高一物理 4.1 势能的变化与机械功 （沪科版必修2）

欢迎进入物理课堂 2002年9月21日上午 俄罗斯高加索北奥塞梯地区的一个村庄发生雪崩 造成至少100人失踪 雪崩 打夯 提高的重锤能把泥土夯实 对泥土做功 陨石坑 5万年前 一颗直径约为30 50米的铁质流星从高处落到地面 撞击到美国内华达州 产生了一个直径约1245米 平均深度达180米的大坑 坑中可以安放20个足球场 俄罗斯 和平号 空间站坠落时 为什么会燃烧 碎片燃烧时 温度可达3000 其能量由什么能量转化而来 空间站残片 水力发电站为什么要修那么高的大坝 水电站 打桩机的重锤从高处落下时 为什么能把水泥打进地里 打桩机 上面所看到的所有现象有一个共同的特点 这就是物体处在一定高度时 就具有了一定的能量 而当它从所处的的高处落下时 这些能量就会以做功的方式释放出来 我们在初中已经学过 物体由于被举高而具有的能量叫重力势能 且知道 重力势能的大小与什么有关 那么又如何定量表示呢 本节课我们就来学习这个问题 WG mg h mgh1 mgh2 h2 G mg h1 h 位移s 高度差 位移s h2 h1 G mg h 高度差 WG mgscos mg h mgh1 mgh2 WG mg h1 mg h2 mg h3 mg h mgh1 mgh2 h1 h1 h2 h3 h2 h 高度差 h1 h2 h 总高度差 WG mg h1 mg h2 mg h3 mg h mgh1 mgh2 h1 h2 h3 h4 h5 各分段高度差 WG mgh1 mgh2 结论 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 而跟物体运动的路径无关 小结 我们把物理量mgh叫做物体的重力势能 物体的重力势能等于它所受到的重力与所处高度的乘积 Ep mgh 说明 重力势能是标量 单位 焦耳 1J 1kg m s2 1N m 1 定义 2 表达式 重力做功 WG mgh1 mgh2 WG EP1 EP2 EP 初态的重力势能 末态的重力势能 重力做的功 重力势能 EP mgh 1 塔吊把一质量为200kg的物体 从距地面高为h1 10m的高度匀速运到高为h2 3m的地方 重力做了多少功 物体的重力势能如何变化 若物体加速或减速下降呢 g 10m s2 分析 重力做功为 WG mg h1 h2 14000JWG Ep1 Ep2 mgh1 mgh2 14000J重力势能减少了14000J 请同学们完成 重力做正功重力势能减少 课堂练习 2 塔吊把一质量为200kg的物体 从距地面高为h1 3m的高度匀速运到高为h2 10m的地方 重力做了多少功 物体的重力势能如何变化 若物体加速或减速上升呢 g 10m s2 分析 重力做功为 WG mg h1 h2 14000JWG Ep1 Ep2 mgh1 mgh2 14000J重力势能增加了14000J 请同学们完成 重力做负功重力势能增加 课堂练习 规律感悟 我们已经体会到 1 重力做正功重力势能减少 而且重力做了多少功 重力势能就减少了多少 2 重力做负功重力势能增加 而且克服重力做了多少功 重力势能就增加多少 体会 功是能量转化的量度 在计算重力势能时 其中的高度总是相对于某个水平面来说的 这个水平面叫参考平面 参考平面选取不同 重力势能的数值就不同 可见 重力势能具有相对性 选择不同的参考平面 物体的重力势能的数值是不同的 除此而外 并不会给所求解的问题带来不同的结果 因为在有关的问题中 有确定意义的是重力势能的变化和重力做的功 这两个量不会因选择不同的参考系而不同 1 重力势能的值具有的相对性 重力势能的特点 例 如图 质量0 5kg的小球 从桌面以上h1 1 2m的A点落到地面的B点 桌面高h2 0 8m 请按要求填写下表 g 10m s2 6J 10J 4J 0 10J 10J 10J 10J 选取不同的参考平面 物体的重力势能的数值不同 对一个确定的过程 WG和 EP与参考平面的选择无关 2 重力势能的正负表示大小 对选定的参考平面而言 参考平面上方物体的高度是正值 重力势能也是正值 参考平面下方物体的高度是负值 重力势能也是负值 重力势能为负 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重力势能少 重力势能 3J 5J 重力势能应该是物体与地球组成的系统共同具有的 而不是地球上某一个物体单独具有的 不只是重力势能 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而具有的能 是由各物体的相对位置决定的 3 重力势能既属于物体也属于地球 mg 1 关于重力做功和物体的重力势能 下列说法正确的是 A 重力对物体做正功时其重力势能一定减少 B 物体克服重力做功时其重力势能一定增加 C 物体位置给定 其重力势能就具有唯一确定的值 D 重力做功的多少与参考平面的选取无关 课堂练习 2 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物体做功B 相对于不同的参考平面 物体具有不同数值的重力势能 但这并不影响研究有关重力势能的问题C 在同一高度将物体不论向何方向抛出 只要抛出时的初速度大小相同 则落地时减少的重力势能必相等D 放在地面的物体 它的重力势能一定等于零 A 重力做功只跟物体所处的初末位置有关 与物体实际经过的路径无关B 重力势能的变化 只跟重力做功有关 和其他力做功多少无关C 重力势能是矢量 在地球表面以上为正 在地球表面以下为负D 重力势能的变化量等于重力对物体做的功 3 下列关于重力势能的说法 正确的是 4 一质量为5kg的小球从5m高处下落 碰撞地面后弹起 每次弹起的高度比下落高度低1m 求 小球从下落到停在地面的过程中重力一共做了多少功 重力势能如何变化 变化多少 g 10m s2 重力做功的特点 重力做功与物体的路径无关 只与起始位置和终了位置的高度有关 重力势能 物体的重力势能等于它所受的重力和所处高度的乘积 重力势能的特点 相对性 系统性重力做功与重力势能变化的关系 重力做正功 重力势能减小 重力做负功 重力势能增加 且重力做多少功 重力势能就变化多少 关于重力做功和重力势能的小结 多学一点 1 弹性势能 发生弹性形变的物体各部分之间由于弹力的相互作用而具有的势能 2 弹性势能的表达式 a 弹簧的长度b 劲度系数 可能与哪几个物理量有关 请同学们猜想 3 弹簧的弹性势能与弹力所做的功有什么关系 弹力做负功重力势能增加 弹力做正功重力势能减少 W弹 EP1 EP2 EP 初态的弹性势能 末态的弹性势能 弹力做的功 以下关于弹性势能的说法正确的是 形变的物体都具有弹性势能 形变越大的物体具有的弹性势能越大 形变的物体可能没有弹性势能 具有弹性势能的物体可能同时具有重力势能 课堂练习 一 重力做功的特点 与路径无关 只与起点和终点的高度差有关 四 重力势能是相对的 正负表示大小 一般不加说明是以地面或题目中的最低点所在的平面作为零势能参考面 二 重力势能 地球上的物体具有的与它高度有关的能量 表达式为 三 重力做功与重力势能变化的关系 五 弹性势能 略 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