高中物理 7.4重力勢能課件 新人教版必修2.ppt

第四節(jié)重力勢能 課標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 理解重力勢能的概念 掌握重力勢能的計算方法 知道重力勢能的相對性 2 知道重力做功和重力勢能的改變的關(guān)系 3 理解重力做功與路徑無關(guān)的特點 重點難點 重力勢能的計算 重力做功與重力勢能變化的關(guān)系 核心要點突破 課堂互動講練 知能優(yōu)化訓(xùn)練 第四節(jié) 課前自主學(xué)案 課前自主學(xué)案 1 物體的高度發(fā)生變化時 重力要做功 物體被舉高時 重力做 功 物體下落時 重力做 功 2 重力做功的特點物體運動時 重力對它做的功只跟它的 和 的位置有關(guān) 而跟物體運動的 無關(guān) 負(fù) 正 起點 終點 路徑 二 重力勢能1 定義 物體由于 而具有的能量 2 大小 物體的重力勢能等于它所受 與所處 的乘積 表達(dá)式為 3 單位 與功的單位相同 4 重力做功與重力勢能變化的關(guān)系 被舉高 重力 高度 ep mgh 焦耳 表達(dá)式 wg ep1 ep2 1 當(dāng)物體從高處運動到低處時 重力做 功 重力勢能 即wg 0 ep1 ep2 2 當(dāng)物體由低處運動到高處時 重力做 功 重力勢能 即wg 0 ep1 ep2 重力做負(fù)功也叫做物體 正 減小 增加 負(fù) 克服重力做功 三 重力勢能的相對性1 參考平面 物體的重力勢能總是相對于某一 來說的 這個 叫做參考平面 在參考平面 物體的重力勢能等于0 2 參考平面的選取 1 選擇不同的參考平面 物體的重力勢能數(shù)值 但物體在某固定的兩點間的重力勢能的差值 水平面 水平面 不同 相同 2 參考平面上方的物體重力勢能為正 下方的物體重力勢能為負(fù) 負(fù)號表示物體在這個位置具有的重力勢能比在參考平面上具有的少 說明 選擇哪一個面為參考平面 要根據(jù)具體情況而定 一般是以解決問題方便為原則 四 勢能是系統(tǒng)所共有的重力勢能不是地球上的物體單獨具有的 重力勢能是地球與物體所組成的 系統(tǒng) 共有的 說明 任何一種形式的勢能 如分子勢能 電勢能等都是系統(tǒng)所共有的 核心要點突破 一 重力做功的特點1 探究過程 如圖7 4 1所示 質(zhì)量為m的物體經(jīng)三條不同的路徑 從高度是h1的位置運動到高度是h2的位置 圖7 4 1 第一次物體豎直向下運動 圖中路徑1 重力所做的功wg mgh mg h1 h2 mgh1 mgh2 第二次物體沿傾斜直線向下運動 圖中路徑2 設(shè)傾斜直線與豎直方向成 角 物體通過的距離為l 則重力所做的功wg mglcos mgh mg h1 h2 mgh1 mgh2 第三次物體沿任意路徑向下運動 圖中路徑3 我們可以把整個路徑分成許多很短的間隔 每一小段都可看成一段傾斜的直線 則重力所做的功wg mg h1 mg h2 mgh mg h1 h2 mgh1 mgh2 2 歸納總結(jié) 重力做的功只跟它的起點和終點的位置有關(guān) 而跟物體運動的路徑無關(guān) 功的大小等于物重跟起點高度與終點高度之差的乘積 二 對重力勢能的理解1 重力勢能具有相對性重力勢能的表達(dá)式ep mgh中的h是指物體重心到參考平面的高度 因此重力勢能的大小與參考平面的選取有關(guān) 在參考平面以上為正值 以下為負(fù)值 位于參考平面時為零 2 重力勢能參考平面的選取是任意的視處理問題的方便而定 一般選取地面或物體運動時所達(dá)到的最低點所在平面為零勢能參考平面 3 重力勢能的變化是絕對的盡管重力勢能的大小與參考平面的選取有關(guān) 但重力勢能的變化量與參考平面的選取無關(guān) 4 重力勢能是系統(tǒng)共有的倘若沒有地球 就談不上重力 那么物體也就不可能具有重力勢能 所以 嚴(yán)格來說 重力勢能是地球和物體所組成的 系統(tǒng) 共有的 而不是物體單獨具有的 特別提醒 重力勢能是標(biāo)量 只有大小沒有方向 但有正 負(fù) 其正 負(fù)表示與參考平面上物體勢能的相對大小 即時應(yīng)用 即時突破 小試牛刀 2 下列關(guān)于重力勢能的說法中正確的是 a 物體的位置一旦確定 它的重力勢能的大小也隨之確定b 物體與零勢能面的距離越大 它的重力勢能也越大c 一個物體的重力勢能從 5j變化到 3j 重力勢能變小了d 重力勢能減小時 重力對物體做正功 解析 選d 重力勢能ep mgh 其中h表示物體所在位置相對參考平面的高度 具有相對性 當(dāng)物體的位置確定 但參考平面不同時 則相對高度h不同 所以重力勢能mgh也不同 a是錯誤的 當(dāng)物體在參考平面下方時 物體與參考平面距離越大 重力勢能越小 所以b是錯誤的 重力勢能是標(biāo)量 負(fù)號說明物體在參考平面下方 判斷其大小時 與數(shù)學(xué)上 5 3的規(guī)律一致 所以b重力勢能由 5j變?yōu)?3j 重力勢能變大了 c是錯誤的 物體的重力勢能減小 說明高度下降了 所以重力做正功 d正確 三 重力做功與重力勢能變化的關(guān)系物體的高度變化時 重力要做功 重力勢能的改變與重力做功有關(guān) 重力勢能的改變只由重力做功引起 如圖7 4 3 質(zhì)量為m的物體 由a點下落到b點 a點高度為h1 b點高度為h2 在這個過程中 重力做功wg mgh1 mgh2 mg h 圖7 4 3 在這個過程中重力勢能的改變量 ep epb epa 所以重力做功和重力勢能改變量的關(guān)系為wg ep 這也正好說明了重力做正功 重力勢能減小 而重力做負(fù)功 重力勢能增加的道理 特別提醒 重力勢能變化的多少是由重力做功來唯一量度的 跟物體所處的運動狀態(tài)及是否受其他力或其他力是否做功無關(guān) 即時應(yīng)用 即時突破 小試牛刀 3 2011年廈門高一檢測 關(guān)于重力做功和物體的重力勢能 下列說法不正確的是 a 重力對物體做正功時 物體的重力勢能一定減少b 物體克服重力做功時 物體的重力勢能一定增加c 地球上任何一個物體的重力勢能都是一個確定值d 重力做功的多少與重力勢能的變化都與參考平面的選取無關(guān) 解析 選c 重力做正功 物體的重力勢能減少 重力做多少功 重力勢能就減少多少 a對 同理b對 物體的重力勢能大小除與其質(zhì)量有關(guān)外 還與物體所處的高度有關(guān) 在不同高度 零勢能面確定 同一物體的重力勢能不同 c錯 重力做功的特點是重力做功多少只與初末位置的高度差有關(guān) 與參考面的選取無關(guān) 而重力勢能的變化等于重力做的功 故d對 課堂互動講練 精講精析 由重力做功的特點可知 重力做功與小球?qū)嶋H路徑無關(guān) 所以w mgh 答案 mgh 方法總結(jié) 重力做功與物體運動的路徑無關(guān) 只與初末位置的高度差有關(guān) 這一點尤其在解一些往復(fù)運動或多個過程的問題時 可以省去大量的中間步驟 使得解題單刀直入 一步求解 富于靈活性 變式訓(xùn)練1將一物體由a移至b 重力做功 a 與運動過程中是否存在阻力有關(guān)b 與物體沿直線或曲線運動有關(guān)c 與物體是做加速 減速或勻速運動有關(guān)d 與物體發(fā)生的位移有關(guān) 解析 選d 重力做功的多少只與初 末狀態(tài)的位置有關(guān) 即與位移大小有關(guān) 與運動狀態(tài)無關(guān) 金茂大廈是上海的標(biāo)志性建筑之一 其主體建筑地上88層 地下3層 高420 5m 是目前國內(nèi)第一 世界第三的高樓 如圖7 4 4所示 距地面341m的第88層為國內(nèi)迄今最高的觀光層 環(huán)顧四周 極目眺望 上海新貌盡收眼底 質(zhì)量為60kg的游客 在下列情況中 他的重力勢能各是多少 g取10m s2 圖7 4 4 1 以地面為參考平面 2 以第88層為參考平面 3 以420 5m的樓頂為參考平面 若他乘電梯從地面上升到88層 需克服重力做多少功 思路點撥 先求出選不同位置為參考平面時物體所處的高度 再根據(jù)重力勢能的定義式求物體的重力勢能 精講精析 1 以地面為參考平面 游客在88層 相對地面高度為341m 則ep1 mgh 60 10 341j 2 0 105j 2 若以第88層處為參考平面 游客在第88層 相對高度認(rèn)為是0 故ep2 0 3 克服重力做的功與參考平面的選擇無關(guān) 即 w1 mgh 2 0 105j 答案 1 2 0 105j 2 0 3 2 0 105j 方法總結(jié) 1 計算重力勢能時 必須首先選取零勢能面 2 比較物體在不同位置具有的重力勢能的大小關(guān)系時 這兩個位置的重力勢能必須是相對同一個參考平面的 變式訓(xùn)練2如圖7 4 5 質(zhì)量為m的小球 從離桌面h高處由靜止下落 桌面離地高度為h 若以桌面為參考平面 那么小球落地時的重力勢能及整個過程中重力勢能的變化分別是 圖7 4 5 a mgh減少mg h h b mgh減少mg h h c mgh減少mg h h d mgh減少mg h h 解析 選d 以桌面為參考平面 落地時物體的重力勢能為 mgh 初狀態(tài)重力勢能為mgh 即重力勢能的變化 ep mgh mgh mg h h 所以重力勢能減少了mg h h d正確 如圖7 4 6所示 在水平地面上平鋪n塊磚 每塊磚的質(zhì)量為m 厚度為h 如將磚一塊一塊地疊放起來 至少需要克服重力做多少功 圖7 4 6 思路點撥 把磚由平放在地面上到把它們一塊塊地疊放起來 所做的功至少等于磚所增加的重力勢能 可用整體法求解 自主解答 取n塊磚的整體為研究對象 如題圖所示 疊放起來后整體重心距地面0 5nh 原來距地面0 5h 故有 w ep nmg 0 5nh nmg 0 5h 0 5n n 1 mgh