2019-2020年高一物理重力势能五 人教版.doc

2019-2020年高一物理重力势能五 人教版一、教学目的：1理解重力势能的概念，会用定义式进行计算2理解重力势能的变化和重力做功的关系知道重力做功与路径无关3知道重力势能的相对性4了解弹性势能二、重点难点：1.重力势能以及重力势能的变化与重力做功的关系.2.理解重力势能的相对性.三、教学方法：演示实验、分析推理、讲授讨论.四、教具：轻重不同的重锤一个、木桩、沙箱、橡皮筋.五、教学过程：（一）引入新课：大家知道水力发电站是利用水来发电的，水是利用什么能来发电的呢？学习这节课后，我们将会了解这个问题。通过前面对功和能的关系的学习，我们知道怎样判断一个物体具有能量：一个物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量。演示：重锤从高处落下，把木桩打进沙箱中，说明重锤对木桩做了功，举高的重锤具有能量。我们把重锤由于被学举高而具有的能量叫做重力势能。本节课将学习重力势能的有关知识。（二）进行新课：重力势能的大小与什么因素有关呢？演示实验1：演示由质量不同的重锤从相同高度落下，木桩被打进沙箱的深度不同，引导学生分析得出：质量越大的重锤具有的重力势能越大。演示实验2：演示用同一重锤从不同高度落下，木桩被打进沙箱的深度不同，引导学生得出：重锤高度越大，具有的重力势能越大。怎样定量地表示重力势能呢？把一个物体举高，要克服重力做功，同时物体的重力势能增加。一个物体从高处下落，重力做功，同时重力势力能减小。可见重力势能跟重力做功有密切关系。h1h2hAB图1如图1所示，设一个质量为m的物体，从高度为h1的A点下落到高度为h2的B点，重力所做的功为：WG=mgh=mgh1-mgh2我们可以看出WG等于mgh这个量的变化。在物理学中就用这个物理量表示物体的重力势能。重力势能用EP来表示。1重力势能 定义：由于物体被举高而具有的能量。重力势能的计算式：EP=mgh.即物体的重力势能等于物体的重量和它的高度的乘积。 重力势能是标量，其单位与功的单位相同，在国际单位中都是焦耳(J)2对EP=mgh的理解：式中h应为物体重心的高度。重力势能具有相对性，是相对于选取的参考面而言的。因此在计算重力势能时，应该明确选取零势面。重力势能可正可负，在零势面上方重力势能为正值，在零势面下方重力势能为负值。选取不同的零势面，物体的势能值是不同的，但势能的变化量不会因零势面的不同而不同。例题1：边长为L，质量为m的立方体物体静止放在地面，在其旁边有一高为H的水平桌面,如图2所示.若选地面为零势点，立方体物体的重力势能为多少？若选桌椅面为零势点，立方体物体的重力势能为多少？（学生先做，老师再讲。）H图2解析：EP=mgL/2. EP= -mg(H-L/2).3重力势能的变化和重力做功的关系引导学生进一步分析：图1中，重力做正功，重力势能减少，减少的重力势能转化为物体的动能了。重力势能的变化是否在任意情况下都等于重力所做的功？重力做功有什么特点？讨论1：物体从A点下落到B点过程中，如果受阻力作用，重力做的功与重力势能变化之间的关系是怎样的？物体下落受到阻力，只影响物体动能的变化，不影响重力的功，重力势能的变化只与A、B两点的高度差有关。WG=mgh1-mgh2=EP1-EP2 ；物体减少的重力势能等于重力所做的功，但由于要克服阻力做功，减少的重力势能没有全部转化为动能。h1h2hAB图3C讨论2：若物体从A点下落到B点后，再平移到与B点等高的C点，重力做的功是多少？重力做功与重力势能之间的关系又如何？如图3所示。物体由B到C过程中重力不做功，重力势能也不变化，因此物体由A运动到C点过程中，重力的功仍是WG=mgh1-mgh2=EP1-EP2. 物体减少的重力势能等于重力所做的功。讨论3:若物体是从A点沿斜面滑到与B点等高的C点，上述关系是否成立？设AC之间长为S，且与水平方向成角。重力做功WG=Fssin=mgh1-mgh2由此发现重力做功与路径无关，只跟初末位置高度有关，物体减少的重力势能仍等于重力所做的功。讨论4:物体从B点分别匀速、加速、减速上升到A点，上述关系又是如何呢？无论物体从B点上升到A点是匀速、加速、减速，重力都做负功，且都等于物体重力与初末位置高度差的乘积。而重力势能都增加，增加的重力势能等于克服重力所做的功。但这三种情况中，由于所受拉力不同，物体动能的变化量等于合外力的功，动能变化量不相同。师生共同总结出重力势能变化只与重力做的功有关，两者关系为：当物体由高处运动到低处时，重力做正功，重力势能减少。减少的重力势能等于重力所做的功。当物体由低处运动到高处时，重力做负功，即物体克服重力做功，重力势能增加。增加的重力势能等于克服重力所做的功。引导学生总结出重力做功的特点：4.重力做功的特点：重力所做的功只跟初始位置的高度和末位置的高度有关，跟物体的运动路径无关。演示实验3:演示张紧的橡皮筋把纸团射出去，说明发生弹性形变的橡皮筋能够做功，因而具有能量-这种能量称为弹性势能。5.弹性势能：发生弹性形变的物体，在恢复原状时能够对外界做功，我们把物体因发生弹性形变而具有的势能叫弹性势能。引导学生举些具有弹性势能物体的实例。如张紧的弓、卷紧的发条、位伸或压缩的弹簧、击球时的网球拍等都具有弹性势能。初步了解弹簧所具有弹性势能的大小与什么因素有关。分析：弹簧被拉伸或压缩的长度越大，恢复原状时对外做的功就多，弹簧的弹性势能就大。弹簧的弹性势能还跟弹簧的劲度有关，被拉伸或压缩的长度相同时，劲度大的弹簧弹性势能大。重力势能和弹性势能是由相互作用物体的相对位置决定的，所以势能又叫位能。今后还将学习其它形式的势能。例题2:沿着高度相同，坡度不同，粗糙程度也不同的斜面向上拉同一物体到顶端，以下说法中正确的是：（学生先做，老师再评讲。正确答案为D。）A沿着坡度小、长度大的斜面上升克服重力做的功多；B沿长度大、粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功多；C沿长度大、粗糙程度小的斜面上升克服重力做的功多；D上述几种情况重力做功同样多。（三）、课堂小结：1.重力势能：由于物体被举高而具有的能量；计算式：EP=mgh.，即物体的重力势能等于物体的重量和它的高度的乘积；重力势能是标量，其单位与功的单位相同，在国际单位中都是焦耳。2. 重力做功的特点：重力所做的功只跟初始位置的高度和末位置的高度有关，跟物体的运动路径无关。3. 弹性势能：发生弹性形变的物体，在恢复原状时能够对外界做功，我们把物体因发生弹性形变而具有的势能叫弹性势能。（四）、课外作业：思考练习四第（1）、（3）题。把练习四第(2)、(4)、(5)题做在作业本上。8.52、重力势能的应用一、.教学目的：1.能正确计算物体或物体系的重力势能.2.会用重力势能的变化求重力的功。3复习动能定理，培养学生灵活运用动能定理解决实际问题的能力。二、教学难点：1.能正确计算物体或物体系的重力势能.2.会用重力势能的变化求重力的功。三、教学方法：讲授、练习、讨论四、教具 长方体木块、铁链、木棒等五、教学过程：（一）复习提问，引入新课：上一节课我们已经学习了重力势能的有关知识，请同学们回忆一下上节所学的内容，并回答下列问题：1. 重力势能是怎样定义的？如何计算重力势能？2. 重力做功有何特点？3. 重力势能的变化和重力做功有何关系？本节学习用重力势能的变化求重力的功在解题中的应用。（二）进行新课例题1：盘在地面上的一根不均匀的金属链重G=30N，长L=1m,从一端缓慢提起至另一端恰好离开地面时需做功10J，金属链重力势能增加 J，此时金属链重心位置距地面 m.如果改从另一端缓慢提起至金属链恰好离地面需做功 。（学生先做，然后评讲。）解析：从一端缓慢提起至恰离开地面时需做功10J，金属链重力势能增加EP=Gh1=10J, 此时链重心位置距地h1=0.33m. 如果改从另一端缓慢提起至金属链恰好离地面需做功W2=G(L-h1)=20J.图1例题2：如图1所示，一个人通过定滑轮匀速地拉起质量为m 的物体，当人沿水平地面从A点走到B点时，位移为S，绳子方向与竖直方向成角，原先绳子方向竖直，不计阻力，则人拉物体所做的功为多少？hhH-hmgmgffVV0V=0aV图2图3解析：由于人拉绳的力的方向不确定，不能用功的定义式来计算人所做的功，须通过动能定律来计算人所做的功。而重力的功根据重力做功的特点可得：WG=mgh=mg).由动能定律可得：W-WG=0-0 所以人所做的功为：。例题3：以20m/s的初速从地面竖直向上抛出一物体，它上升的最大高度是18m。如果物体所受阻力的大小不变，则物体在离地面多高处，物体的动能与重力势能相等。(g=10m/s2)（以地面为零势点）解析：以物体为研究对象，画出运动草图2，设物体上升到h高处动能与重力势能相等此过程中，重力阻力做功，据动能定理有：物体上升的最大高度为H 有： 由式，解得h=9.5m设物体下落过程中经过距地面h处动能等于重力势能，运动草图如图3所示。据动能定理有： 解得h=8.5m注意：在此较复杂的问题中，应注意不要出现漏解。较好的方法是逐段分析法。本题很容易漏解，要求学生仔细审题，问物体离地面多高处，物体动能与重力势相等，一般人首先是将问题变形为上升过程中什么位置动能与重力势能相等。而实际下落过程也有一处动能与重力势能相等。ABCDa图4例题3:有一质量为m，边长为a的正方体与地面之间的摩擦因素=0.3。为使它水平移动距离a,可采用将它翻倒或向前匀速平推两种方法。则： （ ）A将它翻倒比平推前进做的功少。B将它翻倒比平推前进做的功多。C两种情况做功一样多。D翻倒时不做功。解析：物体被平推时，推力与摩擦力平衡。翻倒则要克服物体重力做功。匀速平推时：F=f=mg,因而物体被平推着前进，外力对物体所做的功为：W1=Fa=mga=0.3mga.在翻倒过程中，立方体将绕其中一条棱（如A）转动。仅在使其对角线AC转到竖直过程中（以后，稍有一倾侧，立方体会在重力作用下翻倒）这个过程中外力所做的功，就是使立方体的重心O升高所增加的重力势能，所以外力做功为：W2=EP=mg(.因而推着物体匀速前进比翻倒前进相同距离所做的功多。课堂讨论：1质量为1kg的物体从静止开始，经过去时3S落地，落地时速度为10m/s ，若重力加速度为g=10m/s2，则在此过程中：A.物体的重力势能减少了50J；B.物体的动能增加了100J；C.重力对物体做功150J;D.物体克服阻力做功.2.一弹性小球质量为m,距地面高度为 h处以初速度V0竖直上抛，运动过程中所受空气阻力为f,与地面碰撞时，能量损失不计，则它最后停在地面上重力做功为多少？它在运动停止前通过的总路程为多少？（三）、课堂小结：1由于重力做功与路径无关，只与始末两点位置的高度差有关，因此，在计算重力做功就不需要考虑过程，只看始末位置。这使重力功的计算变得简便。2重力势能的变化只与重力做功有关，与其它外做功情况无关。因此在计算重力势能的变化时只看重力做功的多少即可。（四）、课外作业：1用恒力F向上拉一物体，使其由地面处开始加速上升到某一高度。若考虑空气阻力而不考虑空气浮力，则在此过程中A.力F所做的功减去克服阻力所做的功等于重力势能的增量B.物体克服重力所做的功等于重力势能的增量C.力F、重力、阻力三者的合力所做的功等于重力势能的增量D.力F和阻力的合力所做的功等于物体机械能的增量。2一人将一质量为m的物体举高h并获得速度，则：.合力对物体做功为mgh +mv2 ； .人对物体做功为mgh +mv2 ；.人对物体做功为mgh； .人对物体做功为mv2 。图53如图5，物体的质量为m，置于水平地面上，其上表面竖直连着一根轻弹簧，弹簧的自由长度为，倔强系数为，现将弹簧上端缓慢地竖直上提一段距离，使重物离开地面，这时重物的重力势能为（设地面的重力势能为零）：.mg(H) .mg(H+mg/k) C.mg(H) .mg(H)。4质量为m的物体，从静止开始以a=g/2的加速度竖直向下运动h米，下列说法中的是：物体的动能增加了mgh/2 物体的机械能减少了mgh/2物体的势能减少了mgh/2 物体的势能减少了mgh。