人教版高中物理必修二 （重力勢能）機(jī)械能守恒定律教學(xué)課件

2.重力勢能

一、重力做的功【思考】如圖所示,小球從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn),三種情況下,重力對小球做功相等嗎?提示:做的功相等。1.過程推導(dǎo):甲:WG=mgΔh=_________乙:WG′=mglcosθ=mgΔh=_________丙:把整個(gè)路徑AB分成許多很短的間隔AA1、A1A2…每一小段都可以近似地看作一段傾斜的_____,設(shè)每段小斜線的高度差分別為Δh1、Δh2…物體通過整個(gè)路徑時(shí)重力做的功WG=mgΔh1+mgΔh2+…=mg(Δh1+Δh2+…)=mgΔh=_________mgh1-mgh2mgh1-mgh2直線mgh1-mgh22.結(jié)論:物體運(yùn)動(dòng)時(shí),重力對它做的功只跟它的起點(diǎn)和終點(diǎn)的_____有關(guān),而跟物體運(yùn)動(dòng)的_____無關(guān)。位置路徑二、重力勢能【思考】

如圖所示,小球的重力勢能與哪些因素有關(guān)?提示:小球越高,質(zhì)量越大,泡沫塑料板形變越大,說明小球的重力勢能與高度、質(zhì)量有關(guān)。1.意義:物體由于位于_____而具有的能。2.相關(guān)因素:(1)物體的_____。質(zhì)量越大,重力勢能_____。(2)物體所處的位置_____。高度越高,重力勢能_____。3.表達(dá)式:Ep=____。高處質(zhì)量越大高度越大mgh4.重力做功與重力勢能的關(guān)系:(1)WG=______(其中Ep1表示物體在初位置的重力勢能,Ep2表示物體在末位置的重力勢能)Ep1-Ep2(2)兩種情況:①物體由高處運(yùn)動(dòng)到低處時(shí),重力做_____,重力勢能_____,即WG__0,Ep1__Ep2。②物體由低處運(yùn)動(dòng)到高處時(shí),重力做_____,重力勢能_____,即WG__0,Ep1__Ep2。正功減少>>負(fù)功增加<<三、重力勢能的相對性1.重力勢能的標(biāo)矢性:重力勢能是__(A.標(biāo)量B.矢量)。2.重力勢能的相對性:(1)參考平面:物體的重力勢能總是相對于某一_______來說的,在參考平面上,物體的重力勢能取作__。A水平面0(2)相對性:選擇不同的參考平面,物體重力勢能的數(shù)值_____(選填“相同”或“不同”)。(3)正負(fù)的含義:參考平面上方物體的重力勢能是_____,參考平面下方物體的重力勢能是_____。不同正值負(fù)值四、彈性勢能【思考】水平面上把物塊向左壓彈簧一定距離后處于靜止?fàn)顟B(tài),然后釋放物塊,會(huì)看到什么現(xiàn)象?說明了什么?提示:物塊向右先加速再減速,說明壓縮的彈簧具有能量。1.定義:發(fā)生_________的物體的各部分之間,由于有_____的相互作用,也具有勢能,這種勢能叫作彈性勢能。2.彈簧的彈性勢能:彈簧的長度為原長時(shí),彈性勢能為___;彈簧被_____或被_____時(shí),就具有了彈性勢能。彈性形變彈力零壓縮拉長3.彈力做功與彈性勢能的變化:彈簧彈力做正功,彈簧的彈性勢能_____;彈簧彈力做負(fù)功,彈簧的彈性勢能_____。4.彈性勢能大小的相關(guān)因素:(1)彈簧的_________。(2)彈簧的_______。減小增大勁度系數(shù)形變量一重力做功的特點(diǎn)1.做功表達(dá)式:WG=mgΔh=mgh1-mgh2,式中Δh指初位置與末位置的高度差;h1、h2分別指初位置、末位置的高度。2.做功的正負(fù):物體下降時(shí)重力做正功;物體被舉高時(shí)重力做負(fù)功。3.做功的大小:重力對物體做功的大小只跟物體的起點(diǎn)與終點(diǎn)的高度有關(guān),與物體運(yùn)動(dòng)的路徑無關(guān)?！镜淅痉丁咳鐖D所示,游樂場中,從高處A到水平面B處有兩條長度相同的軌道Ⅰ和Ⅱ,其中軌道Ⅰ光滑,軌道Ⅱ粗糙。質(zhì)量相等的小孩甲和乙分別沿軌道Ⅰ和Ⅱ從A處滑向B處,兩人重力做功分別為W1和W2,則 (

)A.W1>W2B.W1<W2C.W1=W2D.因小孩乙與軌道Ⅱ的動(dòng)摩擦因數(shù)未知,故無法比較重力做功的大小【解析】選C。重力做功等于重力乘以物體沿豎直方向的位移,與路徑及粗糙與否無關(guān)。質(zhì)量相等的兩個(gè)小孩甲、乙分別沿軌道Ⅰ和Ⅱ從A處滑向B處,下落的高度相同,所以重力做功相等,故C正確,A、B、D錯(cuò)誤?！灸割}追問】1.請根據(jù)重力做功的性質(zhì),若【典例示范】情境中的圖改為如圖所示,物體m沿不同的路徑Ⅰ和Ⅱ從A滑到B,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【解析】選C。因物體下落高度相同,故兩種情況下重力做功相同;故C正確,A、B、D錯(cuò)誤。2.請根據(jù)重力做功的性質(zhì),把【典例示范】情境中的圖改為如圖所示,質(zhì)量為m的小球從高為h處的斜面上的A點(diǎn)滾下,經(jīng)過水平面BC后,再滾上另一斜面,當(dāng)它到達(dá)高的D點(diǎn)時(shí),速度為零,在這個(gè)過程中,重力做功為(

)A.

B.C.mgh D.0【解析】選A。AD間的高度差為Δh=h-h=h,則重力做功為W=mgΔh=mgh,故A正確,B、C、D錯(cuò)誤?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】

1.將一個(gè)物體由A處移到B處,重力做功 (

)A.與運(yùn)動(dòng)過程是否存在阻力有關(guān)B.與運(yùn)動(dòng)的具體路徑有關(guān)C.與物體運(yùn)動(dòng)速度大小有關(guān)D.與運(yùn)動(dòng)物體本身的質(zhì)量有關(guān)【解析】選D。重力做功與路徑和是否受其他力以及物體的速度無關(guān),僅與初末位置的高度差、本身質(zhì)量有關(guān)。故D正確,A、B、C錯(cuò)誤。2.如圖所示,桌面離地面的高度是0.8m,坐標(biāo)系原點(diǎn)O定在桌面上,向下方向?yàn)樽鴺?biāo)軸的正方向,g取10m/s2。通過測量,確定質(zhì)量m=1.0kg的物體從O運(yùn)動(dòng)到B處過程中,重力做的功約是 (

)A.8J

B.5J

C.-5J

D.-13J【解析】選C。物體從O運(yùn)動(dòng)到B處過程中,重力的方向與位移方向相反,可知重力做負(fù)功;由題圖可知OB大約為0.5m,則重力做功為:W=-mgh=-1.0×10×0.5J=-5J,故C正確,A、B、D錯(cuò)誤。二重力勢能的特點(diǎn)1.重力勢能的性質(zhì):(1)相對性:Ep=mgh中的h是物體重心相對參考平面的高度。參考平面選擇不同,則物體的高度h不同,重力勢能的大小也就不同,所以確定某點(diǎn)的重力勢能首先選擇參考平面。(2)系統(tǒng)性:重力是地球與物體相互吸引產(chǎn)生的,所以重力勢能是物體和地球組成的系統(tǒng)共有的,平時(shí)所說的“物體”的重力勢能只是一種簡化說法。(3)標(biāo)矢性:重力勢能是標(biāo)量,只有大小,沒有方向,但有正負(fù)。重力勢能正負(fù)的含義:正值表示物體處于參考平面上方,負(fù)值表示處于參考平面的下方。2.重力做功與重力勢能改變的關(guān)系:(1)表達(dá)式WG=Ep1-Ep2=-ΔEp。(2)重力做多少正功,重力勢能減小多少;重力做多少負(fù)功,重力勢能增加多少?！舅伎肌び懻摗壳榫?如圖所示,質(zhì)量為m的幼兒園小朋友在玩滑梯。討論:(1)在最高點(diǎn)(高度為h)和地面的重力勢能各是多少? (物理觀念)(2)下滑過程中重力做多少功?重力勢能如何變化?(選地面為參考面) (物理觀念)提示:(1)最高點(diǎn)與最低點(diǎn)的重力勢能分別為mgh,0。(2)重力做功W=mgh。重力勢能減小了mgh。【典例示范】如圖所示,桌面高為h,質(zhì)量為m的小球從離桌面高H處自由落下,不計(jì)空氣阻力,假設(shè)以桌面處為參考平面,則小球落到地面前瞬間的重力勢能及整個(gè)過程中重力勢能的變化量為 (

)A.mgh,mg(H+h)

B.mgH,-mg(H+h)C.mg(h+H),mg(H-h) D.-mgh,-mg(H+h)【解析】選D。以桌面為零勢能參考平面,初始位置在桌面上方H處,落地位置在桌面下方h處,則小球在初始位置的重力勢能為Ep1=mgH,小球落到地面前瞬間的重力勢能為Ep2=-mgh;小球從開始釋放到落地過程中重力勢能的變化量為ΔEp=Ep2-Ep1=-mgh-mgH=-mg(h+H),故本題選D?！疽?guī)律方法】重力勢能的求解方法(1)定義法:選取參考平面,確定物體相對參考平面的高度h,代入Ep=mgh求解重力勢能。(2)WG和Ep關(guān)系法:由WG=Ep1-Ep2知Ep2=Ep1-WG或Ep1=WG+Ep2。(3)變化量法:重力勢能的變化量ΔEp=Ep2-Ep1,故Ep2=Ep1+ΔEp或Ep1=Ep2-ΔEp?！舅仞B(yǎng)訓(xùn)練】1.如圖所示,對正在空中勻速上升的無人機(jī)分析,下列說法正確的是 (

)A.重力做正功,重力勢能減小B.重力做負(fù)功,重力勢能增加C.合力做正功,重力勢能減小D.合力做負(fù)功,重力勢能增加【解析】選B。無人機(jī)勻速上升,高度增加,重力做負(fù)功,根據(jù)功能關(guān)系可知,重力勢能增加,故A錯(cuò)誤,B正確;勻速運(yùn)動(dòng),合力為零,不做功,故C、D錯(cuò)誤。2.如圖所示,甲、乙是兩個(gè)質(zhì)量不同的物體m甲<m乙,若取桌面為參考平面,甲在桌面上,乙在地面上。甲、乙的重力勢能分別為Ep1、Ep2,則有 (

)A.Ep1>Ep2

B.Ep1<Ep2C.Ep1=Ep2 D.無法判斷【解析】選A。以桌面為零勢能面,物體甲相對于零勢能面的高度為0,則甲的重力勢能為Ep1=0;物體乙在零勢能面的下方,重力勢能比零小,為負(fù)值,即Ep2<0,所以有:Ep1>Ep2。故A正確,B、C、D錯(cuò)誤?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】(多選)搶運(yùn)救災(zāi)物資時(shí),小張將質(zhì)量為20kg的物體提高1.5m,交給站在車上的小李,小李又將物體提高1.5m擺放到位,如圖所示。若選不同的參考平面,則兩個(gè)人在提高物體的過程中 (

)A．物體重力勢能的增加量不同B．物體重力勢能的增加量相同C．重力對物體做功不等D．重力對物體做功相等【解析】選B、D。重力勢能的變化只與重力做功情況有關(guān),與其他因素?zé)o關(guān),在本題中物體兩次被提高的高度相同,因此重力做功相等,均做負(fù)功,重力勢能增加量相同,故A、C錯(cuò)誤,B、D正確。三彈性勢能的特點(diǎn)1.彈性勢能的性質(zhì):(1)系統(tǒng)性:彈性勢能是發(fā)生彈性形變的物體上所有質(zhì)點(diǎn)因相對位置改變而具有的能量,因此彈性勢能具有系統(tǒng)性。(2)相對性:彈性勢能的大小與選定的零勢能位置有關(guān),對于彈簧,一般規(guī)定彈簧處于原長時(shí)的勢能為零勢能。2.彈性勢能與彈力做功的關(guān)系:彈性勢能的變化只與彈力做功有關(guān),彈力做負(fù)功,彈性勢能增大,反之則減小?！舅伎肌び懻摗啃∨笥延昧Π褟椈衫L,小朋友對彈簧做什么功?彈簧彈性勢能如何變化? (物理觀念)提示:做正功,增加?！镜淅痉丁?多選)如圖所示,一個(gè)物體以速度v0沖向與豎直墻壁相連的輕質(zhì)彈簧,墻壁和物體間的彈簧被物體壓縮,在此過程中以下說法正確的是 (

)A.物體對彈簧做的功與彈簧的壓縮量成正比B.物體向墻壁運(yùn)動(dòng)相同的位移,彈力做的功不相等C.彈力做正功,彈簧的彈性勢能減小D.彈簧的彈力做負(fù)功,彈性勢能增加【解析】選B、D。由功的計(jì)算公式W=Flcosθ知,恒力做功時(shí),做功的多少與物體的位移成正比,而彈簧對物體的彈力是一個(gè)變力F=kl,所以A錯(cuò)誤。彈簧開始被壓縮時(shí)彈力小,物體移動(dòng)相同位移,彈力做的功也少,彈簧的壓縮量變大時(shí),彈力也變大,物體移動(dòng)相同的距離做的功多,故B正確。物體壓縮彈簧的過程,彈力做負(fù)功,彈簧的壓縮量增大,彈性勢能增大,故C錯(cuò)誤,D正確?！舅仞B(yǎng)訓(xùn)練】宋代詩人蘇軾的名句“會(huì)挽雕弓如滿月,西北望,射天狼”中蘊(yùn)含了一些物理知識(shí)。關(guān)于拉弓過程,下列說法正確的是 (

)A.人對弓的作用力大于弓對人的作用力B.人對弓的作用力小于弓對人的作用力C.弓的彈性形變越大,彈性勢能就越大D.弓的彈性形變越大,彈性勢能就越小【解析】選C。人對弓的力和弓對人的力是一對作用力與反作用力,大小相等,方向相反,故A、B錯(cuò)誤;人拉開弓的過程中,弓的彈性形變越大,人克服弓的反作用力做的功越多,則弓的彈性勢能就越大,故C正確,D錯(cuò)誤?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】1.如圖所示,質(zhì)量相等的兩木塊中間連有一彈簧,今用力F緩慢向上提A,直到B恰好離開地面。開始時(shí)物體A靜止在彈簧上面。設(shè)開始時(shí)彈簧的彈性勢能為Ep1,B剛要離開地面時(shí),彈簧的彈性勢能為Ep2,則關(guān)于Ep1、Ep2大小關(guān)系及彈性勢能變化ΔEp說法中正確的是(

)A.Ep1=Ep2

B.Ep1>Ep2C.ΔEp>0 D.ΔEp<0【解析】選A。開始時(shí)彈簧形變量為x1,有kx1=mg。設(shè)B離開地面時(shí)形變量為x2,有kx2=mg。由于x1=x2所以Ep1=Ep2,ΔEp=0,A正確。2.一豎直彈簧下端固定于水平地面上,小球從彈簧的正上方高為h的地方自由下落到彈簧上端,如圖所示,經(jīng)幾次反彈以后小球最終在彈簧上靜止于某一點(diǎn)A處,則(

)A.h越大,彈簧在A點(diǎn)的壓縮量越大B.彈簧在A點(diǎn)的壓縮量與h無關(guān)C.h越大,最終小球靜止在A點(diǎn)時(shí)彈簧的彈性勢能越大D.小球第一次到達(dá)A點(diǎn)時(shí)彈簧的彈性勢能比最終小球靜止在A點(diǎn)時(shí)彈簧的彈性勢能大【解析】選B。最終小球靜止在A點(diǎn)時(shí),通過受力分析,小球自身重力mg與彈簧的彈力kx大小相等,由mg=kx得,彈簧在A點(diǎn)的壓縮量x與h無關(guān),彈簧彈性勢能與h無關(guān)?！就卣估}】考查內(nèi)容:非質(zhì)點(diǎn)物體重力勢能及變化【典例示范】質(zhì)量為m的均勻鏈條長為L,開始放在光滑的水平桌面上時(shí),有的長度懸在桌邊緣,如圖所示,松手后,鏈條滑離桌面(未著地),問:從開始到鏈條剛好滑離桌面過程中重力勢能變化了多少?【正確解答】設(shè)桌面為參考平面,開始時(shí)重力勢能Ep1=末態(tài)時(shí)重力勢能Ep2=-mg×故重力勢能變化ΔEp=Ep2-Ep1=答案:減小【課堂回眸】第八章機(jī)械能守恒定律第2節(jié)重力勢能

學(xué)習(xí)目標(biāo)1.理解重力勢能的概念，會(huì)用重力勢能的定義式進(jìn)行計(jì)算。2.理解重力勢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.知道重力勢能的相對性。top1top2目錄

/CONTENTStop3top4top3重力做的功重力勢能重力做功和重力勢能減少的關(guān)系重力勢能的相對性重力勢能的相對性新課引入

雪

崩

雪

崩

當(dāng)山坡積雪內(nèi)部的內(nèi)聚力抗拒不了它所受到的重力拉引時(shí)，便向下滑動(dòng)，引起大量雪體崩塌的自然現(xiàn)象叫雪崩。

新課引入這個(gè)隕石坑是5萬年前，一顆直徑約為30～50米的流星撞擊地面的結(jié)果。這顆鐵質(zhì)流星重約50萬千克、速度達(dá)到20千米／秒，爆炸力相當(dāng)于2000萬千克TNT，據(jù)說，坑中可以安放下20個(gè)足球場。新課引入高空中的物體為什么對地面上的物體具有危險(xiǎn)性？新課引入初中我們已經(jīng)定性地學(xué)習(xí)了重力勢能，物體的質(zhì)量越大、所處的位置越高，重力勢能就越大。這一節(jié)我們來進(jìn)一步定量地研究重力勢能。你認(rèn)為重力勢能的表達(dá)式應(yīng)該是怎樣的呢？新課引入2.一個(gè)7.5kg的鉛球從離手10cm落下和從離手1m處落下，你會(huì)

有什么感受?猜想:重力勢能的大小可能與哪些因素有關(guān)呢?物體的重量G1.在天花板上,用細(xì)線懸掛一個(gè)乒乓球,你會(huì)有何感覺？高度不變，若用這根線懸掛的是7.5kg的鉛球呢?物體的高度h一、重力做的功情景1：物體豎直下落（A到B）AhBh1h2WG=mgh=mg(h1－h(huán)2)=mgh1－mgh2

AChθLh1h2WG=mgLcosθ=mgh

=mg(h1－h(huán)2)

=mgh1－mgh2情景2：物體沿斜線運(yùn)動(dòng)（

A到C）1、重力做功公式的推導(dǎo)一、重力做的功情景3：物體沿曲線運(yùn)動(dòng)（A到C）A△h1θlΔh1Δh2Δh3AChh1h21、重力做功公式的推導(dǎo)二.重力勢能Ep

可見,重力做的功等于“mgh”這個(gè)量的變化.在物理學(xué)中，“mgh”是一個(gè)由特殊意義的物理量.就用這個(gè)物理量表示物體的重力勢能。Ep=mgh物體的重力勢能等于它所受到的重力與所處高度的乘積。說明：重力勢能是標(biāo)量，重力勢能是狀態(tài)量單位：焦耳，1J=1kg·m·s-2·m=1N·m

三.重力做的功與重力勢能變化的關(guān)系重力勢能和重力做功的表達(dá)式非常相似，它們之間的關(guān)系是什么呢？WG=Ep1-Ep2=-△Ep①物體由高處運(yùn)動(dòng)到低處時(shí)，重力做正功，物體重力勢能減少；重力勢能減少的數(shù)量等于重力做的功。②物體由低處運(yùn)動(dòng)到高處時(shí)，重力做負(fù)功，物體重力勢能增加；重力勢能增加的數(shù)量等于物體克服重力做的功。WG=mgh1－mgh2△hh2h1AB四、重力勢能的相對性高度h是相對于誰的呢？重力勢能總是相對于某個(gè)水平面來說的，這個(gè)水平面叫參考平面．四、重力勢能的相對性對選定的參考平面而言，上方物體的高度是正值，重力勢能也是正值；下方物體的高度是負(fù)值，重力勢能也是負(fù)值，重力勢能為負(fù)。表示物體在這個(gè)位置具有的重力勢能比在參考平面上具有的重力勢能少。重力勢能：－3J＞－5J重力勢能的正負(fù)表示大小五、重力勢能的系統(tǒng)性那么重力勢能是誰具有的呢?物體重力勢能與重力做功密切相關(guān)，而重力是地球與物體間的相互作用力，若離開了地球或物體，就談不上重力，所以，重力勢能是物體與地球所組成的“系統(tǒng)”所共有的。平常只說物體具有的重力勢能，是一種簡化的說法。課堂小結(jié)1.重力做功的特點(diǎn)：與路徑無關(guān)，只與起點(diǎn)和終點(diǎn)的豎直高度差有關(guān)2.地球上的物體具有的與它高度有關(guān)的能量。3.重力做功與重力勢能變化的關(guān)系：重力做正功，重力勢能減少；重力做負(fù)功，重力勢能增加。關(guān)系式：WG=