鲁科物理必修2 第2章第2节《势能的改变》

欢迎进入物理课堂 第2节势能的改变 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第2节 课前自主学案 课标定位 课标定位 学习目标 1 理解重力势能及其表达式 2 知道重力做功与物体重力势能改变之间的关系 3 知道弹性势能的概念 4 联系生活和生产实践中势能与其他形式能转化的例子 了解能量转化 培养学习物理的兴趣 重点难点 1 重力做功与重力势能变化的关系 2 重力势能的相对性 课前自主学案 一 重力势能1 定义 物体处于一定 而具有的能 2 大小 物体的重力势能的大小与物体的 和所处的 有关 Ep 3 零势能参考平面 高度规定为零的水平面 任何物体在该平面上的重力势能都 物体位于参考平面以上时 重力势能取正值 物体位于参考平面以下时 重力势能取负值 4 标矢性及单位 重力势能是 单位是 符号为J 高度 质量 高度 mgh 等于零 标量 焦耳 二 重力做功与重力势能的改变1 两者关系 重力势能的改变只由 做功决定 重力对物体做多少功 物体的重力势能就 多少 物体克服重力做多少功 物体的重力势能就 多少 2 关系式 WG 三 弹性势能的改变1 定义 物体因为发生 而具有的能 2 影响弹性势能的因素 一个物体具有弹性势能的大小 取决于 的大小 3 势能 由 决定的能 重力 减少 增大 Ep1 Ep2 Ep 弹性形变 弹性形变 相对位置 核心要点突破 一 重力势能的特点图2 2 11 正负的含义重力势能是标量 但重力势能有正 负 其正 负表示物体处在零势能面的上方或下方 如图2 2 1所示 若取地面为零势能面 A B C三个物体的重力势能分别为EpA 0 EpB 0 EpC 0 若取桌面为零势能面 A B C三个物体的重力势能分别为EpA 0 EpB 0 EpC 0 若取A处为零势能面且设EpB 3J EpC 6J 则EpB EpC 即正负号也可表示重力势能大小 2 相对性重力势能具有相对性 物体具有的重力势能Ep mgh是相对于零势能面的 对于同一物体 选取不同的水平面作为零势能面时 其重力势能具有不同的数值 即重力势能的大小与零势能面的选取有关 3 重力势能变化量的绝对性当一个物体由一个位置运动到另一个位置时 这两个位置的高度虽然是相对的 但这两个位置的高度差是绝对的 即与参考平面的选取无关 因此物体在这两个高度不同的位置时 重力势能之差是一定的 与参考平面的选取无关 实际问题中我们更关注的是重力势能的变化量 4 重力势能的归属大家常说某物体具有多少重力势能 是一种约定俗成的简便说法 实质上指的是该物体和地球共同具有多少重力势能 特别提醒 对于不能看成质点的物体 当研究其重力势能或重力势能的变化时 一定要抓住其重心位置的变化情况 二 重力做功和重力势能间的区别与联系 特别提醒 1 两者关系体现了功是能量转化的量度 重力做功的过程就是重力势能与其他形式的能量相互转化的过程 在这一过程中 重力做的功量度了重力势能的变化 2 无论是否存在除重力外的其他力及是否有其他力做功 无论物体运动性质如何 WG Ep总是成立的 三 弹性势能的改变与弹力做功1 弹性势能的大小跟形变的大小有关 在弹性限度内形变量越大 弹性势能也越大 对于弹簧来说 弹性势能还与劲度系数有关 当形变量一定时 劲度系数越大 弹性势能也越大 2 弹力做功跟弹性势能变化的关系图2 2 2 如图2 2 2所示 弹簧左端固定 右端连一物体 O点为弹簧的原长处 当物体由O点向右移动的过程中 弹簧被拉长 弹力对物体做负功 弹性势能增加 当物体由O点向左移动的过程中 弹簧被压缩 弹力对物体做负功 弹簧弹性势能增加 当物体由A点向右移动的过程中 弹簧的压缩量减小 弹力对物体做正功 弹性势能减小 当物体由A 点向左移动的过程中 弹簧的伸长量减小 弹力做正功 弹性势能减小 总之 当弹簧的弹力做正功 弹性势能减小 弹性势能变成其他形式的能 当弹簧的弹力做负功时 弹性势能增大 其他形式的能转化为弹簧的弹性势能 这一点与重力做功跟重力势能变化的关系相似 课堂互动讲练 关于重力势能 下列说法中正确的是 A 重力势能只是由物体自身所决定的B 重力势能是标量 不可能有正 负值C 放在地面上的质量不同的物体 它们的重力势能一定不相等D 物体克服重力所做的功等于物体重力势能的增加量 精讲精析 由重力势能Ep mgh的表达式可知 重力势能是由物体自身的重力和物体相对于零势能面的高度所决定的 重力势能是标量 有正负之分 若为正值 则表示物体在零势能面的上方 若为负值 则表示物体在零势能面的下方 重力对物体做的功等于重力势能的变化量 重力做的正功等于重力势能减小量 重力做的负功 即克服重力做的功 等于重力势能增加量 答案 D 方法总结 1 重力势能的计算公式Ep mgh中 h表示物体距参考平面的高度 因此求物体的重力势能时 一定要找准物体的重心到参考平面的高度 同一物体的重力势能的大小与参考平面的选取有关 具有相对性 2 重力势能的变化与重力做功有关 与参考平面的选取无关 变式训练1关于重力势能的几种理解 正确的是 A 重力势能等于零的物体 一定不会对别的物体做功B 放在地面上的物体 它的重力势能一定等于零C 在不同高度将某一物体抛出 且落地点在同一水平面上 落地时重力势能不相等D 相对不同的参考平面 物体具有不同数值的重力势能 但并不影响有关重力势能变化的研究 解析 选D 一个物体能不能对别的物体做功 和它所具的重力势能的多少无关 A错误 如果不选择地面为零势能参考平面 放在地面上的物体重力势能一定不为零 B错误 一旦参考平面确定后 同一物体在某一水平面上的重力势能就确定了 故C错误 重力势能的变化与高度差有关 与参考平面的选择无关 D正确 楼上某房间地板高出楼外地面4m 窗台比地板高1m 一质量为10kg的重物放在地板上的A处 把重物从该房间A处取下来扔到楼外的地面上的B处 若没有空气阻力 重力所做的功为多少 重力势能改变了多少 若克服空气阻力所做的功约为50J 则重力所做的功应是多大 重力势能的改变又是多少 自主解答 没有空气阻力时 重力做功为WG mg hA hB 10 9 8 4 0 J 392J重力势能改变量 Ep WG 392J 即重力势能减少了392J 重力做功与路径无关与是否有其它力做功无关 所以若有空气阻力做功时 重力做功仍为392J 重力势能仍减少392J 答案 392J 减少了392J 392J 减少了392J 方法总结 1 重力做功与物体的运动路径无关 WG mg h h为初末位置的高度差 2 重力做功WG与重力势能的变化 Ep满足关系WG Ep 与物体运动情况 受力情况无关 变式训练2物体在运动过程中克服重力做功为100J 则下列说法中正确的是 A 物体的重力势能一定增加了100JB 物体的重力势能一定减小了100JC 物体的动能一定增加了100JD 物体的动能一定减小了100J解析 选A 重力做功的负值等于重力势能的改变量 重力做负功 重力势能增加 A正确 B错误 动能的改变量等于合外力做的功 故C D错误 如图2 2 3所示 在光滑水平面上有一物体 它的左端连一弹簧 弹簧的另一端固定在墙上 在力F的作用下物体处于静止状态 当撤去F后 物体将向右运动 在物体向右运动的过程中 下列说法正确的是 A 弹簧的弹性势能逐渐减小B 弹簧的弹性势能逐渐增大C 弹簧的弹性势能先增大后减小D 弹簧的弹性势能先减小后增大 图2 2 3 精讲精析 弹性势能的变化是由弹力做功引起的 弹力做正功 弹性势能减小 弹力做负功 弹性势能增加 撤去力F后物体向右运动的过程中 弹力先对物体做正功 后对物体做负功 故弹性势能先减小后增大 答案 D 方法总结 无论弹簧由何种状态开始变化 只要弹力做正功 弹性势能就减小 弹力做负功 弹性势能就增大 变式训练3关于弹性势能 下列说法中不正确的是 A 发生弹性形变的物体都具有弹性势能B 只有弹簧在发生弹性形变时才具有弹性势能C 弹性势能可以与其他形式的能相互转化D 弹性势能在国际单位制中的单位是焦耳解析 选B 发生弹性形变的物体的各部分之间 由于有弹力的相互作用 都具有弹性势能 A正确 弹性势能跟重力势能一样 可以与其他形式的能相互转化 C正确 所有能的单位跟功的单位相同 在国际单位制中的单位是焦耳 D正确 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全