示,单位为J

能量
一个物体能对外做功,这个物体就具有能量 能量表示的是物体自身的一种状态, 物体对外做功能力越强,其能量就越大 能量用符号E表示,单位也是J 其他能量单位: 1 cal(卡路里)=4.184J 1 kW.h(千瓦时)=3 600 000J

教材中涉及的能量形式
机械能 动能 势能 重力势能 弹性势能

对功和能的理解

能量

内能(热能) 电能 核能

①处在较高位置的物体,让它落下来,就可以做一定 数量的功。
所以,地面上的物体和高处的物体不同,后者可以做功, 而前者不能; ②飞行的子弹碰到障碍物,也可以对障碍物做功。

所以运动的物体和静止的物体也不同,运动的物体可以做 功,静止的物体就不能。

③高处的物体落到地面,可以做功,但是在未落下前, 它只具有做功的可能性,即具有做功的本领; ④同样,运动的物体遇到障碍物时,可以做功,但是没有遇到障碍物之前, 也只具有做功的本领。 ⑤物体具有做功的本领,我们就说物体具有能。

动能

波音787 宇宙空间站 射出的子弹 新干线

以地面为参照物,以上物体均具有一定的速度, 同时,均是通过消耗其他形式的能量,获得了动能

动能

那么动能的大小时如何比较的呢?

定义:物体由于运动而具有的能量,叫做动能。

影响动能大小的因素
实验的设计
动能大小的确定:如下图所示让小球从斜面上滚下,撞击纸盒,根据纸盒的 远近确定动能的大小。纸盒被撞得越远,说明小球的动能 越大。 变量的控制: 用控制小球在斜面上的高度来控制在水平面上的 速度; 用体积相同的木球和铁球来控制小球的质量。 注意:水平面与纸盒间一定存在摩擦力,小球 势能最终转化为内能

实验1:操作:先后将小球从斜面的不同高度滚
下来,撞击平面上的木块观察哪次木块 被推得远。 实验现象:同一钢球,原来位置越高, 滚离斜面时,速度越大,木块被推得越 远。

影响动能大小的因素

结论:在质量一定时,物体的速度越大, 物体的动能就越大。

实验2:操作:用质量不同的钢球,让他们从同
一高度滚下,撞击平面上的木块,观察 哪次木块被推得远。 实验现象:同一位置释放钢球,球质量 越大,木块被推得越远。 结论:运动速度相同时,物体的质量越 大,物体的动能就越大。

实验结论:
动能的决定因素:动能的大小决定于物体的质量和速度
在质量相同时,物体的

速度越大,它具有的动能越大,
物体的速度越小,它具有的动能越小。 在速度相同时,物体的质量越大,它具有的动能越大,

物体的质量越小,它具有的动能也越小。

例:质量相同的铁球和木球,木球的速度比铁球的速度大,将它们的动能 相比则(B ) A. 铁球的动能大 B. 木球的动能大 C. 两球的动能一样大 D. 无法比较

补充:
动能用Ek表示,动能的大小和物体的质量及物体瞬时速度的平方成正比; 动能的计算公式 1

Ek=

动能具有瞬时性,在某一时刻,物体具有一定的速度,就具有一定的动能,因 而动能大小与物体的运动方式无关,无论是直线、曲线运动,或是匀速、变速 运动,若已知物体的质量和某时刻速度的大小,动能的大小也就确定了。 动能具有相对性,对不同的参考系,物体速度有不同的瞬时值,也就具有不同 的动能,初中阶段,一般以地面为参考系研究物体的运动。 例:重为4g的子弹,出膛的一瞬间达到922m/s的速度,试计算子弹该时刻的 动能大小; 以地面为参照物的瞬时速度

2

mv2

试题中不涉及动能大小的具体计算, 但在分析、判断动能大小时可直接利用该公式

1 Ek= mv2=0.5×0.004×9222=1700.2J 2

势能

水电站 过山车 击打网球的瞬间 蹦极

位于高处的物体,因重力影响具有向下运动的趋势;

势能

发生弹性形变的物体,具有恢复原来形状的趋势;

定义:物体由于被举高或发生弹性形变而具有的能。 势能包括重力势能和弹性势能。

补充: 弹性形变
定义:弹性形变是指固体受外力作用而使各点间相对位置的改变,当外力撤 消后,固体又恢复原状,谓之“弹性形变”。如弹簧的形变 与之相对应的即为—塑性形变 即物体发生形变,当外力撤去后,物体不能恢复原状,这样的形变叫做 塑性形变,如橡皮泥的形变等。

重力势能
定义:物体由于被举高而具有的能量,叫重力势能

思考

如何比较绕地卫星和飞机的 重力势能

影响重力势能大小的因素 猜想
物体重力势能可能跟其质量与被举高的高度有关。

设计实验
A:将同一钢球举高到不同高度后让其自由下落,撞击水泥地面上平铺的 细沙,观察每次细沙下陷的程度。 B:换用不同质量的钢球,举高到同一高度后让其自由下落,观察每次细 沙凹陷程度。

实验结论
A:等质量钢球,H越大,d越大,所具有的的能量就越大 B:高度相同时,m越大,d越大,所具有的的能量就越大 故物体重力势能与物体质量和物体被举高的高度有关。 物体质量越大、被举得越高,重力势能越大。

需要注意的是:

由于高度是相对的,所以重力势能也是相对的。通常以地面的高度为零,所 说的重力

势能大小是相对地面的。

补充:
重力势能用Ep表示,它和物体的质量和被举高的高度成正比 重力势能的计算公式

Ep= mgh
以地面为参照物的高度
例:位于10m高处的钢球,重5kg,试计算其重力势能的大小(地面高度视为0);

Ep= mgh =5×9.8×10=490J
同样的,具体计算不作要求,可作为判断大小的依据

弹性势能
发生弹性形变的物体具有的能量叫做弹性势能。

影响弹性势能大小的因素
在弹簧秤的使用过程中,我们发现, 所挂重物越重,弹簧拉伸越大 故物体的弹性形变越大,它具有的弹性势能就越大。 发生弹性形变的物体具有做功的本领, 在恢复原来形状的过程中对其他物体做功。 所以发生弹性形变的物体具有弹性势能, 不发生弹性形变,就不具有弹性势能。

补充:

k为弹性系数,x为形变量

弹性势能的计算公式

1 Ep= kx2 2

机械能
动能与势能(重力势能、弹性势能)的总和称为机械能 一个物体可以同时具有动能和势能; 也可以只有动能或只有势能; 机械能也可以为0(相对参照物);
动能 定义 影响因素 *计算

几个能量概念的比较
重力势能 弹性势能 机械能 动能和势能 的总和 动能、势能 的大小

物体由于运 动而具有的 能量
质量、速度

物体由于被 举高而具有 的能量
质量、高度

物体由于弹 性形变而具 有的能量
弹性、形变 程度

Ek=

1 mv2 2

Ep= mgh

Ep=

1 2 kx E=Ek+Ep 2

Ep表示的是势能,故重力势能 和弹性势能的符号均为Ep

动能和势能的转化

重力势能和动能 的相互转化 重力势能:高处>低处 动能:低处>高处 重力势能转化为动能 重力势能和动能 重力势能:A>B>C 的相互转化 动能:C>B>A 重力势能:A=C>B 动能:B>A=C

重力势能弹性势能和动能 的相互转化 (AB为橡皮筋原长) 重力势能:B>C>D 弹性势能:D>C>B 动能:B>C>D

例:下面的物体中,只具有动能的是______ E ;只有势能的是______ C ;既具有动能、 B 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货物 D. 弹簧 E. 在水平铁轨上正行驶的火车 判断下列几种情况下,物体的动能、势能是否变化?是增加还是减少? (1)货物在钢丝绳的牵引下上升,但速度在减小 (2)电梯上升得越来越快 (3)汽车在平直公路上匀速前进 (4)弯曲的钢锯条在逐渐变直 (1)货物的重力势能增加,动能减少 (2)电梯的重力势能增加,动能增加 (3)汽车的重力势能、动能都不变 (4)钢锯条的弹性势能减小

1. 位置高的物体一定比位置低的物体势能大。(× ) 2. 运动速度大的物体一定比运动速度小的物体动能大。(× ) 3. 在空中飞行的子弹,因为它能够做功,所以它具有能

。( √ ) 4. 用线悬挂着的物体,它没有做功,所以它没有能。(× ) 5. 凡是静止的物体都没有能。( ×) 6. 处于平衡状态的物体既可能有动能,也可能有势能。( √ )


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