高一物理：7.4《重力势能》课件（人教必修2）

欢迎进入物理课堂 7 4重力势能课件 人教版必修2 我们在初中学过 物体由于被举高而具有的能量叫做重力势能 如图所示 怎样定量地表示物体重力势能的大小呢 1 高处有一块巨大的石头摇摇欲坠如图所示 在它的下面你可能会感到胆怯 这是因为 当它下落时会将 可能对你造成伤害 物体由于位于高处而具有的能叫做 2 物体的高度发生变化时 物体被举高时 重力做 3 用无限分割的方法可以证明 物体运动时重力做的功只跟它的 和 的位置有关 而跟物体 无关 4 物体的重力势能总是相对于某一水平面来说的 这个水平面叫做 在如下图所示中若取井中水面为参考面 则地面上物体的重力势能 井底物体的重力势能 答案 1 被举高的物体具有势能对外做功重力势能2 重力要做功负功3 起点终点运动的路径4 参考平面 为正值 为负值 1 重力的功与路径无关 只与它的起点和终点的位置有关 2 计算式 WG mgh1 mgh2 设想你要从某座高楼的第17层下到第8层 你可以乘电梯下 也可以沿楼梯走下 如图 两种方式下楼 重力对你做的功是否相等 答案 相等 1 定义 物体的重力势能等于它所受重力与所处高度的乘积 2 表达式 Ep mgh 3 单位 焦耳 J 4 重力势能是标量 5 选不同的参考平面 物体的重力势能的数值是不同的 在参考平面的物体 Ep 0在参考平面上方的物体 Ep 0在参考平面下方的物体 Ep 0 6 重力势能是物体和地球组成的系统所共有的 特别提醒 1 Ep mgh h表示物体重心相对零参考面的高度 2 某一过程重力势能的变化与零参考面的选择无关 成语 水滴石穿 的意思是长时间从高处落下的水滴能够把石头穿透 如图所示 请你从物理学的角度解释这一现象 答案 高处的水滴具有重力势能 长时间滴下对石头做功 最终将石头穿透 重力对物体所做的功 等于物体重力势能变化量的负值 即WG EP 1 重力对物体做多少正功 物体的重力势能就减少多少 2 重力对物体做多少负功 物体的重力势能就增加多少 特别提醒 1 利用重力做功与重力势能改变的关系可以方便地求出重力所做的功 而不必考虑物体的具体运动路径 2 重力做功的过程是重力势能和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改变 为什么要引入重力势能这个概念 解析 重力势能EP mgh m g h分别为物体的质量 重力加速度和物体所处位置相对于参考面的高度 重力势能的引入与重力有关 重力有个特点 重力对物体做功时 与物体的路径无关 只与物体的起点和终点有关 起点和终点为物体的位置 自然重力做功与物体相对位置具有单一的对应关系 即单值函数关系 重力对物体所做的功总是等于物体的mgh的增量的负值 即 WG mgh2 mgh1 上式说明当重力做正功时 重力势能减小 EP为负值 mgh便反映了位置状态量 因此便引入重力势能 EP 这一量来描述物体的位置状态量 EP mgh 点评 除了重力势能 还有其他形式的势能 任何形式的势能 都是相应的物体系统由于其中各物体之间 或物体内的各部分之间存在相互作用 力 而具有的能 是由各物体的相对位置决定的 例如 分子之间由于存在相互作用而具有势能 叫做分子势能 由分子间的相对位置决定 电荷之间由于存在相互作用而具有势能 叫做电势能 由电荷间相对位置决定 下列关于重力势能的说法中正确的是 重力势能是物体和地球共同具有的 而不是物体单独具有的 在同一高度 将同一物体以v0向不同方向抛出 落地时物体减少的重力势能一定相等 重力势能等于零的物体 不可能对别的物体做功 在地面上的物体 它的重力势能一定为零A B C D 答案 A解析 重力势能是物体与地球共有的 同一物体的重力势能 仅与物体所处的位置有关 重力势能的变化 仅与物体位置的变化有关 而与路径无关 物体的重力势能是相对于零势能参考平面而言的 重力势能为零的物体 也可能具有动能而对物体做功 故正确答案为A 在地面上平铺n块砖 每块砖的质量为m 厚度为h 若将砖一块一块竖直叠放起来 至少要做多少功 解析 把砖由平放在地面上到把它们一块块地叠放起来 所做的功至少等于砖所增加的重力势能 可用归纳法和整体法两种方法求解 方法一 归纳法 第一块砖增加的重力势能为0第2块砖增加的重力势能为mgh第3块砖增加的重力势能为2mgh 第n块砖增加的重力势能为 n 1 mgh 则n块砖共增加的重力势能为 点评 归纳法容易想到 但较繁琐 整体法显然比较简单 但不容易想到 运动员跳伞将经历加速下降和减速下降两个过程 将人和伞看成一个系统 在这两个过程中 下列说法正确的是 A 阻力对系统始终做负功B 系统受到的合外力始终向下C 加速下降时 重力做功大于系统重力势能的减小量D 任意相等的时间内重力做的功相等 答案 A解析 下降过程中 阻力始终与运动方向相反 做负功 A对 加速下降时合力向下 减速下降时合力向上 B错 下降时重力做功等于重力势能减少 C错 由于任意相等的时间内下落的位移不等 所以 任意相等时间内重力做的功不等 D错 故选A 如图所示 一条铁链长为2m 质量为10kg 放在水平地面上 拿住一端提起铁链直到铁链全部离开地面的瞬间 物体克服重力做功为多少 答案 100J点评 本题求物体克服重力做的功 在整个过程中 做功的重力是变化的 所以不能直接套用功的公式 而通过分析始 末状态重力势能的变化求出 这种解法既简捷又科学 希望同学们逐渐形成应用功能关系解题的思路 如图所示 质量为m 长为L的均匀链条的一半位于光滑水平桌面上 另一半悬挂在桌子边上 如果取桌面为参考平面 则此时链条的重力势能为 如果在链条左端加拉力缓慢地把悬挂在桌子边的链条拉到桌面上 拉力做功为 水力发电站中 水是利用什么能来发电的 要使水电站的发电量尽可能大些 该如何选择坝址 解析 水力发电站是利用水的重力势能转化成动能 动能又通过水轮机发电转化成电能来发电的 为了使水电站的发电量尽可能大些 坝址应建在河流的峡谷区 这样主要是为了提高水位 增大重力势能 而且工程量小 耗资少 例如 三峡水电站 小丰满水电站等 点评 此题是通过实例来分析能量转换的 所以重力势能的概念是很重要的 如图 在水平桌面上铺一块厚薄均匀的泡沫塑料板 让A B C三个小球依次自由跌落在塑料板上 根据撞击产生的凹痕深浅 探究小球的重力势能与哪些因素有关 A球与B球是相同的实心铝球 C球是体积相同的实心铅球 A球与B球相比较 表明物体的重力势能与它的 有关 A球与C球相比较 表明物体的重力势能与它的 有关 答案 高度重力 或质量 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