新教材同步系列2024春高中物理第八章機(jī)械能守恒定律2重力勢(shì)能課件新人教版必修第二冊(cè)

第八章機(jī)械能守恒定律2重力勢(shì)能學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)法指導(dǎo)1．知道重力做功與路徑無(wú)關(guān)的特點(diǎn)2．掌握重力勢(shì)能的概念，理解重力勢(shì)能的相對(duì)性3．了解彈性勢(shì)能的概念1．通過(guò)實(shí)例分析，認(rèn)識(shí)重力做功的特點(diǎn)及重力勢(shì)能的相對(duì)性，掌握重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系2．通過(guò)歸納和比較，了解和認(rèn)識(shí)各種勢(shì)能(也叫位能)的共同特征——與相互作用的物體的相對(duì)位置有關(guān)，為以后學(xué)習(xí)其他勢(shì)能打好基礎(chǔ)知識(shí)導(dǎo)圖課前·

自主預(yù)習(xí)1．特點(diǎn)物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力對(duì)它做的功只跟它的_______和_______位置有關(guān)，而跟物體運(yùn)動(dòng)的_______無(wú)關(guān)．2．表達(dá)式WG＝________＝_____________，其中h1、h2分別表示物體起點(diǎn)和終點(diǎn)的高度．重力做的功起點(diǎn)終點(diǎn)路徑mgΔhmg(h1－h(huán)2)將一個(gè)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(xiàn)或曲線(xiàn)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．與物體初、末位置高度差有關(guān)【答案】D【解析】將物體由A移至B，重力做功只與物體初、末位置高度差有關(guān)，A、B、C錯(cuò)誤，D正確．1．定義物體所受的________與它所處位置的________的乘積叫作物體的重力勢(shì)能．2．表達(dá)式Ep＝________．3．單位______，與功的單位相同．重力勢(shì)能是______(填“標(biāo)量”或“矢量”).重力勢(shì)能重力勢(shì)能的相對(duì)性重力高度mgh焦耳標(biāo)量4．重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系(1)表達(dá)式：WG＝Ep1－Ep2＝－ΔEp.(2)兩種情況①當(dāng)物體從高處運(yùn)動(dòng)到低處時(shí)，重力做______，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)，重力做負(fù)功，重力勢(shì)能_______，即WG＜0，Ep1＜Ep2.重力做負(fù)功也叫作_______________．正功減少增加克服重力做功5．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，在參考平面上，物體的重力勢(shì)能取為_(kāi)_____．(2)相對(duì)性：選擇不同的參考平面，物體重力勢(shì)能的數(shù)值________(填“相同”或“不同”).(3)正、負(fù)的含義：參考平面上方物體的高度是正值，重力勢(shì)能也是_______；參考平面下方物體的高度是負(fù)值，重力勢(shì)能也是_______.(4)兩定點(diǎn)的重力勢(shì)能差不隨參考平面的改變而發(fā)生變化．水平面0不同正值負(fù)值(2021年婁星區(qū)名校期中)如圖，質(zhì)量0.5kg的小球，從桌面以上h1＝1.2m的A點(diǎn)落到地面的B點(diǎn)，桌面高h(yuǎn)2＝0.8m．若以桌面所處平面為零勢(shì)能面．g取10m/s2，求：(1)小球在A、B點(diǎn)時(shí)的重力勢(shì)能；(2)小球下落過(guò)程中重力做的功.【答案】(1)6J－4J

(2)10J【解析】(1)小球在A點(diǎn)的重力勢(shì)能為Ep1＝mgh1＝0.5×10×1.2J＝6J，小球在B點(diǎn)的重力勢(shì)能為Ep2＝－mgh2＝－0.5×10×0.8J＝－4J.(2)重力做的功為W＝mg(h1＋h2)＝0.5×10×(1.2＋0.8)J＝10J.1．定義發(fā)生彈性形變的物體的各部分之間，由于有________的相互作用而具有的勢(shì)能．2．影響因素彈性勢(shì)能的大小跟________的大小有關(guān)，如彈簧被_______或_______的長(zhǎng)度，還和彈簧的___________有關(guān)．彈性勢(shì)能彈力形變拉伸壓縮勁度系數(shù)下列與彈簧具有的彈性勢(shì)能無(wú)關(guān)的因素是 (

)A．彈簧的質(zhì)量 B．彈簧的伸長(zhǎng)量C．彈簧的壓縮量 D．彈簧的勁度系數(shù)【答案】A【解析】彈簧由于發(fā)生彈性形變而具有的能量叫彈性勢(shì)能．影響彈簧的彈性勢(shì)能的因素有彈簧的勁度系數(shù)、彈簧的伸長(zhǎng)量或壓縮量．在彈性限度內(nèi)，彈簧的伸長(zhǎng)量或壓縮量越大，彈簧的勁度系數(shù)越大，則具有的彈性勢(shì)能越大．可知與彈簧具有的彈性勢(shì)能無(wú)關(guān)的因素是彈簧的質(zhì)量，本題選擇彈性勢(shì)能無(wú)關(guān)的因素，故選A．課堂·

重難探究1．重力所做的功跟物體的運(yùn)動(dòng)路徑無(wú)關(guān)，跟物體初位置和末位置的高度差有關(guān)．2．重力是恒力，大小不變，方向總是豎直向下，根據(jù)恒力做功的公式可知，重力做功的多少由重力大小和在重力方向上位移的大小，即豎直方向的高度差決定，與沿什么路徑無(wú)關(guān)．重力做功的特點(diǎn)例1

(2023年廣州六中月考)如圖所示，假設(shè)某跳高運(yùn)動(dòng)員質(zhì)量為60kg、身高為1.8m，在某次背越式跳高中跳過(guò)2.1m高的橫桿而平落在墊子上，落墊時(shí)運(yùn)動(dòng)員的重心離地高度為60cm.g取10m/s2，求：(1)上升階段運(yùn)動(dòng)員至少要克服重力做多少功？(2)下降階段重力做了多少功？變式1

(2023年廣州執(zhí)信中學(xué)期中)如圖所示，一物體從A點(diǎn)出發(fā)，分別沿粗糙斜面AB和光滑斜面AC下滑及斜向上拋出，運(yùn)動(dòng)后到達(dá)同一水平面上的B、C、D三點(diǎn)．關(guān)于重力的做功情況，下列說(shuō)法正確的是

(

)A．沿AB面滑下時(shí)，重力做功最多B．沿AC面滑下時(shí)，重力做功最多C．沿AD做拋物線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力做功最多D．三種情況下運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力做的功相等【答案】D【解析】由于重力做功與路徑無(wú)關(guān)，只與初、末位置的高度差有關(guān)，故三種情況下運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力做的功相等，均為WG＝mgh，D正確．重力勢(shì)能的相對(duì)性、標(biāo)矢性和系統(tǒng)性重力勢(shì)能的相對(duì)性性質(zhì)重力勢(shì)能相對(duì)性重力勢(shì)能總是相對(duì)選定的參考面而言的(該平面通常稱(chēng)為零勢(shì)能面)標(biāo)矢性屬于標(biāo)量.重力勢(shì)能為mgh，其正、負(fù)表示重力勢(shì)能大小.物體在參考平面上方時(shí)，重力勢(shì)能為正值；在參考平面下方時(shí)，重力勢(shì)能為負(fù)值系統(tǒng)性重力勢(shì)能是物體與地球所組成的系統(tǒng)共有的例2

如圖所示，桌面距地面0.8m，一物體質(zhì)量為2kg，放在距桌面0.4m高的支架(圖中未畫(huà)出)上．(g取10m/s2)(1)以地面為參考平面，計(jì)算物體具有的重力勢(shì)能，并計(jì)算物體由支架下落到桌面的過(guò)程中，重力勢(shì)能變化了多少？(2)以桌面為參考平面，計(jì)算物體具有的重力勢(shì)能，并計(jì)算物體由支架下落到桌面的過(guò)程中，重力勢(shì)能變化了多少？解：(1)以地面為參考平面，物體的高度h1＝(0.4＋0.8)m＝1.2m，因而物體具有的重力勢(shì)能為Ep1＝mgh1＝2×10×1.2J＝24J，物體落至桌面時(shí)，重力勢(shì)能Ep2＝mgh2＝2×10×0.8J＝16J，物體重力勢(shì)能的變化量為ΔEp＝Ep2－Ep1＝16J－24J＝－8J，即重力勢(shì)能減少了8J.(2)以桌面為參考平面，物體距參考平面的高度h1′＝0.4m，因而物體具有的重力勢(shì)能為Ep1′＝mgh1′＝2×10×0.4J＝8J，物體落至桌面時(shí)，重力勢(shì)能Ep2′＝0，物體重力勢(shì)能的變化量為ΔEp′＝Ep2′－Ep1′＝－8J，即重力勢(shì)能減少了8J．變式2

(2023年華僑中學(xué)期中)廣西壯族“三月三”是壯族人民的傳統(tǒng)節(jié)日，該節(jié)日民族活動(dòng)很豐富，其中拋繡球是男女青年最喜歡的項(xiàng)目.假設(shè)某一青年女子在樓上將繡球水平拋出，拋出點(diǎn)離地4.5m，繡球質(zhì)量0.6kg，在離地2.0m處被一男青年搶到.重力加速度g取10m/s2，在繡球被拋出至被搶到的過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是 (

)A．重力做功15JB．重力勢(shì)能增加了15JC．若以?huà)伋鳇c(diǎn)為參考平面，繡球被搶到時(shí)的重力勢(shì)能為－27JD．若以地面為參考平面時(shí)，上述過(guò)程中繡球重力勢(shì)能的變化量最大【答案】A【解析】重力做功為WG＝mgh＝0.6×10×(4.5－2.0)＝15J，A正確；重力做正功，重力勢(shì)能減小，故重力勢(shì)能減少了15J，B錯(cuò)誤；若以?huà)伋鳇c(diǎn)為參考平面，繡球被搶到時(shí)的重力勢(shì)能為Ep＝－mg(h－h(huán)1)＝－0.6×10×(4.5－2)J＝－15J，C錯(cuò)誤；重力勢(shì)能的變化與重力做功對(duì)應(yīng)，與參考平面的選取無(wú)關(guān)，D錯(cuò)誤．(1)物體的重力勢(shì)能的大小是相對(duì)的，其數(shù)值與參考平面的選取有關(guān)．(2)重力勢(shì)能的變化是絕對(duì)的，與參考平面的選取無(wú)關(guān)，其變化量?jī)H由重力對(duì)物體做功的多少來(lái)決定．核心素養(yǎng)應(yīng)用1．重力勢(shì)能的計(jì)算式是Ep＝mgh，式中h是物體重心相對(duì)參考平面的高度．2．求解繩、鏈條類(lèi)物體的重力勢(shì)能時(shí)，重心位置的確定是關(guān)鍵.粗細(xì)均勻、質(zhì)量分布均勻的長(zhǎng)直繩子或鏈條，其重心在全長(zhǎng)的一半處.3．兩種情況下重力勢(shì)能的求解(1)當(dāng)繩子、鏈條呈直線(xiàn)狀(水平、豎直或傾斜)放置時(shí)，Ep＝mgh中的h表示重心相對(duì)參考平面的高度；(2)當(dāng)繩子、鏈條不以直線(xiàn)狀(如折線(xiàn)狀)放置時(shí)，應(yīng)當(dāng)分段(使其每段都是直線(xiàn)狀)表示重力勢(shì)能再求和．科學(xué)思維——繩、鏈條等物體的重力勢(shì)能問(wèn)題【答案】見(jiàn)解析小練·

隨堂鞏固1．如圖所示，某物塊分別沿三條不同的軌道由離地面高h(yuǎn)的A點(diǎn)滑到同一水平面上，軌道1、2是光滑的，軌道3是粗糙的，則 (

)A．沿軌道1滑下重力做的功多B．沿軌道2滑下重力做的功多C．沿軌道3滑下重力做的功多D．沿三條軌道滑下重力做的功一樣多【答案】D【解析】重力做功與路徑無(wú)關(guān)，取決于初、末位置高度差h，故D正確．2．(2023年揚(yáng)州期中)下列關(guān)于重力勢(shì)能的說(shuō)法正確的是 (

)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)能增加了D．地面上物體的重力勢(shì)能一定等于零【答案】C【解析】物體的重力勢(shì)能與參考平面有關(guān)，同一物體在同一位置相對(duì)不同的參考平面的重力勢(shì)能不同，A錯(cuò)誤；物體在零勢(shì)能面以上，距零勢(shì)能面的距離越大，重力勢(shì)能越大，物體在零勢(shì)能面以下，距零勢(shì)能面的距離越大，重力勢(shì)能越小，B錯(cuò)誤；重力勢(shì)能中的正、負(fù)號(hào)表示大小，－5J的重力勢(shì)能小于－3J的重力勢(shì)能，C正確；只有選地面為零勢(shì)能面時(shí)，地面上的物體的重力勢(shì)能才為零，否則不為零，D錯(cuò)誤．3．如圖所示，一輕彈簧一端固定于O點(diǎn)，另一端系一重物，將重物從與懸點(diǎn)O在同一水平面且使彈簧保持原長(zhǎng)的A點(diǎn)靜止釋放，讓它自由擺下，不計(jì)空氣阻力，在重物由A點(diǎn)擺向最低點(diǎn)B的過(guò)程中 (

)A．重力做正功，彈力不做功B．重力做正功，彈力做正功，彈性勢(shì)能增加C．若用與彈簧原長(zhǎng)相等的細(xì)繩代替彈簧后，重力做正功，彈力不做功D．若用與彈簧原長(zhǎng)相等的細(xì)繩代替彈簧后，重力做正功，彈力做負(fù)功【答案】C【解析】用細(xì)繩拴住重物向下擺動(dòng)時(shí)重力做正功，彈力不做功，C正確；用彈簧拴住重物下擺時(shí)，彈簧要伸長(zhǎng)，重物軌跡不是圓弧，彈力做負(fù)功，彈性勢(shì)能增加，重力做正功，且做功多，所以A、B、D錯(cuò)誤．4．如圖所示，擺球質(zhì)量為m，懸線(xiàn)的長(zhǎng)為L(zhǎng)，把懸線(xiàn)拉到水平位置后放手．設(shè)在擺球從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過(guò)程中空氣阻力f的大小不變，則下列說(shuō)法正確的是

(

)A．重力做功為mgLB．懸線(xiàn)拉力做負(fù)功C．空氣阻力做功為－fLD．空氣阻力f做功為－πfL【答案】A5．(多選)(2023年江門(mén)二中期中)如圖，質(zhì)量為m＝1kg的小球，從A點(diǎn)下落到地面上的B點(diǎn)，h1為1.2m，桌面高h(yuǎn)2為0.8m，重力加速度g取10m/s2.下列說(shuō)法正確的是

(

)A．以地面為參考平面，小球在A點(diǎn)的重力勢(shì)能為20JB．以桌面為參考平面，小球在B點(diǎn)的重力勢(shì)能為8JC．以桌面為參考平面，從A點(diǎn)到B點(diǎn)的過(guò)程中，重力勢(shì)能的改變量為－8JD．從A點(diǎn)到B點(diǎn)的過(guò)程中，重力勢(shì)能的減少量一定為20J，與參考平面無(wú)關(guān)【答案】AD【解析】

以地面為參考平面，小球在A點(diǎn)的重力勢(shì)能為Ep＝mg(h1＋h2)＝20J，故A正確；以桌面為參考平面