第4節(jié)　勢能及其改變

勢能及其改變(強基課—逐點理清物理觀念)第4節(jié)課標(biāo)要求層級達(dá)標(biāo)1.理解重力勢能，知道重力勢能的變化與重力做功的關(guān)系。2.定性了解彈性勢能。學(xué)考層級1.形成初步的重力勢能和彈性勢能的概念。2.了解重力勢能在生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用，培養(yǎng)正確的科學(xué)態(tài)度。選考層級1.理解重力勢能的變化和重力做功的關(guān)系，知道重力做功與路程無關(guān)。2.能根據(jù)重力做功與重力勢能進行分析，獲得結(jié)論。010203目錄逐點清(一)重力勢能逐點清(二)重力做功與重力勢能改變的關(guān)系逐點清(三)彈性勢能及其變化逐點清(一)重力勢能[多維度理解]1．定義：把物體因為處于一定的____而具有的能量稱為重力勢能。2．公式：Ep＝______。3．單位：______，符號___。4．標(biāo)矢性：重力勢能是______，但有正、負(fù)之分。高度mgh焦耳J標(biāo)量5．相對性(1)零勢能參考平面：把高度規(guī)定為零的水平面。任何物體在該平面上的重力勢能為___。參考平面的選取是任意的，通常情況下選取地面為參考平面。(2)相對性：物體的重力勢能是相對的，它是相對于________________而言的。物體的重力勢能可以取正、零、負(fù)值，其正負(fù)不表示方向，只表示物體位于零勢能參考平面的上方或下方。零零勢能參考平面1．重力勢能的特性系統(tǒng)性重力勢能是物體和地球所組成的系統(tǒng)共同具有的能量，不是地球上的物體單獨具有的相對性重力勢能Ep＝mgh與參考平面的選擇有關(guān)，式中的h是物體重心到參考平面的高度任意性視處理問題的方便而定，一般選擇地面或物體運動時所達(dá)到的最低點為零勢能面絕對性物體從起點運動到終點的過程中，重力勢能的變化量與參考平面的選取無關(guān)，是絕對的2．重力勢能的正負(fù)(1)正值表示：物體位于參考平面以上，其重力勢能Ep>0。(2)負(fù)值表示：物體位于參考平面以下，其重力勢能Ep<0。1．判斷下列說法是否正確。(1)重力勢能是物體和地球組成的系統(tǒng)共同具有的能量。()(2)h越大的物體具有的重力勢能越大。()(3)物體的質(zhì)量大，所具有的重力勢能不一定大。()(4)同一物體在不同高度的重力勢能為Ep1＝2J，Ep2＝－3J，則Ep1>Ep2。()[全方位練明]√×√√2.

將質(zhì)量為m、可視為質(zhì)點的小球，從離地面h高處豎直向上拋出，最高點與地面間的距離為H，如圖所示。取拋出點所在水平面為零勢能參考平面，重力加速度大小為g。小球在最高點的重力勢能為(

)A．mgh B．mgHC．mg(H－h(huán)) D．mg(H＋h)答案：C

解析：由重力勢能Ep＝mgh，其中h為此位置距零勢能參考平面的距離，在本題中為(H－h(huán))，故Ep＝mg(H－h(huán))，故C正確。3．(2023·福州學(xué)考檢測)一實心鐵球與一實心木球質(zhì)量相等，將它們放在同一水平面上，下列說法正確的是(

)A．鐵球的重力勢能大于木球的重力勢能B．鐵球的重力勢能等于木球的重力勢能C．鐵球的重力勢能小于木球的重力勢能D．上述三種情況都有可能答案：C

解析：準(zhǔn)確理解重力勢能表達(dá)式Ep＝mgh中每個量的確切含義是分析問題的關(guān)鍵(“h”表示物體重心相對參考平面的高度)。由于鐵球和木球的密度不同，所以質(zhì)量相等的實心鐵球和實心木球相比，木球的體積較大，放在同一水平面上時，木球的重心高，因此木球的重力勢能大于鐵球的重力勢能，故C正確，A、B、D錯誤。

[多維度理解]1．重力做功的特點：重力做功與始末位置的__________有關(guān)，與____無關(guān)。只要始末位置的高度差_____，重力做功就_____。2．兩者間的關(guān)系：重力對物體做多少正功，物體的重力勢能就______多少；物體克服重力做多少功，物體的重力勢能就_____多少。3．關(guān)系式：WG＝__________＝________。逐點清(二)重力做功與重力勢能改變的關(guān)系高度差路徑相同相同減小增大Ep1－Ep2－ΔEp重力做功與重力勢能的比較

重力做功重力勢能物理意義重力對物體做功由物體與地球的相互作用產(chǎn)生，且由它們之間的相對位置決定的能表達(dá)式WG＝mgΔhEp＝mgh影響大小的因素重力mg和初、末位置的高度差Δh重力mg和相對零勢能參考平面的高度h特點只與初、末位置的高度差有關(guān)，與路徑及零勢能參考平面的選擇無關(guān)與零勢能參考平面的選擇有關(guān)，同一位置的物體，選擇不同的零勢能參考平面，其重力勢能的值不同過程量狀態(tài)量續(xù)表[典例]一個100g的球從1.8m的高處落到一個水平板上又彈回到1.25m的高度，則整個過程中重力對球所做的功及球的重力勢能的變化是(g取10m/s2)(

)A．重力做功為1.8JB．重力做了0.55J的負(fù)功C．球的重力勢能一定減少0.55JD．球的重力勢能一定增加1.25J[解析]

整個過程重力對球做正功，其大小為WG＝mgΔh＝mg(h1－h(huán)2)＝0.55J，A、B錯誤；重力做正功，重力勢能減少，且重力做多少正功，重力勢能就減少多少，因此球的重力勢能減少了0.55J，C正確，D錯誤。[答案]

C/方法技巧/理解重力做功與重力勢能變化關(guān)系的關(guān)鍵(1)重力做功與物體運動的路徑無關(guān)，只與初、末位置的高度差有關(guān)。(2)重力做正功時，重力勢能減少，減少的重力勢能等于重力所做的功；重力做負(fù)功(物體克服重力做功)時，重力勢能增加，增加的重力勢能等于克服重力所做的功。1.

袋鼠跳是一項很有趣的運動。如圖所示，兩位同學(xué)參加袋鼠跳游戲，他們起跳后向上上升到一定高度后再落回地面，下列說法正確的是(

)A．兩位同學(xué)的重力勢能始終大于零B．該情境中只能選擇水平地面為零勢能面C．兩位同學(xué)上升過程中克服自身重力做功，重力勢能增加D．兩位同學(xué)下落過程中自身重力做正功，重力勢能增加[全方位練明]答案：C

解析：兩位同學(xué)的重力勢能是否始終大于零取決于所選的零勢能面，而零勢能面的選擇是任意的，不一定要選擇水平地面，A、B錯誤；兩位同學(xué)上升過程中克服自身重力做功，重力勢能增加，兩位同學(xué)下落過程中自身重力做正功，重力勢能減少，C正確，D錯誤。2．(2023·衡水高一檢測)如圖所示，靜止的小球沿不同的軌道由同一位置滑到水平桌面上，軌道高度為h，桌面距地面高為H，小球質(zhì)量為m，重力加速度為g，則以下說法正確的是(

)A．小球沿豎直軌道下滑到桌面上的過程，重力做功最少B．小球沿曲線軌道下滑到桌面上的過程，重力做功最多C．以桌面為參考平面，小球的重力勢能的減小量為mghD．以地面為參考平面，小球的重力勢能的減小量為mg(H＋h)答案：C

解析：靜止的小球沿不同的軌道由同一位置滑到水平桌面上，由于高度差相同，所以重力做功相同，故A、B錯誤；重力勢能的變化量與參考平面的選取無關(guān)，重力做的正功等于重力勢能的減小量，重力做功為mgh，則重力勢能的減小量為mgh，故C正確，D錯誤。

[多維度理解]1．彈性勢能：物體因為發(fā)生____________而具有的能量。2．影響彈簧彈性勢能的因素(1)彈簧___________的大小。(2)彈簧的___________的大小。逐點清(三)彈性勢能及其變化彈性形變彈性形變勁度系數(shù)3．彈性勢能的改變：物體彈性勢能的改變總是與__________相對應(yīng)，即彈力對外做多少功，彈性勢能就______多少；反之，克服彈力做多少功，彈性勢能就______多少。4．勢能：由__________決定的能量，包括_________和________。彈力做功減小增大相對位置重力勢能彈性勢能彈力做功與彈性勢能變化的關(guān)系彈力做功與彈性勢能變化的關(guān)系同重力做功與重力勢能的變化關(guān)系相似：1．判斷下列說法是否正確。(1)彈簧的長度越長，彈性勢能一定越大。()(2)同一彈簧長度不同時，彈性勢能一定不同。()(3)彈簧彈力做正功時，彈簧彈性勢能增加。(

)(4)捏好的橡皮泥娃娃具有彈性勢能。(

)[全方位練明]××××2.

一根彈簧的彈力與其伸長量(位移)的關(guān)系圖像F－x如圖所示，當(dāng)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，彈性勢能減小了0.45JB．彈力所做的功是0.6J，彈性勢能減小了0.6JC．彈力所做的功是－0.45J，彈性勢能增大了0.45JD．彈力所做的功是－45J，彈性勢能增大了45J答案：C

3．(選自粵教版教材“觀察與思考”)如圖所示，取兩根勁度系數(shù)不同的彈簧和一個小球。(1)分別用大小不同的力把小球壓在同一根彈簧上，使同一根彈簧產(chǎn)生不同的形變，迅速放開手，使小球反彈，比較小球所能到達(dá)的最大高度。(2)將同一個小球依次放在勁度系數(shù)不同的彈簧上，使不同的彈簧產(chǎn)生相同大小