物理人教版必修二 第七章 第四节《重力势能》课件

欢迎进入物理课堂 第四节重力势能 学习目标 1 理解重力势能的概念 掌握重力势能的计算方法 知道重力势能的相对性 2 知道重力做功和重力势能的改变的关系 3 理解重力做功与路径无关的特点 重点难点 重力势能的计算 重力做功与重力势能变化的关系 一 重力做的功 自主探究 重力做功的特点设一个质量为m的物体 从高度为h1的位置 沿不同的路径运动到高度为h2的位置 如图7 4 1所示 重力做功为 WG mglcos mg h1 h2 图7 4 1成功发现物体运动时 重力对它做的功只跟它的起点和终点的位置有关 而跟物体运动的 无关 即WG mg h1 h2 路径 二 重力势能1 定义 物体由于 而具有的能量 2 大小 物体的重力势能等于它所受 与所处 的乘积 表达式为 3 单位 与功的单位相同 4 重力做功与重力势能变化的关系表达式 WG Ep1 Ep2 被举高 重力 高度 Ep mgh 焦耳 1 当物体从高处运动到低处时 重力做 功 重力势能 即WG 0 Ep1 Ep2 2 当物体由低处运动到高处时 重力做 功 重力势能 即WG 0 Ep1 Ep2 重力做负功也叫做 正 减小 负 增加 物体克服重力做功 三 重力势能的相对性1 参考平面 物体的重力势能总是相对于某一 来说的 这个 叫做参考平面 在参考平面 物体的重力势能等于0 2 参考平面的选取 1 选择不同的参考平面 物体的重力势能数值 但物体在某固定的两点间的重力势能的差值 水平面 水平面 不同 相同 2 参考平面上方的物体重力势能为正 下方的物体重力势能为负 负号表示物体在这个位置具有的重力势能比在参考平面上具有的少 说明 选择哪一个面为参考平面 要根据具体情况而定 一般是以解决问题方便为原则 四 势能是系统所共有的因为没有地球 就谈不上重力 严格说来 重力势能是地球与物体所组成的物体 系统 所共有的 而不是地球上的物体单独具有的 1 重力做功只与物体的初 末位置有关 与物体的运动路径无关 1 由功的定义可知 重力的功就等于重力乘以重力方向上物体发生的位移 即重力的功等于重力乘以初 末位置的高度差 2 计算重力做功时不需要考虑过程 只看始末位置即可 3 重力做功的大小与物体的运动状态无关 与物体受到的其他力无关 2 重力的功也有正负之分 当物体下降时 重力做正功 反之 当物体上升时 重力做负功 即物体克服重力做功 思维拓展 恒力做功也具有这种特点 只与初 末位置有关 与物体的运动路径无关 做的功等于力与力方向上位移的乘积 或位移与位移方向上力的乘积 精讲精析 由重力做功的特点可知 重力做功与小球实际路径无关 所以W mgh 答案 mgh 方法总结 重力做功与物体运动的路径无关 只与初末位置的高度差有关 这一点尤其在解一些往复运动或多个过程的问题时 可以省去大量的中间步骤 使得解题单刀直入 一步求解 变式训练1 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B 沿坡度大 粗糙程度大的斜面运动时物体克服重力做功多 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 物体克服重力做功相同解析 选D 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 不论是光滑路径还是粗糙路径 也不论是直线运动还是曲线运动 高度相同 克服重力做功相同 D对 1 重力势能具有相对性重力势能的表达式Ep mgh中的h是指物体重心到参考平面的高度 因此重力势能的大小与参考平面的选取有关 在参考平面以上为正值 以下为负值 位于参考平面时为零 2 重力势能是系统共有的重力是地球与物体相互吸引而产生的 如果没有地球对物体的吸引 就不会有重力 也不存在重力势能 所以重力势能是这个系统共同具有的 平时所说的 物体 的重力势能只是一种简化的说法 3 重力势能的变化是绝对的尽管重力势能的大小与参考平面的选取有关 但重力势能的变化量与参考平面的选取无关 特别提醒 1 重力势能是标量 2 参考平面一般选取地面或物体运动中的最低点所在的平面 如图7 4 2所示 桌面距地面的高度为0 8m 一物体质量为2kg 放在距桌面0 4m的支架上 则 g取10m s2 图7 4 2 1 以桌面为零势能参考面 计算物体具有的重力势能 并计算撤去桌面及支架后物体由支架下落到地面过程中重力势能减少多少 2 以地面为零势能面 计算物体具有的重力势能 并计算撤去桌面及支架后物体由支架下落到地面过程中重力势能减少多少 3 比较以上计算结果 说明什么问题 精讲精析 1 以桌面为零势能参考平面 物体距零势能参考面的高度为h1 0 4m 因而物体具有重力势能Ep1 mgh1 2 10 0 4J 8J 物体由支架落至地面时 物体的重力势能为Ep2 mgh2 2 10 0 8 J 16J 因此物体在此过程中的重力势能减少量 Ep Ep1 Ep2 24J 2 以地面为零势能参考面 物体的高度h 1 0 4 0 8 m 1 2m 因而物体的重力势能E p1 mgh 1 2 10 1 2J 24J 物体落至地面的重力势能E p2 0 在此过程中 物体的重力势能减少量 E p E p1 E p2 24J 0 24J 3 通过上面的计算 说明重力势能是相对的 它的大小与零势能面的选取有关 而重力势能的变化是绝对的 它与零势能面的选取无关 其变化值与重力对物体做功的多少有关 答案 1 8J24J 2 24J24J 3 重力势能是相对的 与参考平面的选取有关 重力势能的变化与参考平面选取无关 规律总结 计算重力势能必需明确参考平面 计算重力势能的变化则不需要选参考平面 变式训练2 关于重力势能 下列说法中正确的是 A 重力势能的大小只由重物本身决定B 重力势能恒大于零C 在地面上的物体 它具有的重力势能一定等于零D 重力势能实际是物体和地球所共有的解析 选D 重力势能Ep mgh h取决于零势能面的选取 势能具有系统性 故只有选项D正确 1 重力做功与重力势能的对比 2 重力做功与重力势能变化的关系 1 重力做功是重力势能变化的唯一原因 即只有重力做功才能改变重力势能 与物体除重力外是否还受其他力作用以及除重力做功外是否还有其他力做功等因素均无关 2 重力做功是重力势能变化的唯一量度 重力做正功 重力势能减少 重力做负功 重力势能增加 且重力做了多少功 重力势能就改变多少 即WG Ep1 Ep2 Ep 如图7 4 3所示 在水平地面上平铺n块砖 每块砖的质量为m 厚度为h 如将砖一块一块地叠放起来 至少需要克服重力做多少功 图7 4 3 思路点拨 把砖由平放在地面上到把它们一块块地叠放起来 克服重力做功至少等于砖所增加的重力势能 可用整体法求解 精讲精析 取n块砖的整体为研究对象 如题图所示 叠放起来后整体重心距地面0 5nh 原来距地面0 5h 故有 W Ep nmg 0 5nh nmg 0 5h 0 5n n 1 mgh 答案 0 5n n 1 mgh 方法总结 不能看成质点的物体相对于参考平面的高度是指其重心相对参考平面的高度 判断物体重力势能的变化或重力做的功 应根据重心位置的变化分析求解 变式训练3 关于重力做功和物体的重力势能 下列说法中正确的是 A 当重力对物体做正功时 物体的重力势能一定减少B 物体克服重力做功时 物体的重力势能一定增加C 地球上任何一个物体的重力势能都有一个确定值D 重力做功的多少与参考平面的选取无关 解析 选ABD 重力势能的大小与参考平面的选取有关 故C错 重力做正功时 物体由高处向低处运动 重力势能一定减少 反之物体克服重力做功时 重力势能一定增加 故A B均对 重力做多少功 物体的重力势能就变化多少 重力势能的变化与参考平面的选取无关 所以重力做功多少与参考平面的选取无关 故D对 正确答案为A B D 一题多解 经典案例 6分 质量为m的均匀链条长为L 开始放在光滑的水平桌面上时 有的长度悬在桌边缘 如图7 4 4所示 松手后 链条滑离桌面 问从开始到链条刚好滑离桌面的过程中重力势能变化了多少 图7 4 4 方法总结 对于实际物体初 末状态的位置按其重心来确定 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