高中物理 第4章4.1 势能的变化与机械功课件 沪科版必修2

41势能的变化与机械功势能的变化与机械功核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练课前自主学案课前自主学案知能优化训练知能优化训练4.1课标定位课标定位学习目标：学习目标：1.理解什么是重力势能和弹性势能理解什么是重力势能和弹性势能2掌握重力做功与重力势能的关系，掌握弹力做功掌握重力做功与重力势能的关系，掌握弹力做功与弹性势能的关系与弹性势能的关系3理解势能的相对性理解势能的相对性重点难点：重点：重力势能的变化与重力做功的关重点难点：重点：重力势能的变化与重力做功的关系；重力做功与路径无关系；重力做功与路径无关难点：重力势能难点：重力势能Ep是标量，但有正负；重力做功是是标量，但有正负；重力做功是重力势能转化的量度重力势能转化的量度课前自主学案课前自主学案一、研究重力做功跟重力势能变化的关系一、研究重力做功跟重力势能变化的关系1重力势能的大小重力势能的大小(1)定义：物体由于被举高而具有的能量叫做定义：物体由于被举高而具有的能量叫做_物体的重力势能等于它所受重物体的重力势能等于它所受重力和它的高度的乘积力和它的高度的乘积(2)表达式：表达式：_(3)单位：在国际单位制中，重力势能的单位为单位：在国际单位制中，重力势能的单位为_，符号为，符号为J.重力势能重力势能Epmgh焦耳焦耳2重力做功跟重力势能的变化重力做功跟重力势能的变化(1)重力做功与重力势能的关系可以写为重力做功与重力势能的关系可以写为W_，式中，式中W为为_，Ep1为为_，Ep2为为_，Ep为为_(2)当重力对物体做正功时，物体的重力势当重力对物体做正功时，物体的重力势能能_；当重力对物体做负功时，物体；当重力对物体做负功时，物体的重力势能的重力势能_Ep1Ep2Ep重力所做的功重力所做的功物体在初始位置的重力势能物体在初始位置的重力势能物体在末位置的重力势能物体在末位置的重力势能重力势能的增量重力势能的增量减少减少增加增加思考感悟思考感悟12011年年7月由于连续强降雨，我国四川省多处月由于连续强降雨，我国四川省多处发生了大面积的山体滑坡，摧毁了大量的道路、桥发生了大面积的山体滑坡，摧毁了大量的道路、桥梁和建筑物，给当地的人民造成巨大的生命和财产梁和建筑物，给当地的人民造成巨大的生命和财产损失在平常稳重安静的山哪里来的如此大的能量？损失在平常稳重安静的山哪里来的如此大的能量？提示：提示：由于山体滑波、泥石流产生，巨大的山石从由于山体滑波、泥石流产生，巨大的山石从山上滑落下来而山石的质量很大，又处在很高的山上滑落下来而山石的质量很大，又处在很高的位置，因此具有很大的势能，在下滑过程中，因为位置，因此具有很大的势能，在下滑过程中，因为重力做功，山石会获得巨大的动能，所以具有非常重力做功，山石会获得巨大的动能，所以具有非常大的破坏力大的破坏力二、重力做功跟路径无关二、重力做功跟路径无关1重力对物体做的功只跟物体的重力对物体做的功只跟物体的_和和_的高度有关，而跟物体经过的的高度有关，而跟物体经过的_无关无关2重力势能具有相对性重力势能具有相对性(1)物体的重力势能物体的重力势能Epmgh中的中的h，是相对于某，是相对于某个重力势能为零的参考面而言的因此，物体的个重力势能为零的参考面而言的因此，物体的重力势能也总是相对于某一水平面来说的，这个重力势能也总是相对于某一水平面来说的，这个水平面叫做参考平面在参考平面，物体的重力水平面叫做参考平面在参考平面，物体的重力势能为势能为_初位置初位置末位置末位置路径路径零零(2)物体位于参考平面上方时重力势能为物体位于参考平面上方时重力势能为_，在其下方时的重力势能为在其下方时的重力势能为_(3)选择哪个水平面作参考平面，可视研究问题的选择哪个水平面作参考平面，可视研究问题的方便而定方便而定三、引力势能和弹性势能三、引力势能和弹性势能1定义：物体发生定义：物体发生_时具有的势时具有的势能叫做弹性势能能叫做弹性势能2表达式：对于劲度系数为表达式：对于劲度系数为k的弹簧，伸长量或的弹簧，伸长量或压缩量为压缩量为x时，弹性势能为时，弹性势能为Ep_.正值正值负值负值弹性形变弹性形变思考感悟思考感悟2成吉思汗的成吉思汗的“只识弯弓射大雕只识弯弓射大雕”说明拉满弦说明拉满弦的弯弓可以把箭发射出去；撑杆跳运动员借助的弯弓可以把箭发射出去；撑杆跳运动员借助手中长杆的弯曲能超越自己的手中长杆的弯曲能超越自己的“理想理想”可见可见“弯弓弯弓”“”“弯曲的长杆弯曲的长杆”中存在一种能量，结中存在一种能量，结合生活经验谈一谈你的认识合生活经验谈一谈你的认识提示：提示：“弯弓弯弓”“”“弯曲的长杆弯曲的长杆”中存在一种能中存在一种能量：弹性势能，其大小与形变量有关量：弹性势能，其大小与形变量有关核心要点突破核心要点突破一、对重力势能的理解一、对重力势能的理解1对重力势能的理解对重力势能的理解(1)重力势能是状态量、标量物体的位置发生了重力势能是状态量、标量物体的位置发生了变化，物体的重力势能也就发生变化，重力势能变化，物体的重力势能也就发生变化，重力势能是状态量重力势能的变化量与重力所做的功相是状态量重力势能的变化量与重力所做的功相对应，而重力的功是标量，重力势能也是标量对应，而重力的功是标量，重力势能也是标量(2)重力势能属于物体和地球组成的系统如果没重力势能属于物体和地球组成的系统如果没有地球对物体的吸引，就谈不上重力做功和重力有地球对物体的吸引，就谈不上重力做功和重力势能；物体所在的高度是由物体同地球组成的系势能；物体所在的高度是由物体同地球组成的系统内部的相对位置所决定的，因此重力势能是这统内部的相对位置所决定的，因此重力势能是这个系统的，而不是物体单独具有的个系统的，而不是物体单独具有的(3)重力所做重力所做的功只跟初位置的高度和末位置的高度有关，而的功只跟初位置的高度和末位置的高度有关，而跟物体运动的路径无关只要起点和终点的位置跟物体运动的路径无关只要起点和终点的位置相同，不论物体沿着什么路径由起点到达终点，相同，不论物体沿着什么路径由起点到达终点，是沿着直线还是曲线路径，重力所做的功都是相是沿着直线还是曲线路径，重力所做的功都是相同的同的2重力势能的相对性与重力势能变化的绝对性重力势能的相对性与重力势能变化的绝对性的理解的理解(1)重力势能是一个相对量，它的数值与参考平面重力势能是一个相对量，它的数值与参考平面的选择有关在参考平面内，物体的重力势能为的选择有关在参考平面内，物体的重力势能为零；在参考平面上方的物体，重力势能为正值；零；在参考平面上方的物体，重力势能为正值；在参考平面下方的物体，重力势能为负值在参考平面下方的物体，重力势能为负值(2)重力势能变化的不变性重力势能变化的不变性(绝对性绝对性)尽管重力势能的大小与参考平面的选择有关，但尽管重力势能的大小与参考平面的选择有关，但重力势能的变化量都与参考平面的选择无关，这重力势能的变化量都与参考平面的选择无关，这体现了它的不变性体现了它的不变性(绝对性绝对性)(3)某种势能的减少量，等于其相应力所做的功某种势能的减少量，等于其相应力所做的功重力势能的减少量，等于重力所做的功；弹簧弹重力势能的减少量，等于重力所做的功；弹簧弹性势能的减少量，等于弹簧弹力所做的功性势能的减少量，等于弹簧弹力所做的功(4)重力势能的计算公式重力势能的计算公式Epmgh，只适用于地球，只适用于地球表面及其附近处表面及其附近处g值不变时的范围，若值不变时的范围，若g值变化值变化时，不能用其计算时，不能用其计算即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1关于重力势能，下列说法中正确的是关于重力势能，下列说法中正确的是()A物体的位置一旦确定，它的重力势能的大小物体的位置一旦确定，它的重力势能的大小也随之确定也随之确定B物体与零势面的距离越大，它的重力势能也物体与零势面的距离越大，它的重力势能也越大越大C一个物体的重力势能从一个物体的重力势能从5 J变化到变化到3 J，重，重力势能变大了力势能变大了D在地面上的物体，它具有的重力势能不一定在地面上的物体，它具有的重力势能不一定等于零等于零解析：解析：选选CD.重力势能具有相对性，其数值与重力势能具有相对性，其数值与零势能面的选取有关，位置虽然确定，但物体零势能面的选取有关，位置虽然确定，但物体的重力势能随着零势能面的选取不同，其数值的重力势能随着零势能面的选取不同，其数值也不同，所以选项也不同，所以选项A错误，错误，D正确物体若在零正确物体若在零势能面下方，物体与零势能面距离越大，它的势能面下方，物体与零势能面距离越大，它的重力势能却越小，所以选项重力势能却越小，所以选项B错误重力势能错误重力势能为标量，为标量，5 J应小于应小于3 J，所以选项，所以选项C正确正确二、重力做功和重力势能的区别与联系二、重力做功和重力势能的区别与联系 概念概念比较项目比较项目 重力做功重力做功重力势能重力势能物理意义物理意义重力对物体做功重力对物体做功源于物体与地球之间的相互源于物体与地球之间的相互作用，由它们之间的相对位作用，由它们之间的相对位置决定的能量置决定的能量表达式表达式WGmghEpmgh影响大小的因素影响大小的因素重力重力mg和初、末和初、末位置的高度差位置的高度差h重力重力mg和某一位置的高度和某一位置的高度h 概念概念比较项目比较项目 重力做功重力做功重力势能重力势能特点特点只与初、末位置的高度差只与初、末位置的高度差有关，与路径及参考平面有关，与路径及参考平面的选择无关的选择无关与参考平面选择有关，同一位与参考平面选择有关，同一位置的物体，选择不同的参考平置的物体，选择不同的参考平面会有不同的重力势能值面会有不同的重力势能值过程量过程量状态量状态量联系联系重力做功过程是重力势能改变的过程，重力做正功，重重力做功过程是重力势能改变的过程，重力做正功，重力势能减少，重力做负功，重力势能增加，且重力做了力势能减少，重力做负功，重力势能增加，且重力做了多少功，重力势能就改变多少，即多少功，重力势能就改变多少，即WGEp1Ep2Ep即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2沿着高度相同，坡度不同，粗糙程度也不同沿着高度相同，坡度不同，粗糙程度也不同的斜面将同一物体分别从底端拉到顶端，下列说的斜面将同一物体分别从底端拉到顶端，下列说法正确的是法正确的是()A沿坡度小的斜面运动时物体克服重力做功多沿坡度小的斜面运动时物体克服重力做功多B沿坡度大、粗糙程度大的斜面运动时物体克沿坡度大、粗糙程度大的斜面运动时物体克服重力做功多服重力做功多C沿坡度小、粗糙程度大的斜面运动时物体克沿坡度小、粗糙程度大的斜面运动时物体克服重力做功多服重力做功多D不管沿怎样的斜面运动，物体克服重力做功不管沿怎样的斜面运动，物体克服重力做功相同，物体增加的重力势能也相同相同，物体增加的重力势能也相同解析：解析：选选D.重力做功与物体的运动路径无关，重力做功与物体的运动路径无关，只与初末状态物体的高度差有关，不论是光滑只与初末状态物体的高度差有关，不论是光滑路径还是粗糙路径，也不论是直线运动还是曲路径还是粗糙路径，也不论是直线运动还是曲线运动，物体克服重力做了多少功线运动，物体克服重力做了多少功(重力做多重力做多少负功少负功)，它的重力势能就增加多少，它的重力势能就增加多少课堂互动讲练课堂互动讲练重力做功特点的应用重力做功特点的应用如图如图411所示，质所示，质量为量为m的小物体沿圆弧面从的小物体沿圆弧面从A点无初速地滑下，圆弧的半点无初速地滑下，圆弧的半径为径为R，A点与圆心等高，滑点与圆心等高，滑到圆弧的最低点到圆弧的最低点B时，物块的时，物块的速度为速度为v.则下滑过程中，重则下滑过程中，重力对物体做的功为力对物体做的功为_，物体克服阻力做的功为物体克服阻力做的功为_图图411【方法总结】【方法总结】重力做功只和物体的初、末位重力做功只和物体的初、末位置高度差有关，不受其它力做功的影响，也不置高度差有关，不受其它力做功的影响，也不受运动状态、加速度的影响受运动状态、加速度的影响重力做功与重力势能变化的关系重力做功与重力势能变化的关系重力做功重力做功WGmgh，即物体克服重力做功为，即物体克服重力做功为mgh，又因为，又因为WGEp1Ep2mgh，WG0，Ep1Ep2即物体的重力势能增加了即物体的重力势能增加了mgh.【方法总结】【方法总结】判断物体的重力势能如何变判断物体的重力势能如何变化时，应根据重力做功还是克服重力做功来化时，应根据重力做功还是克服重力做功来判断，如果重力对物体做功，重力势能减小，判断，如果重力对物体做功，重力势能减小，物体克服重力做功时，重力势能增加物体克服重力做功时，重力势能增加如图如图412所示，一竖所示，一竖直弹簧下端固定于水平地面上，直弹簧下端固定于水平地面上，小球从弹簧的正上方距弹簧上端小球从弹簧的正上方距弹簧上端H处的处的P点自由下落，落到点自由下落，落到Q点与点与弹簧接触，小球继续向下运动，弹簧接触，小球继续向下运动，落至弹簧的最大压缩量为落至弹簧的最大压缩量为h的的N点，经过几次反弹之后，小球最点，经过几次反弹之后，小球最后静止在弹簧上后静止在弹簧上Q与与N之间的某之间的某一点一点A，则，则()弹性势能的分析弹性势能的分析图图412AH越大，小球第一次到达越大，小球第一次到达A点时的速度越大点时的速度越大BH越大，弹簧在越大，弹簧在A点的压缩量越大点的压缩量越大CH越大，弹簧的最大压缩量越大，弹簧的最大压缩量h越大越大D弹簧的最大压缩量弹簧的最大压缩量h与与H无关无关小球下落时，重力做功，重力势能减小，转化为小球下落时，重力做功，重力势能减小，转化为小球的动能和弹簧的弹性势能，无论小球的动能和弹簧的弹性势能，无论H如何，小球如何，小球在在A点时弹簧的弹性势能都相同，所以点时弹簧的弹性势能都相同，所以H越大，小越大，小球在球在A点的动能越大，因此速度越大，故点的动能越大，因此速度越大，故A正确；正确；小球从开始释放到最低点的过程中，只有重力和小球从开始释放到最低点的过程中，只有重力和弹力做功，重力势能转化为弹簧的弹性势能，重弹力做功，重力势能转化为弹簧的弹性势能，重力势能越大，弹簧的弹性势能也就越大，弹簧的力势能越大，弹簧的弹性势能也就越大，弹簧的最大压缩量也就越大即最大压缩量也就越大即H越大，越大，h就越大，故就越大，故C正确，正确，D错错【答案答案】AC【方法总结方法总结】弹簧的弹性势能是由弹簧的劲度弹簧的弹性势能是由弹簧的劲度系数系数k和形变量和形变量x共同决定的弹性势能的变化是共同决定的弹性势能的变化是由弹力做功决定的，即弹力做多少功，弹性势能由弹力做功决定的，即弹力做多少功，弹性势能就减少多少；反之，克服弹力做多少功，弹性势就减少多少；反之，克服弹力做多少功，弹性势能就增加多少能就增加多少本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束点此进入课件目录点此进入课件目录按按ESC键退出全屏播放键退出全屏播放谢谢使用谢谢使用