高中物理5.4重力勢(shì)能學(xué)案人教版必修2

1、5.4重力勢(shì)能學(xué)習(xí)目標(biāo): 1. 理解重力勢(shì)能的概念，會(huì)用重力勢(shì)能的定義式進(jìn)行計(jì)算。 2. 理解重力勢(shì)能的變化和重力做功的關(guān)系，知道重力做功與路徑無關(guān)。3. 理知道重力勢(shì)能的相對(duì)性和重力勢(shì)能變化的絕對(duì)性。4. 了解勢(shì)能及彈性勢(shì)能的概念。學(xué)習(xí)重點(diǎn): 1. 重力勢(shì)能2. 重力勢(shì)能的變化和重力做功的關(guān)系學(xué)習(xí)難點(diǎn): 重力勢(shì)能的變化和重力做功的關(guān)系 主要內(nèi)容:一、重力勢(shì)能EP1 定義：通俗地說，物體由于被舉高而具有的能量叫重力勢(shì)能，用符號(hào)Ep表示，物體的質(zhì)量越大，離地越高，重力勢(shì)能就越大。2 定義式：EP=mgh，即物體的重力勢(shì)能Ep等于物體的重量mg和它的高度h的乘積。3單位：在國際單位制中是焦耳(J)

2、。4重力勢(shì)能是狀態(tài)量。5重力勢(shì)能是標(biāo)量，即只有大小，沒有方向。6重力勢(shì)能的相對(duì)性要確定重力勢(shì)能的大小，首先必須確定一個(gè)參考平面(高度為零，重力勢(shì)能為零的一個(gè)水平面)。相對(duì)于不同的參考平面，在確定位置上的物體的重力勢(shì)能有不同的值，這就是重力勢(shì)能的相對(duì)性。例如：水平桌面離水平地面的高度為H，一小球在水平桌面上方h高處，選水平桌面為參考平面時(shí)，小球的重力勢(shì)能為mgh；若選地面為參考平面，小球的重力勢(shì)能就是mg(H+h)。選擇哪個(gè)平面做參考平面，原則上是任意的，而不是硬性規(guī)定的，因此重力勢(shì)能雖是標(biāo)量但卻有正負(fù)之分。比如：物體在參考平面以上h高處，其重力勢(shì)能為EP=mgh；當(dāng)該物體在參考平面以下h低處，

3、其重力勢(shì)能就是-mgh，重力勢(shì)能的正負(fù)可表示大小，比如對(duì)同一個(gè)參考平面，重力勢(shì)能有一2 J和一3 J兩個(gè)值，比較其大小有一2 J>一3 J。實(shí)際問題中選擇哪個(gè)水平面作為參考平面?可視研究問題的方便而定通常(沒有特別說明時(shí))選擇地面作為參考平面。7重力勢(shì)能是屬于系統(tǒng)的如果沒有地球，就沒有重力，也就談不上重力勢(shì)能了，所以重力勢(shì)能是屬于物體與地球所組成的系統(tǒng)所有的。(重力勢(shì)能的這個(gè)特點(diǎn)與動(dòng)能不同，動(dòng)能是運(yùn)動(dòng)物體單獨(dú)具有的)通常我們說物體具有多少重力勢(shì)能，只是一種簡(jiǎn)略的習(xí)慣說法(嚴(yán)格地說應(yīng)是，某物體與地球這一系統(tǒng)具有多少重力勢(shì)能)。8對(duì)重力勢(shì)能相關(guān)問題的理解(1)重力勢(shì)能是一個(gè)相對(duì)量，它的數(shù)值決

4、定于零勢(shì)能位置(參考平面)的選擇。(2)同一個(gè)物體在兩個(gè)位置上重力勢(shì)能的變化量是絕對(duì)的，與零勢(shì)能位置的選擇無關(guān)。(3)零勢(shì)能位置的選擇是任意的。實(shí)際問題中應(yīng)以計(jì)算方便為原則。常見的是以地面為零勢(shì)能位置。(4)重力勢(shì)能是一個(gè)標(biāo)量，沒有方向，但有正負(fù)。Ep>0時(shí)，表示物體的重力勢(shì)能比在零勢(shì)能位置時(shí)多；Ep<O時(shí)，表示物體的重力勢(shì)能比在零勢(shì)能位置時(shí)少。 (5)重力勢(shì)能是物體和地球這一系統(tǒng)所共有的，不是物體單獨(dú)所有的。通常說某物體的重力勢(shì)能是多少，只是一種簡(jiǎn)化的說法?！纠弧咳鐖D所示，桌面距地面08m，一物體質(zhì)量為2kg，放在距桌面04m的支架上。(1)以地面為零勢(shì)能位置，計(jì)算物體具有的勢(shì)

5、能，并計(jì)算物體由支架下落到桌面過程中，勢(shì)能減少多少?(2)以桌面為零勢(shì)能位置，計(jì)算物體具有的勢(shì)能，并計(jì)算物體由支架下落到桌面過程中勢(shì)能減少多少?【例二】關(guān)于重力勢(shì)能的下列說法中正確的是( )。 A重力勢(shì)能的大小只由重物本身決定。 B重力勢(shì)能恒大于零。 C在地面上的物體，它具有的重力勢(shì)能一定等于零。 D重力勢(shì)能實(shí)際上是物體和地球所共有的。二、重力勢(shì)能的變化EP1.定義： 2.重力勢(shì)能的變化量與零重力勢(shì)能參考平面的選擇情況無關(guān)，這叫做重力勢(shì)能變化的絕對(duì)性。三、重力勢(shì)能的變化與重力做功的關(guān)系綜上所述，可得關(guān)于重力勢(shì)能的變化與重力做功的關(guān)系的普遍結(jié)論是： 1 力對(duì)物體做正功時(shí)，物體的重力勢(shì)能減少，減少

6、的重力勢(shì)能等于重力所做的功；2重力對(duì)物體做負(fù)功(或者說物體克服重力做功)時(shí)，物體的重力勢(shì)能增加，增加的 重力勢(shì)能等于物體克服重力所做的功；3其定量關(guān)系式為：WG=-EP=EPl-EP2即重力對(duì)物體所做的功等于物體重力勢(shì)能的增量的負(fù)值。4要重力做功不等于零，重力勢(shì)能就發(fā)生變化；也只有在重力做功不等于零時(shí)，重力勢(shì)能才發(fā)生變化。以上結(jié)論不管是否有其他力對(duì)物體做功，也不管物體怎樣運(yùn)動(dòng)均成立。四、重力做功的特點(diǎn)(1) 重力所做的功只跟初位置和末位置的高度差有關(guān)，跟物體運(yùn)動(dòng)的路徑無關(guān)。(2) 因?yàn)橹亓κ呛懔Γ笮『愣?，方向總是豎直向下，根據(jù)恒力做功的公式可知，重力做功的大小由重力大小和重力方向上位移的大小

7、即豎直方向上的高度差決定，與其他因素?zé)o關(guān)，所以只要起點(diǎn)和終點(diǎn)的位置相同，不論沿著什么路徑由起點(diǎn)到終點(diǎn)，沿著直線路徑也好，沿著曲線路徑也好，重力所做的功相同。(3) 重力做功的這個(gè)特點(diǎn)，為我們提供了一個(gè)求重力做功的簡(jiǎn)單而重要的方法，也正因?yàn)橹亓ψ龉τ写颂攸c(diǎn)，才能引入重力勢(shì)能的概念。【例三】質(zhì)量是50kg的人沿著長(zhǎng)150m、傾角為30°的坡路走上土丘，重力對(duì)他所做的功是多少?他克服重力所做的功是多少?他的重力勢(shì)能增加了多少?【例四】?jī)蓚€(gè)底面積都是S的圓桶，放在同一水平面上，桶內(nèi)裝水，水面高度分別為h1，和h2，如圖所示。已知水的密度為，現(xiàn)把連接兩桶閥門打開，最后兩桶水面高度相等，則在這過

8、程中重力做的功等于( )Ags（h1- h2） B1/2gs（h1- h2） C1/2gs（h1- h2）2 D1/4gs（h1- h2）2五、彈性勢(shì)能(1) 定義：物體由于發(fā)生(彈性)形變而具有的能量叫彈性勢(shì)能。卷緊了的發(fā)條、被拉彎了的弓、被拉伸或壓縮的彈簧、擊球時(shí)的羽毛球拍等都具有彈性勢(shì)能。（2）彈性勢(shì)能存在于發(fā)生彈性形變的物體之中。(3)彈性勢(shì)能的大小跟物體的性質(zhì)和形變的大小有關(guān)，形變?cè)酱?，彈性?shì)能越大。彈簧的彈性勢(shì)能的大小由彈簧的勁度系數(shù)和形變量(拉伸或縮短的長(zhǎng)度)共同決定，勁度系數(shù)越大，形變量越大，彈簧的彈性勢(shì)能越大。課堂訓(xùn)練：1一個(gè)人從深4m的水井中勻速提取50N的水桶至地面，在水

9、平道路上行走了12m，再勻速走下6m深的地下室，則此人用來提水桶的力所做的功為( )A500J B1100J C100J D-100J2一個(gè)質(zhì)量為m的物體，從40米高處靜止開始落下，不計(jì)空氣阻力，當(dāng)它的動(dòng)能和勢(shì)能相等時(shí)，物體下落經(jīng)過的時(shí)間是（ ）A1秒 B15秒 C2秒 D25秒3關(guān)于重力勢(shì)能的說法，正確的是( )A重力勢(shì)能是物體和地球所共有。B重力勢(shì)能的變化，只跟重力做功有關(guān)系，和其它力做功多少無關(guān)。C重力勢(shì)能是矢量，在地球表面以上為正，在地球表面以下為負(fù)。D重力勢(shì)能的增量等于重力對(duì)物體做的功。4粗細(xì)均勻，長(zhǎng)為5m，質(zhì)量為60kg的電線桿橫放在水平地面上，如果要把它豎直立起，至少要做_J的功

10、(g=lOms2)。課后作業(yè)：1關(guān)于重力勢(shì)能與重力做功的下列說法中正確的是( )A.物體克服重力做的功等于重力勢(shì)能的增加。B在同一一高度，將物體以初速v0向不同的方向拋出，從拋出到落地過程中，重力做的功相等，物體所減少的重力勢(shì)能一定相等。C重力勢(shì)能等于零的物體，不可能對(duì)別的物體做功。D用手托住一個(gè)物體勻速上舉時(shí)，手的支持力做的功等于克服重力做的功與物體所增加的重力勢(shì)能之和。2若物體m沿不同的路徑I和II從A滑到B，如圖所示，則重力所做的功為( )A沿路徑I重力做功最大。 B沿路徑II重力做功最大。C沿路徑I和II重力做功一樣大。 D條件不足不能判斷。3一實(shí)心的正方體鐵塊與一實(shí)心的正方體木塊質(zhì)量

11、相等，將它們放在水平地面上，下列結(jié)論正確的是( )A鐵塊的重力勢(shì)能大于木塊的重力勢(shì)能。 B鐵塊的重力勢(shì)能等于木塊的重力勢(shì)能。C鐵塊的重力勢(shì)能小于木塊的重力勢(shì)能。 D上述三種情況都有可能。 4質(zhì)量為m的物體以速度v0從地面豎直上拋，當(dāng)它運(yùn)動(dòng)到離地面h高處時(shí)，它的動(dòng)能和勢(shì)能正好相等；這個(gè)高度是( )A B C D5一個(gè)物體由h高處自由下落，下落的時(shí)間為t，關(guān)于重力做功和功率的說法中，正確的是( )。A下落的前t2時(shí)間內(nèi)重力做功比后t2時(shí)間內(nèi)少。B下落的前t/2時(shí)間內(nèi)重力做功的平均功率比后t/2時(shí)間內(nèi)的小。C下落的前h/2位移內(nèi)重力做功比后h2位移內(nèi)少。D下落的前h/2位移內(nèi)重力做功的平均功率比后h

12、/2位移內(nèi)小。6一物體以初速v豎直向上拋出，做豎直上拋運(yùn)動(dòng)，則物體的重力勢(shì)能-路程圖像應(yīng)是四個(gè)圖中的( )。7兩個(gè)質(zhì)量不同的小鐵塊A和B，分別從兩個(gè)高度相同的光滑斜面和圓弧斜坡的頂點(diǎn)滑向底部，如圖所示，如果它們的初速度都為零，下列說法中正確的是( )A下滑過程中重力所做的功相等。B它們到達(dá)底部時(shí)動(dòng)能相等。C它們到達(dá)底部時(shí)重力勢(shì)能相等。D到達(dá)底部時(shí)的動(dòng)能等于它們下滑過程中重力勢(shì)能的減少量。8物體在斜面上做加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，下列說法哪個(gè)正確( )A它的動(dòng)能一定增大，重力勢(shì)能也一定增大。B它的動(dòng)能一定增大，重力勢(shì)能一定減小。C它的動(dòng)能一定增大，重力勢(shì)能一定發(fā)生變化。D如果加速度逐漸減小，則物體的動(dòng)能也逐漸減。9質(zhì)量為m的物體沿傾角為的斜面下滑，t秒內(nèi)下滑了s，則其重力勢(shì)能改變了_。10.一條長(zhǎng)為L(zhǎng)的鐵鏈置于光滑水平桌面上，用手按住一端，使另一端長(zhǎng)為L(zhǎng)1的一段下垂于桌邊，如圖所示，放手后鐵鏈下滑，則當(dāng)鐵鏈全部通過桌面的瞬間，鐵鏈具有的速率為多少?11如圖所示，m1，m2質(zhì)量相同，手托m2使它們都處在靜止?fàn)顟B(tài)，