【高中物理】重力勢能 課件 2022-2023學年高一下學期物理人教版（2019）必修第二冊

人教版物理必修二第八章機械能守恒定律第二節(jié)

重力勢能(1)美國內(nèi)華達州亞利桑那隕石坑這個隕石坑是5萬年前，一顆直徑約為30～50米的鐵質(zhì)流星撞擊地面的結(jié)果。這顆流星重約50萬千克、速度達到20千米／秒，爆炸力相當于2000萬千克梯恩梯(TNT)，超過美國轟炸日本廣島那顆原子彈的一千倍。情景引人“和平號”空間站殘片俄羅斯“和平號”空間站墜落時，為什么會燃燒？碎片燃燒時，溫度可達3000℃，其能量由什么能量轉(zhuǎn)化而來？打樁機的重錘從高處落下時，為什么能把水泥樁打進地里?水電站水力發(fā)電站為什么要修那么高的大壩？打樁機吳菊萍：托舉生命的最美媽媽2011年7月2日下午1點半，一個2歲女童從10樓墜落，吳菊萍奮不顧身地沖過去用左臂接住孩子，目前女童已脫離危險。救人的年輕媽媽吳菊萍，其手臂骨折，受傷較重，被網(wǎng)友稱為“最美媽媽”。知識回顧力：物體之間的相互作用。重力：物體由于地球的吸引而受到的力。勢能：相互作用的物體憑借其位置而具有的能量。功是能量改變的量度,即外力做功的多少等于物體能量的改變量。功的計算：W＝F·l·cos

αl是力的作用點的對地位移，力F與位移l必須具有同時性，即l必須是力F作用過程中的位移。一、探究影響重力勢能大小的因素討論交流：1.質(zhì)量相同的物體處于不同高度。2.質(zhì)量不同的物體處于相同高度。比較重力勢能大小mHmhMmHH物體的重力勢能主要與哪些因素有關(guān)？你判斷的依據(jù)是什么？物體的質(zhì)量、下降的高度重力勢能與重力做功是否存在某種的聯(lián)系呢？AΔhBh1h2質(zhì)量為m的小球從A位置運動到B位置豎直向下WG=mgΔh=mgh1－mgh2

θLΔhh1h2ABWG=mgLcosθ

=mgΔh=mgh1－mgh2沿傾斜直線向下沿任意路徑向下WG=mgLcosθ

=mgΔh=mgh1－mgh2h1h2ΔhABθL二、重力做功的特點：

AΔhBh1h2θLΔhh1h2ABWG＝mgΔh＝mgh1－mgh2物體運動時，重力對它做的功等于重力與高度差的乘積,只跟它的起點和終點的位置有關(guān)，而跟物體運動路徑無關(guān).重力做功的特點是與運動的具體路徑無關(guān)，只與初末狀態(tài)物體的高度差有關(guān)，不論光滑還是粗糙路徑，也不論是直線還是曲線運動，不論是否受到其他力的作用，只要初末狀態(tài)的高度差相同，重力做的功就相同．分析表達式WG=mgΔh=mgh1-mgh2，討論交流“mgh”具有什么特殊意義？特殊意義在于：與重力做功密切相關(guān)隨高度的變化而變化它與重力做功有關(guān),又與重力勢能的基本特征一致.可見,重力做的功等于mgh這個量的變化.在物理學中，

mgh是一個有特殊意義的物理量.就用這個物理量表示物體的重力勢能。三、重力勢能1.定義：物體由于被舉高而具有的能量叫重力勢能。2.大?。何矬w的重力勢能等于它所受重力與所處高度的乘積。用Ep表示

EP=mgh（h─物體重心到零勢能面的高度）3.單位：焦耳，符號為J，1J=1kg·m/s2·m=1N·m4.重力勢能是標量、狀態(tài)量：只有大小沒有方向，但有正、負，其正、負表示大小。正表示在零勢能面上方、負在零勢能面下方。5.重力勢能的相對性：（1）由于高度h是相對的，所以重力勢能也是相對的，計算重力勢能之前需要先選定0勢能參考平面。（2）參考平面：選定某一個水平面，并把這個水平面的高度定為零，則物體在該平面上的重力勢能為零。(又稱零勢面)（3）對選定的參考平面而言：在參考平面上方的物體，高度是正值，重力勢能也是正值；在參考平面下方的物體，高度是負值，重力勢能也是負值。若物體具有負的重力勢能，表示物體在該位置具有的重力勢能比在參考平面上具有的重力勢能要少。（4）參考平面（零勢能面）的選取是任意的，通常選擇地面作為參考平面。選不同的參考面,物體的重力勢能各不相同(相對）,但對重力勢能的變化沒有影響（絕對）。hhhhhhhhhABABABEpA=2mghEpB=0EpA=0EpB=-2mghEpA=-mghEpB=-3mgh通常選地面為參考面。依解題方便選取參考面。6.重力做功與重力勢能變化的關(guān)系Ep1=mgh1表示物體在初位置的重力勢能Ep2=mgh2表示物體在末位置的重力勢能AΔhBh1h2重力做功的表達式為：WG＝mgh1－mgh2重力勢能變化量：ΔEP＝mgh2－

mgh1=EP2－EP1故：WG＝mgh1－

mgh2

＝EP1－EP2

＝－（EP2－EP1）

＝－ΔEPWG＝mgh1－mgh2＝EP1－EP2

＝－（EP2－EP1）＝－ΔEP重力做的功等于重力勢能的減少量?；蛑亓ψ龅墓Φ扔谥亓菽茉隽康呢撝?。說明：(1)物體下降，重力做正功，WG>0，則EP1>EP2

,重力勢能減少，重力勢能減少的數(shù)量等于重力做的功。(2)物體上升，重力做負功，WG<0，則EP1<EP2，重力勢能增加，重力勢能增加的數(shù)量等于物體克服重力所做的功(重力做負功)。重力做的功是重力勢能變化的量度7.重力勢能的系統(tǒng)性mg是物體所受的重力，沒有地球，也沒有重力，也不存在重力勢能。物體的重力勢能是地球和物體組成的系統(tǒng)共有的！8.重力勢能變化的絕對性在一個過程中，重力勢能的變化與0參考平面的選擇無關(guān)，只與初末位置的高度差有關(guān)。不只是重力勢能，任何形式的勢能，都是相應(yīng)的物體系統(tǒng)由于其中各物體之間，或物體內(nèi)的各部分之間存在相互作用而具有的能，是由各物體的相對位置決定的．對重力勢能的理解1：重力勢能是相對的，選擇不同的0參考面，重力勢能是不同的。重力勢能有正負，在0參考面上為正，在0參考面下位負，正負表示大小，不表示方向。2.重力勢能的變化與0參考平面的選擇無關(guān)。3.重力做多少正功，重力勢能就減少多少。重力做多少負功，重力勢能就增加多少。WG=EP1-EP2=-(Ep2-Ep1)=-ΔP4.mg是物體所受的重力，沒有地球，也沒有重力，也不存在重力勢能。物體的重力勢能是地球和物體組成的系統(tǒng)共有的！例1.起重機把一質(zhì)量為200kg的物體，從距地面高為h1=10m的高度勻速運到高為h2=3m的地方，重力做了多少功？物體的重力勢能如何變化，變化多少？物體下降，重力做正功，重力勢能減少，減少的重力勢能等于重力做的功。分析：重力做功為：WG=mg(h1-h2)=14000J重力勢能減少：Ep1-Ep2

=mgh1-mgh2=14000J例2.起重機把一質(zhì)量為200kg的物體，從距地面高為h1=3m的高度勻速運到高為h2=10m的地方，重力做了多少功？物體的重力勢能如何變化，變化了多少？分析：重力做功為：WG=mg(h1-h2)=－14000J物體克服重力做了14000J的功物體上升，重力做負功，重力勢能增加,增加的重力勢能等于物體克服重力所做的功。重力勢能增加:Ep2-Ep1=mgh2mgh1=14000J例3.在水平地面上鋪n塊磚，每塊磚的質(zhì)量均為m，厚度均為h，如圖所示．現(xiàn)將磚一塊一塊地豎直疊放起來，磚的重力勢能增加多少？分析：解答本題應(yīng)把握以下三點：(1)把地面上的n塊磚和直立起來的n塊磚分別看成一個整體．(2)分析整體重心的變化．(3)運用做功與勢能變化的關(guān)系求解．答案：1/2n(n－1)mgh例4.如圖所示，在光滑的桌面上有一根均勻柔軟的質(zhì)量為m、長為l的繩，其繩長的1/4懸于桌面下，從繩子開始下滑至繩子剛好全部離開桌面的過程中，重力對繩子做的功為_______，繩子重力勢能的減少量為_________(桌面離地高度大于l)．

四、彈性勢能這幾張圖中的物體有什么共同點拉開的弓拉開的弓壓縮的彈簧彎曲的撐桿彎曲的撐桿彎曲的跳板形變的蹦床彈性勢能:發(fā)生彈性形變的物體的各部分之間，由于有彈力的相互作用，而具有勢能，這種勢能叫做彈性勢能。影響彈簧的彈性勢能大小的因素：

(1)彈簧被壓縮或拉伸的形變越大，其彈性勢能越大。

(2)不同彈簧的勁度系數(shù)不同，相同形變的彈性勢能也不同。勁度系數(shù)是由彈簧自身因素決定的物理量彈簧彈性勢能的表達式:EP＝

kx

2（取彈簧在原長時的彈性勢能為零）特別提醒：

(1)彈性勢能與重力勢能同屬機械能范疇．(2)彈形勢能具有相對性，彈性勢能與零勢能位置的選取有關(guān)．但選擇自然狀態(tài)為零勢能位置時表達式最為簡潔，為Ep＝1/2kx2.(3)x為彈簧的伸長量或壓縮量（可稱為形變量），k為彈簧的勁度系數(shù)；(4)一般規(guī)定彈簧在原長時，彈簧的彈性勢能為零,故沒有負值；(5)彈形勢能具有系統(tǒng)性。彈簧彈力做功與彈性勢能變化的關(guān)系彈簧彈力所做的功，等于彈性勢能的減少量彈簧彈力做正功，彈性勢能減少彈簧彈力做負功，彈性勢能增加彈力做多少功，彈性勢能就變化多少練習:一根彈簧的彈力F?伸長量(位移)x圖象如圖所示，當彈簧的伸長量由3.0cm變到6.0cm的過程中()A.彈力所做的功是0.45J，彈性勢能減少了0.45JB.彈力所做的功是0.6J，彈性勢能減少了0.6JC.彈力所做的功是?0.45J，彈性勢能增加了0.45JD.彈力所做的功是?45J，彈性勢能增加了45JC練習:如圖所示，O為彈簧的原長處．(1)物體由O向A運動(壓縮)或由O向A