高中物理 7.4重力勢(shì)能課件 新人教版必修2.ppt

第四節(jié)重力勢(shì)能 課標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 理解重力勢(shì)能的概念 掌握重力勢(shì)能的計(jì)算方法 知道重力勢(shì)能的相對(duì)性 2 知道重力做功和重力勢(shì)能的改變的關(guān)系 3 理解重力做功與路徑無(wú)關(guān)的特點(diǎn) 重點(diǎn)難點(diǎn) 重力勢(shì)能的計(jì)算 重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系 核心要點(diǎn)突破 課堂互動(dòng)講練 知能優(yōu)化訓(xùn)練 第四節(jié) 課前自主學(xué)案 課前自主學(xué)案 1 物體的高度發(fā)生變化時(shí) 重力要做功 物體被舉高時(shí) 重力做 功 物體下落時(shí) 重力做 功 2 重力做功的特點(diǎn)物體運(yùn)動(dòng)時(shí) 重力對(duì)它做的功只跟它的 和 的位置有關(guān) 而跟物體運(yùn)動(dòng)的 無(wú)關(guān) 負(fù) 正 起點(diǎn) 終點(diǎn) 路徑 二 重力勢(shì)能1 定義 物體由于 而具有的能量 2 大小 物體的重力勢(shì)能等于它所受 與所處 的乘積 表達(dá)式為 3 單位 與功的單位相同 4 重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系 被舉高 重力 高度 ep mgh 焦耳 表達(dá)式 wg ep1 ep2 1 當(dāng)物體從高處運(yùn)動(dòng)到低處時(shí) 重力做 功 重力勢(shì)能 即wg 0 ep1 ep2 2 當(dāng)物體由低處運(yùn)動(dòng)到高處時(shí) 重力做 功 重力勢(shì)能 即wg 0 ep1 ep2 重力做負(fù)功也叫做物體 正 減小 增加 負(fù) 克服重力做功 三 重力勢(shì)能的相對(duì)性1 參考平面 物體的重力勢(shì)能總是相對(duì)于某一 來(lái)說(shuō)的 這個(gè) 叫做參考平面 在參考平面 物體的重力勢(shì)能等于0 2 參考平面的選取 1 選擇不同的參考平面 物體的重力勢(shì)能數(shù)值 但物體在某固定的兩點(diǎn)間的重力勢(shì)能的差值 水平面 水平面 不同 相同 2 參考平面上方的物體重力勢(shì)能為正 下方的物體重力勢(shì)能為負(fù) 負(fù)號(hào)表示物體在這個(gè)位置具有的重力勢(shì)能比在參考平面上具有的少 說(shuō)明 選擇哪一個(gè)面為參考平面 要根據(jù)具體情況而定 一般是以解決問(wèn)題方便為原則 四 勢(shì)能是系統(tǒng)所共有的重力勢(shì)能不是地球上的物體單獨(dú)具有的 重力勢(shì)能是地球與物體所組成的 系統(tǒng) 共有的 說(shuō)明 任何一種形式的勢(shì)能 如分子勢(shì)能 電勢(shì)能等都是系統(tǒng)所共有的 核心要點(diǎn)突破 一 重力做功的特點(diǎn)1 探究過(guò)程 如圖7 4 1所示 質(zhì)量為m的物體經(jīng)三條不同的路徑 從高度是h1的位置運(yùn)動(dòng)到高度是h2的位置 圖7 4 1 第一次物體豎直向下運(yùn)動(dòng) 圖中路徑1 重力所做的功wg mgh mg h1 h2 mgh1 mgh2 第二次物體沿傾斜直線向下運(yùn)動(dòng) 圖中路徑2 設(shè)傾斜直線與豎直方向成 角 物體通過(guò)的距離為l 則重力所做的功wg mglcos mgh mg h1 h2 mgh1 mgh2 第三次物體沿任意路徑向下運(yùn)動(dòng) 圖中路徑3 我們可以把整個(gè)路徑分成許多很短的間隔 每一小段都可看成一段傾斜的直線 則重力所做的功wg mg h1 mg h2 mgh mg h1 h2 mgh1 mgh2 2 歸納總結(jié) 重力做的功只跟它的起點(diǎn)和終點(diǎn)的位置有關(guān) 而跟物體運(yùn)動(dòng)的路徑無(wú)關(guān) 功的大小等于物重跟起點(diǎn)高度與終點(diǎn)高度之差的乘積 二 對(duì)重力勢(shì)能的理解1 重力勢(shì)能具有相對(duì)性重力勢(shì)能的表達(dá)式ep mgh中的h是指物體重心到參考平面的高度 因此重力勢(shì)能的大小與參考平面的選取有關(guān) 在參考平面以上為正值 以下為負(fù)值 位于參考平面時(shí)為零 2 重力勢(shì)能參考平面的選取是任意的視處理問(wèn)題的方便而定 一般選取地面或物體運(yùn)動(dòng)時(shí)所達(dá)到的最低點(diǎn)所在平面為零勢(shì)能參考平面 3 重力勢(shì)能的變化是絕對(duì)的盡管重力勢(shì)能的大小與參考平面的選取有關(guān) 但重力勢(shì)能的變化量與參考平面的選取無(wú)關(guān) 4 重力勢(shì)能是系統(tǒng)共有的倘若沒(méi)有地球 就談不上重力 那么物體也就不可能具有重力勢(shì)能 所以 嚴(yán)格來(lái)說(shuō) 重力勢(shì)能是地球和物體所組成的 系統(tǒng) 共有的 而不是物體單獨(dú)具有的 特別提醒 重力勢(shì)能是標(biāo)量 只有大小沒(méi)有方向 但有正 負(fù) 其正 負(fù)表示與參考平面上物體勢(shì)能的相對(duì)大小 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 2 下列關(guān)于重力勢(shì)能的說(shuō)法中正確的是 a 物體的位置一旦確定 它的重力勢(shì)能的大小也隨之確定b 物體與零勢(shì)能面的距離越大 它的重力勢(shì)能也越大c 一個(gè)物體的重力勢(shì)能從 5j變化到 3j 重力勢(shì)能變小了d 重力勢(shì)能減小時(shí) 重力對(duì)物體做正功 解析 選d 重力勢(shì)能ep mgh 其中h表示物體所在位置相對(duì)參考平面的高度 具有相對(duì)性 當(dāng)物體的位置確定 但參考平面不同時(shí) 則相對(duì)高度h不同 所以重力勢(shì)能mgh也不同 a是錯(cuò)誤的 當(dāng)物體在參考平面下方時(shí) 物體與參考平面距離越大 重力勢(shì)能越小 所以b是錯(cuò)誤的 重力勢(shì)能是標(biāo)量 負(fù)號(hào)說(shuō)明物體在參考平面下方 判斷其大小時(shí) 與數(shù)學(xué)上 5 3的規(guī)律一致 所以b重力勢(shì)能由 5j變?yōu)?3j 重力勢(shì)能變大了 c是錯(cuò)誤的 物體的重力勢(shì)能減小 說(shuō)明高度下降了 所以重力做正功 d正確 三 重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系物體的高度變化時(shí) 重力要做功 重力勢(shì)能的改變與重力做功有關(guān) 重力勢(shì)能的改變只由重力做功引起 如圖7 4 3 質(zhì)量為m的物體 由a點(diǎn)下落到b點(diǎn) a點(diǎn)高度為h1 b點(diǎn)高度為h2 在這個(gè)過(guò)程中 重力做功wg mgh1 mgh2 mg h 圖7 4 3 在這個(gè)過(guò)程中重力勢(shì)能的改變量 ep epb epa 所以重力做功和重力勢(shì)能改變量的關(guān)系為wg ep 這也正好說(shuō)明了重力做正功 重力勢(shì)能減小 而重力做負(fù)功 重力勢(shì)能增加的道理 特別提醒 重力勢(shì)能變化的多少是由重力做功來(lái)唯一量度的 跟物體所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及是否受其他力或其他力是否做功無(wú)關(guān) 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 3 2011年廈門高一檢測(cè) 關(guān)于重力做功和物體的重力勢(shì)能 下列說(shuō)法不正確的是 a 重力對(duì)物體做正功時(shí) 物體的重力勢(shì)能一定減少b 物體克服重力做功時(shí) 物體的重力勢(shì)能一定增加c 地球上任何一個(gè)物體的重力勢(shì)能都是一個(gè)確定值d 重力做功的多少與重力勢(shì)能的變化都與參考平面的選取無(wú)關(guān) 解析 選c 重力做正功 物體的重力勢(shì)能減少 重力做多少功 重力勢(shì)能就減少多少 a對(duì) 同理b對(duì) 物體的重力勢(shì)能大小除與其質(zhì)量有關(guān)外 還與物體所處的高度有關(guān) 在不同高度 零勢(shì)能面確定 同一物體的重力勢(shì)能不同 c錯(cuò) 重力做功的特點(diǎn)是重力做功多少只與初末位置的高度差有關(guān) 與參考面的選取無(wú)關(guān) 而重力勢(shì)能的變化等于重力做的功 故d對(duì) 課堂互動(dòng)講練 精講精析 由重力做功的特點(diǎn)可知 重力做功與小球?qū)嶋H路徑無(wú)關(guān) 所以w mgh 答案 mgh 方法總結(jié) 重力做功與物體運(yùn)動(dòng)的路徑無(wú)關(guān) 只與初末位置的高度差有關(guān) 這一點(diǎn)尤其在解一些往復(fù)運(yùn)動(dòng)或多個(gè)過(guò)程的問(wèn)題時(shí) 可以省去大量的中間步驟 使得解題單刀直入 一步求解 富于靈活性 變式訓(xùn)練1將一物體由a移至b 重力做功 a 與運(yùn)動(dòng)過(guò)程中是否存在阻力有關(guān)b 與物體沿直線或曲線運(yùn)動(dòng)有關(guān)c 與物體是做加速 減速或勻速運(yùn)動(dòng)有關(guān)d 與物體發(fā)生的位移有關(guān) 解析 選d 重力做功的多少只與初 末狀態(tài)的位置有關(guān) 即與位移大小有關(guān) 與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān) 金茂大廈是上海的標(biāo)志性建筑之一 其主體建筑地上88層 地下3層 高420 5m 是目前國(guó)內(nèi)第一 世界第三的高樓 如圖7 4 4所示 距地面341m的第88層為國(guó)內(nèi)迄今最高的觀光層 環(huán)顧四周 極目眺望 上海新貌盡收眼底 質(zhì)量為60kg的游客 在下列情況中 他的重力勢(shì)能各是多少 g取10m s2 圖7 4 4 1 以地面為參考平面 2 以第88層為參考平面 3 以420 5m的樓頂為參考平面 若他乘電梯從地面上升到88層 需克服重力做多少功 思路點(diǎn)撥 先求出選不同位置為參考平面時(shí)物體所處的高度 再根據(jù)重力勢(shì)能的定義式求物體的重力勢(shì)能 精講精析 1 以地面為參考平面 游客在88層 相對(duì)地面高度為341m 則ep1 mgh 60 10 341j 2 0 105j 2 若以第88層處為參考平面 游客在第88層 相對(duì)高度認(rèn)為是0 故ep2 0 3 克服重力做的功與參考平面的選擇無(wú)關(guān) 即 w1 mgh 2 0 105j 答案 1 2 0 105j 2 0 3 2 0 105j 方法總結(jié) 1 計(jì)算重力勢(shì)能時(shí) 必須首先選取零勢(shì)能面 2 比較物體在不同位置具有的重力勢(shì)能的大小關(guān)系時(shí) 這兩個(gè)位置的重力勢(shì)能必須是相對(duì)同一個(gè)參考平面的 變式訓(xùn)練2如圖7 4 5 質(zhì)量為m的小球 從離桌面h高處由靜止下落 桌面離地高度為h 若以桌面為參考平面 那么小球落地時(shí)的重力勢(shì)能及整個(gè)過(guò)程中重力勢(shì)能的變化分別是 圖7 4 5 a mgh減少mg h h b mgh減少mg h h c mgh減少mg h h d mgh減少mg h h 解析 選d 以桌面為參考平面 落地時(shí)物體的重力勢(shì)能為 mgh 初狀態(tài)重力勢(shì)能為mgh 即重力勢(shì)能的變化 ep mgh mgh mg h h 所以重力勢(shì)能減少了mg h h d正確 如圖7 4 6所示 在水平地面上平鋪n塊磚 每塊磚的質(zhì)量為m 厚度為h 如將磚一塊一塊地疊放起來(lái) 至少需要克服重力做多少功 圖7 4 6 思路點(diǎn)撥 把磚由平放在地面上到把它們一塊塊地疊放起來(lái) 所做的功至少等于磚所增加的重力勢(shì)能 可用整體法求解 自主解答 取n塊磚的整體為研究對(duì)象 如題圖所示 疊放起來(lái)后整體重心距地面0 5nh 原來(lái)距地面0 5h 故有 w ep nmg 0 5nh nmg 0 5h 0 5n n 1 mgh