文档内容
11.3 动能和势能 （导学案）
【学习目标】
1. 通过对生活实例的观察和分析，从做功的角度描述能量，了解能量和做功的关系。知道动能、重力
势能和弹性势能的概念。能用能量的观点解释生产生活中的现象，初步形成能量的观念。
2. 通过分析现象和抽象概括建立动能、重力势能、弹性势能的概念，发展科学思维。
3. 基于生活经验，提出动能、势能相关的研究问题，经历实验探究过程，进行分析论证，提升科学探
究能力。
4. 通过解释生活现象，学会从能量的视角分析物理问题，懂得遵循自然规律，增强社会责任感。
【学习重点】研究影响动能和势能大小因素的实验。
【学习难点】研究影响动能和势能大小因素的实验中，所测物理量的转换问题。
【自主预习】阅读教材，完成以下问题：
1．物体能够对外做 ，就说这个物体具有能量，简称能。在物理学中，能的单位是 。
2．物体由于 而具有的能，叫作动能。物体动能的大小跟它的 和 有关。质量相同的
物体，运动的速度越大，它的动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越大。
3．在地球表面附近，物体由于受到 并处在一定 时所具有的能，叫作重力势能。物体的重
力势能与物体的质量和位置有关，质量越大，位置越高，它的重力势能就越大。
4．物体由于发生 而具有的能量叫作弹性势能。弹性势能的大小与物体本身的材料和弹性形
变的程度有关。在材料相同时，物体的弹性形变越大，它具有的弹性势能就越 。
5. 重力势能和弹性势能统称为 。
【合作探究】
探究一、能量
1. 能量
（1）现象探究：什么情况下能做功。
【想一想】下述实例有什么共同特点？
湍急的流水推动水车 飞行的子弹击碎灯泡 拉开的弓将箭射出
【分析】流动的水对水车做了功；飞行的子弹对木桩做了功；拉开的弓对箭做了功。
【探究归纳】上述实例的共同特点是物体对外做了 。
2. 能量
（1）概念：物体能够对外做功，就说这个物体具有能量，简称能。上述事例中，流动的水、飞行的
子弹、拉开的弓都具有能量。
（2）能量的单位：能的单位与功的单位相同，都是 （J）。
（3）理解能量
①能量的实质：物体做功的过程就是能量的转化过程。 是能量变化的量度，一个物体能够做的功越多，说明该物体具有的某种能量转化为其它的形式的能量就越多，即表示这个物体的能量越大。
所以能量是表示物体做功本领的物理量。
②理解“能够对外做功”：物体能够对外做功并不等同于正在做功。有能量的物体 做功，但能
够做功的物体 有能量（均选填“一定”或“不一定”）。例如：被举高的重锤在空中静止，它虽然
没有做功，但当它下落时，可将木桩打入地下而做功，所以被举高的重锤具有做功的本领，即具有能量。
【例题1】下列关于能量的叙述中，都正确的一组是（ ）
①一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能
②一个物体没有做功，它一定不具有能量
③一个物体已做过的功越多，说明这个物体具有的能越多
④运动的物体具有能，静止的物体没有能
⑤物体具有的能量越多，做的功越多
⑥物体具有的能越多，它能做的功就越多
A．①⑥ B．①②⑤ C．④⑤⑥ D．①③⑥
探究二、动能
1. 动能
（1）问题探究：运动的物体是否具有能？
分析以下事例，看看运动的物体能否做功？
【分析】台风、汽车、火箭都在运动，都能够做功，所以具有能量。
【探究发现】运动的物体具有能。
（2）动能：物体由于 而具有的能量，叫作动能。
物体的动能越大，它能对其他物体做的功就越多。一切运动的物体都具有动能。例如，空中飞行的飞
机、地上行驶的汽车、河水的流动等。
2. 研究物体的动能跟哪些因素有关
【猜想与假设】动能是由于物体运动而具有的能，子弹飞行的速度大，对物体的杀伤力也大（做功
多），所以动能可能与物体的运动速度有关。锤子击碎物体时，锤头的质量越大，破坏力越强（做功越
多），动能的大小可能与物体的质量有关。
【实验思路】
（1）如图所示，钢球A从高为h的斜槽上滚下，在水平面上运动，运动的钢球A碰到木块B后，能将B撞出一段距离s。在同一水平面上，木块B被撞得越远，钢球A对B做的功就越多，A的动能越大。
（2）实验方法
①转换法：通过被撞物体运动的距离s来反映动能的大小。
②控制变量法：在探究动能大小可能与物体运动速度、物体质量有关时，每次实验这两个变量只能变
化一个。
【进行实验】
（1）探究动能大小与速度的关系
①控制钢球的质量m不变。
②让同一钢球A分别从不同的高度由静止开始滚下，撞击木块B。
③观察并测量木块被撞出的距离s。
④实验记录表
次数 质量m/kg 高度h/cm 推动木块的距离s/cm
1 0.1 10
2 0.1 15
3 0.1 20
（2）探究动能大小与质量的关系
①控制速度不变，即固定钢球在滑槽上的释放位置的高度h。
②改变钢球的质量m。
③观察并测量木块被撞出的距离s。
④实验记录表
次数 质量m/kg 高度h/cm 推动木块的距离s/cm
1 0.1 102 0.2 10
3 0.3 10
【分析与论证】
探究（1）中：钢球质量相同，钢球达到斜面底端的速度越大，木块被撞击滑行的距离越远。说明：
钢球的动能大小与 有关，质量相同时，速度越大，动能越 。
探究（2）中：钢球达到斜面底端速度相同时，钢球质量越大，木块被撞击滑行的距离越远，说明：
钢球的动能大小与 有关，速度相同时，质量越大，动能越 。
【实验结论】大量实验表明：质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大；运动速度相同的物
体，质量越大，它的动能也越大。
【交流与讨论】
（1）使钢球获得动能的方法：将钢球由斜面某一高度静止释放（重力势能转化为动能）。
（2）将钢球放在斜面上同一高度处静止释放的目的：控制钢球达到斜面底端时具有相同的 （钢
球的速度与质量无关）。
（3）将质量相同的钢球由斜面上不同位置静止释放的目的：改变钢球达到斜面底端时的初速度。
（4）水平面绝对光滑时对实验的影响：钢球撞击木块后木块移动的距离无法确定，钢球动能的大小
无法比较。
（5）实验改进：木块被撞后滑出木板的解决办法：换质量更大的木块，或换质量更小的钢球，或换
更长的木板。
（6）实验结论的应用：生活中超载、超速问题（超速时的速度大，超载时的质量大，则动能大，危
险性大）。
3. 与动能有关的现象及解释
【想想议议】某段道路的标示牌显示：小型客车最高行驶速度不得超过100km/h；大型客车、载货汽
车最高行驶速度不得超过80km/h。请利用物理知识解释，为什么要对机动车的最高行驶速度进行限制？为
什么在同样的道路上，对不同车型设定不一样的最高行驶速度？
【分析】同一辆汽车，质量不变，速度越大，具有的 越大，危害性大。所以限制机动车的最高
行驶速度才能保证机动车行驶的安全性。
车型不同，载重量不同（质量不同），如果载货车与小汽车的行驶速度相同，由于载货车的质量大，
具有的动能 ，则刹车时滑行的距离长，危害性大。所以质量大的大型货车最高行驶速度要 些
（均选填“大”或“小”）。
【例题1】体育课上，李华同学让铅球和足球在跑道上以相同的速度滚动，则（ ）
A．铅球的动能大 B．足球的动能大C．铅球、足球的动能一样大 D．无法比较
【例题2】如图1所示是“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验，将小钢球从高度为h的同一斜
面上由静止开始滚下，推动同一木块在水平面向前移动一段距离 后停下。先后完成甲、乙、丙所示的三
组实验。
（1）小钢球在滚下斜面的过程中，其动能大小是通过______（选填“高度 ”或“距离 ”）大小来
反映的；
（2）分析比较甲和乙两组实验可得：__________________；
（3）分析比较________两组实验可得，物体速度相同时，质量越大，动能越大；
（4）综合上述可知，如图2所示的交通标志牌是交通管理部门对不同车型设定不同的最高_____；
（5）在实验中，若增大水平面的粗糙程度，则木块移动的距离将______（选填“增大”、“不变”
或“减小”）。
探究三、势能
1. 重力势能
（1）现象探究：被举高的物体能做功。
①观察打桩机打桩的过程：如图所示，打桩机在工作时，先把“重锤”高高举起，“重锤”落下，可
以把桩打入地里。
②高空抛物现象曾被称为“悬在城市上空的痛”。它曾与“乱扔垃圾”齐名，排名第二。高空抛物，
既伤人又伤物。
【分析】被举高的重锤能够对桩做功，说明被举高的重锤具有 。高空抛出的物体能够做功，说
明高处的物体具有能量。
【探究归纳】高处的物体都具有 。
【想一想】高处的物体具有什么能呢？这种能量是物体由于受到 所具有的。
（2）重力势能：在地球表面附近，物体由于受到重力并处在一定高度时所具有的能，叫作重力势能。
（3）决定重力势能大小的因素
【猜想与假设】
①重力势能是由于物体处在一定高度而具有的能，所以重力势能可能与物体的位置 有关。
②位置高度相同的足球和铅球下落到地面，铅球对地面做的功比足球大得多，推测重力势能可能与物
体的 有关。
【设计并进行实验】
探究一：探究重力势能的大小与高度的关系
如图甲所示，让同一物体分别从不同的高度由静止下落，观察桌腿在沙坑下陷的深度。
甲 乙
探究二：探究重力势能大小与质量的关系
如图乙所示，让质量不同的物体分别从同一高度由静止开始下落，观察桌腿在沙坑下陷的深度。
【分析与论证】
探究一中：同一物体从不同高度的位置下落时，桌腿在沙坑下陷的深度不同；高度越高，桌腿在沙坑
下陷的深度越大。说明：质量相等的物体， 越高，重力势能越大。
探究二中：质量不同的物体从同一高度下落时，质量越大，桌腿在沙坑下陷的深度越大。说明：位置
高度相同时，物体的 越大，重力势能越大。
【实验结论】大量实验表明：
物体的重力势能与物体的质量和位置有关，质量越大，位置越高，它的重力势能就越大。
【想想议议】我国的乌东德水电站的拦河拱坝高270 m。水电站满负荷发电时，一天的发电量就可以
满足30万人1年的生活用电。我国葛洲坝水电站的拦河坝高70 m。有人说，前者水的重力势能比后者的
大。能够这样简单地得出结论吗?为什么?
【分析】不能。因为水库中水的重力势能大小与水的 和 有关，虽然乌东德水电站比葛洲坝拦河坝高，但我们并不知道水库中水量的多少，所以不能简单地得出结论。
【想想议议】在建筑工地上，常常看到以下的指示牌，你知道这些安全警示牌表示什么含义？其中包
含的物理原理是什么？
【分析】这些安全警示牌分别表示：当心吊物；当心落物；必须戴安全帽。因为处于高空的物体具有
很大的重力势能，一旦下落后，做的功也多，对人的伤害更大。
2. 弹性势能
（1）现象探究：物体发生弹性形变与做功
【想一想】运动员在参加射箭比赛时，拉弯的弓为什么能将箭射出？蹦床比赛中，运动员为什么可以
“跳” 这么高？
【分析】被拉弯的弓和发生形变的蹦床可以把箭射出去、把人弹起，弓和弹簧能够对外做功，说明他
们具有能量。共同特点：发生 的物体具有能量。
射箭 蹦床
【想一想】这种形式的能量是如何产生的？
【分析】这种形式能量的产生是由于发生弹性形变的物体在恢复形变时可以做 ，故具有能量。
（2）弹性势能：物体由于发生弹性形变而具有的能叫作弹性势能。例如，发生形变的网球拍能将网
球弹出，具有弹性能量。
（3）影响弹性势能大小的因素
【事例分析】图甲中橡皮筋的形变越大，“子弹”被弹射得越远；图乙中弹簧的形变越大，小车被弹
得越远。事实表明，弹性形变越大，物体的弹性势能就越大。
【结论】大量实验表明：影响弹性势能大小的因素是物体本身的材料和弹性形变的程度。在材料相同
时，物体的 越大，它具有的弹性势能就越大。
3. 势能：重力势能和弹性势能统称为 能。
4. 动能和势能的异同：势能
异同点 动能
重力势能 弹性势能
物体由于受到重力并
形成 物体由于运动而 物体由于发生弹性形变
处在一定高度所具有
原因 具有的能 而具有的能
的能
不
同 一切运动的物体 一切被举高的物体 一切发生弹性形变的物
特点
点 都具有动能 都具有重力势能 体都具有弹性势能
决定
质量和速度 质量和高度 弹性形变程度
因素
相同点 都是能量的一种具体形式,都具有做功的本领
【例题3】同学们在探究“重力势能的大小与哪些因素有关”的实验时，提出了如下猜想：
猜想一：物体的重力势能与物体的质量有关；
猜想二：物体的重力势能与物体所在高度有关。
为了验证上述猜想，他们利用小桌、沙子、透明的箱子、质量不同的重物进行实验。把小桌放在平整
的沙面上，让重物从高处落下，撞击桌面的中心部位，桌腿陷入沙子。图为实验过程中的有关情景。
（1）实验探究的是______（选填“重物”或“小桌”）的重力势能；
（2）实验中通过比较___________来判断物体重力势能的大小；
（3）通过比较_______（选填“甲乙”“乙丙”“丙丁”或“甲丁”）两图，可得出的实验结论是：
___________________；
（4）如图所示的实验，_______（选填“能”或“不能”）顺利验证两个猜想。
【例题4】在探究弹性势能的大小跟哪些因素有关时，小明提出如下猜想：
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；
（1）为验证猜想一，他设计了如图所示实验，（小球质量大于木块的质量）实验时将同一弹簧压缩
不同的长度（弹簧被压缩后未超过其弹性限度），将小球置于弹簧的右端，松开后小球撞击同一位置的相
同木块上，分析比较 ___________ ，从而得出弹性势能大小。（2）为验证猜想二，需选用材料_________的两根弹簧，实验时将两根弹簧压缩________（选填“相
同”或“不同”）的长度，将小球置于弹簧的右端，松开后小球碰到同一位置的相同木块上，对数据进行
比较分析时，若__________________，说明弹性势能的大小与弹簧的材料有关。
【精讲点拨】
1．功和能的关系：从做功的角度描述能量。物体能够对外做功（或具备做功本领），就表示这个物
体具有能量，对外做功越多，具有的能量越大。
（1）具有能量的物体不一定在做功，但正在做功的物体一定具有能量。
（2）物体做功越多，说明它具有的能量越大，但具有的能量大，做的功不一定多。
2．影响动能和势能的因素
（1）影响因素：质量、速度、高度或弹性形变情况。
（2）探究方法：控制变量法和转换法。
（3）控制变量法
①质量相同，改变高度，探究能量与速度或高度的关系；
②高度相同，改变质量，探究能量与质量的关系。
注意：物体从斜面上由同一高度静止下滑时，到达斜面底端的速度是相等的，与物体的质量无关。
3. 对动能、势能的理解
动能与重力势能的大小是各由两个因素共同决定的。在分析动能和势能如何变化的问题时，容易忽略
其中一个因素，而只注重另外一个因素的影响，从而造成解题错误。因此分析动能变化时需同时考虑质量、
运动速度的变化情况；分析重力势能变化时需同时考虑质量、所处高度的变化情况。
【归纳整理】
第3节 动能和势能
【课堂练习】1．力和运动、功和能量是物理学的核心概念，它们之间存在着密切的联系。关于力和运动、功和能
量之间的关系，下列说法错误的是（ ）
A．运动的物体一定具有能量 B．物体受到力的作用，力一定对物体做功
C．做功的本质是能量的转化 D．功和能量的单位都是焦耳
2．下列物体中: ①卷紧的钟表发条；②扔在空中的橡皮；③被适当拉伸的弹簧；④充满气的气球。具
有弹性势能的是（ ）
A. ①②③④ B. ①③④ C. 只有① D. 只有①③
3. 如图所示，2023年5月30日9时31分，搭载神舟十六号载人飞船的长征二号F遥十六运载火箭在
酒泉卫星发射中心成功发射。在火箭加速上升的过程中，关于神舟十六号载人飞船，下列说法正确的是（
）
A．动能增加，重力势能增加 B．动能不变，重力势能不变
C．动能不变，重力势能增加 D．动能增加，重力势能不变
4．如图所示，在跳板跳水比赛中，运动员总是尽可能把跳板向下压弯一点，然后再高高腾起。不计
空气阻力，下列分析正确的是（ ）
A．向下压弯跳板的过程中，跳板的弹性势能变小
B．离开跳板向上腾起的过程中，运动员的动能变大
C．向下压弯跳板的过程中，跳板的弹性势能变大
D．尽可能把跳板向下压弯点，为了增大运动员惯性
5. 为了研究物体动能与质量的关系，应让不同质量的小球从斜面_____ 高度由静止滚下，观察比较木
块被撞后移动的距离。对比如图甲、乙，可以得出结论：速度相同的物体，质量_____ ，动能就越大。由
此，可以解释汽车_____ （选填“超载”或“超速”）行驶时危险性大的原因。6．小明学做家乡特色菜“贴饽饽熬鱼”时，一个不小心让饮料瓶落到了松软的玉米面团上，在面团
上留下较深的痕迹。于是他灵机一动，想利用玉米面团和装有水的饮料瓶探究影响重力势能的因素。随后
他依次做了如图所示的实验。
（1）通过面团的凹陷程度可以确定水瓶下落前__________的大小；
（2）利用实验①、②可探究重力势能大小与物体的______是否有关；
（3）要研究物体的重力势能是否与物体所在高度有关，应对比实验_______（选填实验序号）的结果；
（4）高空抛物是一种危害公共安全的行为，请阐述不能高空抛物的原因：________。
【课后反思】
本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？
