魯科版必修2第2章 第2節(jié)　勢(shì)能的改變 課件（39張）.ppt

第2節(jié)勢(shì)能的改變 教師備課參考 核心素養(yǎng)養(yǎng)成目標(biāo) 物理觀念1 理解重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能的概念 會(huì)用重力勢(shì)能的定義進(jìn)行計(jì)算 2 理解重力勢(shì)能的變化和重力做功的關(guān)系 3 知道重力勢(shì)能的相對(duì)性 科學(xué)思維與科學(xué)探究1 通過(guò)一些自然現(xiàn)象 讓學(xué)生體驗(yàn)到重力勢(shì)能 讓學(xué)生將生活實(shí)際與物理概念相聯(lián)系 2 通過(guò)實(shí)驗(yàn) 體驗(yàn)重力勢(shì)能與哪些因素有關(guān) 再通過(guò)具體實(shí)例說(shuō)明重力勢(shì)能的正負(fù) 重力勢(shì)能的相對(duì)性 重力做功與路徑無(wú)關(guān)等 科學(xué)態(tài)度與責(zé)任1 通過(guò)重力勢(shì)能的學(xué)習(xí) 體會(huì)物理規(guī)律與生活的聯(lián)系 2 滲透相對(duì)性的思想 教學(xué)重難點(diǎn) 教學(xué)重點(diǎn)1 勢(shì)能的概念 2 重力做功與重力勢(shì)能改變的關(guān)系 教學(xué)難點(diǎn)勢(shì)能相對(duì)性的理解 感悟解題規(guī)律 探尋基本知識(shí) 測(cè)評(píng)學(xué)習(xí)效果 探尋基本知識(shí) 樹(shù)立物理觀念 知識(shí)點(diǎn)一 重力勢(shì)能 情境導(dǎo)學(xué) 如圖所示 高大的椰子樹(shù)上的椰子質(zhì)量為m 離地面高度為h 1 選擇地面為參考平面 椰子的重力勢(shì)能是多少 2 同一物體在同一位置重力勢(shì)能的大小數(shù)值相同嗎 答案 1 ep mgh 2 不一定 重力勢(shì)能與零勢(shì)能面選取有關(guān) 知識(shí)梳理 1 定義 物體處于一定的而具有的能 2 大小及標(biāo)矢性 重力勢(shì)能的大小與物體的和所處的有關(guān) 其大小為ep 單位是焦耳 符號(hào)為j 重力勢(shì)能是量 只有大小 沒(méi)有方向 3 參考平面 把高度規(guī)定為零的水平面 則物體在該面上的重力勢(shì)能為零 參考平面的選取是的 通常情況下選取水平地面為參考平面 思考判斷 1 物體的質(zhì)量越大 重力勢(shì)能一定越大 2 物體越高 重力勢(shì)能一定越大 3 處在參考平面上的物體重力勢(shì)能均為零 高度 質(zhì)量 高度 mgh 標(biāo) 任意 知識(shí)點(diǎn)二 重力做功與重力勢(shì)能的改變 情境導(dǎo)學(xué) 如圖所示 某滑雪愛(ài)好者由高處沿雪坡勻速疾馳而下 試問(wèn) 1 下滑過(guò)程中 重力做什么功 重力勢(shì)能怎么變化 2 滑雪愛(ài)好者從高處a點(diǎn)出發(fā) 沿不同的路徑到達(dá)坡底同一點(diǎn)b 此過(guò)程重力做功相等嗎 重力做功有什么特點(diǎn) 答案 1 重力做正功 重力勢(shì)能減少 2 相等 重力做功與路徑無(wú)關(guān) 只取決于初末位置的高度差 知識(shí)梳理 1 兩者關(guān)系 物體重力勢(shì)能的變化只由決定 與是否存在其他力的作用及有沒(méi)有其他力做功均無(wú)關(guān) 物體從高處下落時(shí) 重力做正功 重力勢(shì)能 物體升高時(shí)重力做負(fù)功 重力勢(shì)能 2 關(guān)系式 wg ep 思考判斷 1 重力做5j的正功 重力勢(shì)能增加了5j 2 跳傘運(yùn)動(dòng)員從某一高度跳下 有風(fēng)和無(wú)風(fēng)時(shí) 由于運(yùn)動(dòng)路徑不同 重力做功不同 3 選不同的零勢(shì)能點(diǎn) 同一物體的重力勢(shì)能不同 重力勢(shì)能改變量相同 重力所做的功 減小 增大 ep1 ep2 知識(shí)點(diǎn)三 彈性勢(shì)能的改變 情境導(dǎo)學(xué) 三張圖中的物體有什么共同點(diǎn) 答案 弓 金屬圈 彈性桿在發(fā)生形變時(shí) 都會(huì)伴隨著彈性勢(shì)能的產(chǎn)生 在適當(dāng)?shù)臈l件下通過(guò)彈力做功將彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能 知識(shí)梳理 1 定義 物體因?yàn)榘l(fā)生而具有的能 2 彈性勢(shì)能的改變 物體彈性勢(shì)能的改變總是與彈力做功相對(duì)應(yīng) 即彈力對(duì)外做了多少功 彈性勢(shì)能就多少 反之 克服彈力做了多少功 彈性勢(shì)能就多少 3 勢(shì)能 由物體間的決定的能 彈性形變 減小 增大 相對(duì)位置 要點(diǎn)一 感悟解題規(guī)律 培養(yǎng)科學(xué)思維 重力勢(shì)能的理解 1 重力勢(shì)能的正負(fù)重力勢(shì)能是標(biāo)量 其數(shù)值可正可負(fù)可為零 表示的是相對(duì)大小 如圖所示 物體在a b c三點(diǎn)重力勢(shì)能的正負(fù)如表所示 2 重力勢(shì)能的三個(gè)性質(zhì) 1 相對(duì)性由于重力勢(shì)能表達(dá)式為ep mgh 高度h的相對(duì)性決定了重力勢(shì)能具有相對(duì)性 對(duì)于同一物體 選取不同的水平面作為零勢(shì)能面 其重力勢(shì)能具有不同的數(shù)值 即重力勢(shì)能的大小與零勢(shì)能面的選取有關(guān) 2 變化的絕對(duì)性物體在兩個(gè)高度不同的位置時(shí) 由于高度差一定 重力勢(shì)能之差也是一定的 即物體的重力勢(shì)能的變化與參考平面的選取無(wú)關(guān) 3 系統(tǒng)性重力是地球?qū)ξ矬w吸引而產(chǎn)生的 如果沒(méi)有地球?qū)ξ矬w的吸引 就不會(huì)有重力 也不存在重力勢(shì)能 所以重力勢(shì)能是這個(gè)系統(tǒng)共同具有的 平時(shí)所說(shuō)的 物體 的重力勢(shì)能只是一種簡(jiǎn)化的說(shuō)法 典例1 如圖所示 桌面距地面0 8m 一物體質(zhì)量為2kg 靜止在距桌面0 4m處 1 以地面為參考平面 計(jì)算物體具有的勢(shì)能 并計(jì)算物體由靜止下落到桌面的過(guò)程中 重力勢(shì)能減少了多少 思路探究 1 兩種情況下 重力勢(shì)能的零勢(shì)能參考平面相同嗎 答案 不相同 選不同的參考平面 同一物體在同一位置的重力勢(shì)能不同 解析 1 以地面為參考平面 物體的高度h1 1 2m 因而物體的重力勢(shì)能為ep1 mgh1 2 9 8 1 2j 23 52j 物體落至桌面時(shí)重力勢(shì)能為ep2 mgh2 2 9 8 0 8j 15 68j 物體重力勢(shì)能的減少量ep1 ep2 7 84j 答案 1 23 52j7 84j 思路探究 2 如何計(jì)算重力勢(shì)能的變化和重力勢(shì)能的減少 答案 重力勢(shì)能的變化應(yīng)為末位置與始位置的重力勢(shì)能之差 即 ep ep2 ep1 重力勢(shì)能的減少應(yīng)為初位置與末位置的重力勢(shì)能之差 為ep1 ep2 解析 2 同理ep1 7 84j ep2 0 故物體落至桌面時(shí) 重力勢(shì)能的減少量為7 84j 答案 2 7 84j7 84j 2 以桌面為參考平面 計(jì)算物體具有的勢(shì)能 并計(jì)算物體由靜止下落到桌面的過(guò)程中 重力勢(shì)能減少了多少 理解重力勢(shì)能應(yīng)注意的問(wèn)題 1 重力勢(shì)能的計(jì)算公式ep mgh中 h表示物體距參考平面的高度 因此求物體的重力勢(shì)能時(shí) 一定要找準(zhǔn)物體的重心到參考平面的高度 同一物體的重力勢(shì)能的大小與參考平面的選取有關(guān) 具有相對(duì)性 2 重力勢(shì)能的變化與重力做功有關(guān) 與參考平面的選取無(wú)關(guān) 規(guī)律方法 教師備用 例1 1 如圖所示 桌面高為h 質(zhì)量為m的小球從離桌面高h(yuǎn)處自由落下 不計(jì)空氣阻力 假設(shè)桌面處的重力勢(shì)能為0 則小球落到地面前瞬間的重力勢(shì)能為 a mghb mghc mg h h d mgh 解析 據(jù)題意知 已選定桌面為參考平面 則小球在最高點(diǎn)時(shí)的高度為h 小球在桌面的高度為零 小球在地面時(shí)的高度為 h 所以小球落到地面時(shí) 它的重力勢(shì)能為ep mgh 故d正確 d 針對(duì)訓(xùn)練1 1 一實(shí)心的正方體鐵塊甲與一實(shí)心的正方體木塊乙質(zhì)量相等 將它們放在水平地面上 如圖所示 下列結(jié)論正確的是 a 鐵塊的重力勢(shì)能大于木塊的重力勢(shì)能b 鐵塊的重力勢(shì)能等于木塊的重力勢(shì)能c 鐵塊的重力勢(shì)能小于木塊的重力勢(shì)能d 上述三種情況都有可能 解析 質(zhì)量相等時(shí) 木塊密度小 體積大 重心高 所以木塊的重力勢(shì)能大于鐵塊的重力勢(shì)能 故選項(xiàng)c正確 c 要點(diǎn)二 重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系 1 重力做功 1 特點(diǎn) 重力對(duì)物體所做的功只與物體的初末位置有關(guān) 與物體的運(yùn)動(dòng)路徑無(wú)關(guān) 與物體是否受其他力無(wú)關(guān) 與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān) 2 公式 w mg h1 h2 h1 h2 表示高度差 2 重力做功與重力勢(shì)能的比較 3 重力做功與重力勢(shì)能的變化 1 物體重力勢(shì)能的變化只由重力所做的功決定 2 關(guān)系式為wg ep1 ep2 ep 即重力做的功等于重力勢(shì)能的減少 典例2 起重機(jī)以的加速度將質(zhì)量為m的物體勻減速地沿豎直方向提升高度h 則起重機(jī)鋼索的拉力對(duì)物體做的功為多少 物體克服重力做功為多少 物體的重力勢(shì)能變化了多少 思路探究 1 除重力以外還有其他力做功嗎 答案 有 若只有重力作用 則加速度是g 2 其他力做功影響重力做功嗎 答案 不影響 重力做功與物體的重力和初 末位置的高度差有關(guān) 答案 mghmgh增加了mgh 規(guī)律方法重力勢(shì)能變化的兩種求解方法 1 應(yīng)用重力勢(shì)能變化公式 ep ep2 ep1來(lái)求 具體方法是首先選取零勢(shì)能參考平面 然后應(yīng)用ep mgh求出物體在初 末位置的重力勢(shì)能 再代入公式 ep ep2 ep1求出重力勢(shì)能變化量 2 應(yīng)用重力勢(shì)能變化與重力做功的關(guān)系來(lái)求 先根據(jù)條件確定初 末位置的高度差 h 代入wg mg h求出重力做的功 再利用關(guān)系式wg ep確定出重力勢(shì)能的變化量 教師備用 例2 1 在離地80m處無(wú)初速釋放一小球 小球質(zhì)量為m 200g 不計(jì)空氣阻力 g取10m s2 取最高點(diǎn)所在水平面為零勢(shì)能參考平面 求 1 在第2s末小球的重力勢(shì)能 答案 1 40j 答案 2 90j減少了90j 2 3s內(nèi)重力所做的功及重力勢(shì)能的變化 針對(duì)訓(xùn)練2 1 質(zhì)量為m的小球從離桌面h高處由靜止下落 桌面離地面高度為h 如圖所示 若以桌面為參考平面 那么小球落地時(shí)的重力勢(shì)能及整個(gè)下落過(guò)程中重力勢(shì)能的變化分別是 a mgh 減少mg h h b mgh 增加mg h h c mgh 增加mg h h d mgh 減少mg h h 解析 小球落地時(shí)在參考平面以下 此時(shí)小球的重力勢(shì)能為 mgh 小球在全過(guò)程中重力做正功 重力勢(shì)能減少 ep mg h h 因此應(yīng)選d d 要點(diǎn)三 彈性勢(shì)能與彈性勢(shì)能的改變 1 彈性勢(shì)能的產(chǎn)生原因 1 物體發(fā)生了彈性形變 2 各部分間的彈力作用 2 彈簧彈性勢(shì)能的影響因素 1 彈簧的形變量l 2 彈簧的勁度系數(shù)k 3 系統(tǒng)性 彈性勢(shì)能是發(fā)生彈性形變的物體上所有質(zhì)點(diǎn)因相對(duì)位置改變而具有的能量 因此彈性勢(shì)能具有系統(tǒng)性 4 相對(duì)性 彈性勢(shì)能的大小與選定的零勢(shì)能位置有關(guān) 對(duì)于彈簧 一般規(guī)定彈簧處于原長(zhǎng)時(shí)的勢(shì)能為零勢(shì)能 典例3 多選 如圖所示 一個(gè)物體以速度v0沖向與豎直墻壁相連的輕質(zhì)彈簧 墻壁和物體間的彈簧被物體壓縮 在此過(guò)程中以下說(shuō)法正確的是 a 物體對(duì)彈簧做的功與彈簧的壓縮量成正比b 物體向墻壁運(yùn)動(dòng)發(fā)生相同的位移 彈力做的功不相等c 彈簧的彈力做正功 彈性勢(shì)能減小d 彈簧的彈力做負(fù)功 彈性勢(shì)能增加 思路探究 1 物體在壓縮的過(guò)程中 所受彈簧的彈力的表達(dá)式怎樣 彈力怎樣變化 答案 彈簧的彈力滿足胡克定律f kx 由于彈簧的形變量越來(lái)越大 則彈力越來(lái)越大 2 彈力對(duì)物體做正功還是負(fù)功 彈性勢(shì)能增加還是減小 答案 彈力對(duì)物體做負(fù)功 彈性勢(shì)能增加 bd 解析 本題考查了彈力做功與勢(shì)能的變化關(guān)系 由功的計(jì)算公式w flcos 知 恒力做功時(shí) 做功的多少與物體的位移成正比 而彈簧對(duì)物體的彈力是一個(gè)變力f kx 所以選項(xiàng)a錯(cuò)誤 彈簧開(kāi)始被壓縮時(shí)彈力小 物體移動(dòng)一定距離時(shí)彈力做的功也少 彈簧的壓縮量變大時(shí) 物體移動(dòng)相同的距離做的功多 故選項(xiàng)b正確 物體壓縮彈簧的過(guò)程中 彈簧的彈力與彈力作用點(diǎn)的位移方向相反 所以彈力做負(fù)功 彈簧的壓縮量增大 彈性勢(shì)能增大 故選項(xiàng)c錯(cuò)誤 d正確 規(guī)律方法決定彈性勢(shì)能變化的因素 對(duì)于同一個(gè)彈簧伸長(zhǎng)和壓縮相同的長(zhǎng)度時(shí)彈性勢(shì)能是一樣的 所以彈性勢(shì)能和彈簧的形變量之間不是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系 而是某個(gè)彈性勢(shì)能可能對(duì)應(yīng)著伸長(zhǎng)和壓縮兩個(gè)不同的狀態(tài) 針對(duì)訓(xùn)練3 1 2016 全國(guó) 卷 22 某物理小組對(duì)輕彈簧的彈性勢(shì)能進(jìn)行探究 實(shí)驗(yàn)裝置如圖 甲 所示 輕彈簧放置在光滑水平桌面上 彈簧左端固定 右端與一物塊接觸而不連接 紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器并與物塊連接 向左推物塊使彈簧壓縮一段距離 由靜止釋放物塊 通過(guò)測(cè)量和計(jì)算 可求得彈簧被壓縮后的彈性勢(shì)能 1 實(shí)驗(yàn)中涉及下列操作步驟 把紙帶向左拉直 松手釋放物塊 接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源 向左推物塊使彈簧壓縮 并測(cè)量彈簧壓縮量上述步驟正確的操作順序是 填入代表步驟的序號(hào) 解析 1 啟動(dòng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器前 應(yīng)把紙帶拉直以減小因紙帶受到摩擦力而產(chǎn)生的誤差 實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源 再釋放物塊 故正確的操作順序是 答案 1 2 圖 乙 中m和l紙帶是分別把彈簧壓縮到不同位置后所得到的實(shí)際打點(diǎn)結(jié)果 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電的頻率為50hz 由m紙帶所給的數(shù)據(jù) 可求出在該紙帶對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中物塊脫離彈簧時(shí)的速度為m s 比較兩紙帶可知 填 m 或 l 紙帶對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中彈簧被壓縮后的彈性勢(shì)能大 答案 2 1 29m 測(cè)評(píng)學(xué)習(xí)效果 演練當(dāng)堂技法 1 多選 關(guān)于重力勢(shì)能與重力做功 下列說(shuō)法中正確的是 a 物體克服重力所做的功等于重力勢(shì)能的增加量b 在同一高度 將物體以初速度v0向不同方向拋出 從拋出到落地的過(guò)程中 重力所做的功相等 物體所減少的重力勢(shì)能也一定相等c 重力勢(shì)能等于零的物體 不可能對(duì)別的物體做功d 用手托住一個(gè)物體勻速上舉時(shí) 手的支持力做的功等于克服重力所做的功 也等于物體重力勢(shì)能的增加量 解析 重力勢(shì)能具有相對(duì)性 重力對(duì)物體所做的功等于物體重力勢(shì)能的變化量 即wg ep 故選項(xiàng)a b正確 重力勢(shì)能等于零 只能說(shuō)明物體在參考平面上 不影響其對(duì)別的物體做功 故選項(xiàng)c錯(cuò)誤 物體勻速上升 手的支持力大小等于物體的重力 兩者移動(dòng)的距離也相同 所以手的支持力做的功等于克服重力做的功 又wg ep 故手的支持力做的功也等于物體重力勢(shì)能的增加量 故選項(xiàng)d正確 abd 2 自然現(xiàn)象中蘊(yùn)藏著許多物理知識(shí) 如圖所示為一個(gè)盛水袋 某人從側(cè)面緩慢推袋壁使它變形 則水的重力勢(shì)能 a 增大b 變小c 不變d 不能確定 解析 從側(cè)面緩慢推袋壁使它變形時(shí) 水位上升 水的重心上升 則水的重力勢(shì)能增大 故選項(xiàng)a正確 a 3 多選 關(guān)于彈性勢(shì)能 下列說(shuō)法中正確的是 a 任何發(fā)生彈性形變的物體 都具有彈性勢(shì)能b 任何具有彈性勢(shì)能的物體 一定發(fā)生了彈性形變c 物體只要發(fā)生形變 就一定具有彈性勢(shì)能d 彈簧的彈性勢(shì)能與彈簧被拉伸或壓縮的長(zhǎng)度有關(guān) abd 解析 任何發(fā)生彈性形變的物體都具有彈性勢(shì)能 因此具有彈性勢(shì)能的物體一定發(fā)生了彈性形變 而彈性勢(shì)能的改變只與彈力做功有關(guān) 故選項(xiàng)a b正確 物體發(fā)生了形變 若是非彈性形變 無(wú)彈力作用 則物體就不具有彈性勢(shì)能 故選項(xiàng)c錯(cuò)