滬科必修勢能的變化與機(jī)械功張PPT課件

1、20132013年的俄羅斯隕石事件震驚全球，圖中是年的俄羅斯隕石事件震驚全球，圖中是20132013年年2 2月月1515日在俄羅斯車?yán)镅刨e斯克拍攝的隕石在空中日在俄羅斯車?yán)镅刨e斯克拍攝的隕石在空中留下的軌跡。當(dāng)日，隕石突襲車?yán)镅刨e斯克州，導(dǎo)留下的軌跡。當(dāng)日，隕石突襲車?yán)镅刨e斯克州，導(dǎo)致約致約12001200人受傷，近人受傷，近30003000座建筑物受損。為何一顆座建筑物受損。為何一顆隕石有這么大的威力呢？隕石有這么大的威力呢？第1頁/共30頁1.1.知道什么是重力勢能。知道什么是重力勢能。2 2. .掌握重力做功和重力勢能的關(guān)系。掌握重力做功和重力勢能的關(guān)系。( (重點重點) )3.3.探

2、究重力做功的特點，并會通過重力做功討探究重力做功的特點，并會通過重力做功討論重力勢能的變化。論重力勢能的變化。第2頁/共30頁 物體由于被舉高而具有的能量叫做物體由于被舉高而具有的能量叫做重力勢能。重力勢能。同學(xué)們見過打樁機(jī)工作的情景嗎？在建筑工地上，同學(xué)們見過打樁機(jī)工作的情景嗎？在建筑工地上，一臺臺打樁機(jī)巍然聳立，重錘在絞車鋼絲繩的帶動一臺臺打樁機(jī)巍然聳立，重錘在絞車鋼絲繩的帶動下上升到一定高度后自由落下，把一根根樁打入地下上升到一定高度后自由落下，把一根根樁打入地下。下。讓我們來觀看一段打樁的視頻，同時思考幾個問題。讓我們來觀看一段打樁的視頻，同時思考幾個問題。第3頁/共30頁重錘下落過程

3、中，重力對重錘做什么功？重錘下落過程中，重力對重錘做什么功？重力做功有什么特點呢？重力做功有什么特點呢？重力做功和重力勢能的變化有什么關(guān)系？重力做功和重力勢能的變化有什么關(guān)系？第4頁/共30頁一一. .研究重力做功跟重力勢能變化的關(guān)系研究重力做功跟重力勢能變化的關(guān)系1.1.重力勢能的大小重力勢能的大小如圖是打樁機(jī)工作的示如圖是打樁機(jī)工作的示意圖，打樁機(jī)重錘的質(zhì)意圖，打樁機(jī)重錘的質(zhì)量為量為m m，重錘所受到的，重錘所受到的重力為重力為G=mgG=mg。重錘從離。重錘從離地面高地面高h(yuǎn) h1 1處，自由下落處，自由下落至離地高為至離地高為h h2 2處（鐵樁處（鐵樁的頂端）。的頂端）。1h2h第5

4、頁/共30頁重錘的位移重錘的位移12h= h -h重力做的功重力做的功12()W =G h= mg h -h12Wmghmgh式中的式中的mghmgh跟物體的質(zhì)量和離地面的高度有關(guān)，用跟物體的質(zhì)量和離地面的高度有關(guān)，用E Ep p表示。表示。第6頁/共30頁(1)(1)表達(dá)式：表達(dá)式：E EP P=mgh=mgh(2)(2)文字表述：文字表述：物體的重力勢能等于它所受重力和物體的重力勢能等于它所受重力和它的高度的乘積。它的高度的乘積。(3)(3)單位：單位：焦（耳），符號是焦（耳），符號是J J。第7頁/共30頁2.2.重力做功跟重力勢能的變化重力做功跟重力勢能的變化12Wmghmgh當(dāng)重錘從

5、高處當(dāng)重錘從高處h h1 1下落到低處下落到低處h h2 2的過程中，重力做的過程中，重力做正功，重錘的重力勢能減少。正功，重錘的重力勢能減少。反之，當(dāng)重錘從低處反之，當(dāng)重錘從低處h h2 2上升到高處上升到高處h h1 1的過程中，的過程中，重力做負(fù)功，重錘的重力勢能增加。重力做負(fù)功，重錘的重力勢能增加。p1p2p WEEE重力做的功等于重力勢能的變化量的負(fù)值。重力做的功等于重力勢能的變化量的負(fù)值。第8頁/共30頁第9頁/共30頁案例分析：案例分析：案例案例 一臺打樁機(jī)重錘的質(zhì)量是一臺打樁機(jī)重錘的質(zhì)量是250kg250kg，重錘在打，重錘在打樁機(jī)頂端時，離地面的高度是樁機(jī)頂端時，離地面的高度

6、是20m20m。（1 1）當(dāng)重錘被鋼絲繩拉著從地面勻速上升到打樁）當(dāng)重錘被鋼絲繩拉著從地面勻速上升到打樁機(jī)頂端時，重力對重錘做了多少功？重錘的重力機(jī)頂端時，重力對重錘做了多少功？重錘的重力勢能變化了多少？勢能變化了多少？（2 2）當(dāng)鋼絲繩松弛，重錘從打樁機(jī)頂端自由落到）當(dāng)鋼絲繩松弛，重錘從打樁機(jī)頂端自由落到地面時，重力做了多少功？重錘的重力勢能變化地面時，重力做了多少功？重錘的重力勢能變化了多少？了多少？第10頁/共30頁解析：解析：（1 1）重力做功重力做功4Wmgh250 10 20J5 10 J 4pEW5 10 J （2 2）重力做功）重力做功4Wmgh250 10 20J5 10 J

7、 4pEW5 10 J 功是能量變化的量度，可以通過重力做功來功是能量變化的量度，可以通過重力做功來確定重力勢能的變化。確定重力勢能的變化。第11頁/共30頁二二. .重力做功跟路徑無關(guān)重力做功跟路徑無關(guān)重力做功跟物體經(jīng)過的路徑有沒有關(guān)系呢？重力做功跟物體經(jīng)過的路徑有沒有關(guān)系呢？看課本圖看課本圖4-34-3，思考：兩個質(zhì)量相同的同學(xué)，登上高，思考：兩個質(zhì)量相同的同學(xué)，登上高為為h h的階梯，走樓梯和爬豎梯重力做功是否相同呢？的階梯，走樓梯和爬豎梯重力做功是否相同呢？如果不是走階梯而是沿斜面上升如果不是走階梯而是沿斜面上升h h，做功是否有變，做功是否有變化？化？重力做功和運(yùn)動的路徑有關(guān)系嗎？重

8、力做功和運(yùn)動的路徑有關(guān)系嗎？第12頁/共30頁解析：解析：爬樓梯可以簡化為以下模型爬樓梯可以簡化為以下模型1h2hhmghhhmgmghmghW)(2121重力對爬樓梯的人做功重力對爬樓梯的人做功mghW重力對爬豎梯的人做功重力對爬豎梯的人做功重力對兩個學(xué)生所做的功相同。重力對兩個學(xué)生所做的功相同。第13頁/共30頁如圖，沿斜面上升時設(shè)斜面與水平方向的夾角如圖，沿斜面上升時設(shè)斜面與水平方向的夾角為為 ，斜面長為，斜面長為L L，重力對物體做功，重力對物體做功如果運(yùn)動路徑為任意曲線，結(jié)果還一樣嗎？如何如果運(yùn)動路徑為任意曲線，結(jié)果還一樣嗎？如何驗證呢？驗證呢？一樣的，可以用微分的思想把曲線分割成若

9、干小段，一樣的，可以用微分的思想把曲線分割成若干小段，則每一小段可看作一斜面，繼而求出做功的大小。則每一小段可看作一斜面，繼而求出做功的大小。oW = mgLcos(90 +)= -mgLsin= -mgh第14頁/共30頁結(jié)論：結(jié)論：重力做功與運(yùn)動的路徑無關(guān)，取決于物體的質(zhì)重力做功與運(yùn)動的路徑無關(guān)，取決于物體的質(zhì)量和初末位置的高度差。量和初末位置的高度差。重力勢能的大小與參考平面的選擇有關(guān)，重力勢能的大小與參考平面的選擇有關(guān)，h h為物為物體到參考平面的高度差。重力做功與參考平面的體到參考平面的高度差。重力做功與參考平面的選取無關(guān)，與高度差有關(guān)。選取無關(guān)，與高度差有關(guān)。第15頁/共30頁ab

10、cm50m100m150案例分析：案例分析：如圖是地圖上某小山包的等如圖是地圖上某小山包的等高線圖，高線圖，a a、b b、c c為山包上的為山包上的三個點在地圖上的位置。三個點在地圖上的位置。（1 1）若選擇海平面為重力勢能參考平面，質(zhì)量為）若選擇海平面為重力勢能參考平面，質(zhì)量為55 kg55 kg的學(xué)生在的學(xué)生在a a、b b、c c位置時的重力勢能是多大？位置時的重力勢能是多大？他從他從a a位置上升到位置上升到c c位置，重力做了多少功？位置，重力做了多少功？第16頁/共30頁解析：解析：等高線就是物體與海平面的高度差，所以等高線就是物體與海平面的高度差，所以455 1050 2.75

11、 10paaE= mgh455 10 100 5.5 10pbbE= mgh455 10 150 8.25 10pccE= mgh4442.75 10 8.25 10 5.5 10 pppacW = -E = E- E重力做功重力做功JJJJJJJJJ第17頁/共30頁（2 2）若選擇）若選擇100m100m的等高線所在平面為重力勢能參的等高線所在平面為重力勢能參考平面，質(zhì)量為考平面，質(zhì)量為55kg55kg的學(xué)生在的學(xué)生在a a、b b、c c位置時的重位置時的重力勢能是多大？從力勢能是多大？從a a位置上升到位置上升到c c位置，重力做了多位置，重力做了多少功？少功？第18頁/共30頁455

12、 10( 50)J2.75 10 J paabE= mgh0bbEmghp455 1050J2.75 10 JpccbE= mghppapc444WEEE2.75 10 J2.75 10 J5.5 10 J 重力做功重力做功解析：解析：a a到參考平面的高度差到參考平面的高度差h habab=50m-100m=-50m=50m-100m=-50mc c到參考平面的高度差到參考平面的高度差h hcbcb=150m-100m=50m=150m-100m=50m第19頁/共30頁三三. .引力勢能和彈性勢能引力勢能和彈性勢能一切受到吸引力或排斥力作用的物體都具有勢一切受到吸引力或排斥力作用的物體都具

13、有勢能，例如電場中的電荷有勢能，組成物質(zhì)的分子能，例如電場中的電荷有勢能，組成物質(zhì)的分子之間也有勢能。之間也有勢能。被壓縮或拉伸的彈簧能夠?qū)ν庾龉?，說明它也具被壓縮或拉伸的彈簧能夠?qū)ν庾龉?，說明它也具有勢能。像這種由于發(fā)生彈性形變時具有的勢能叫有勢能。像這種由于發(fā)生彈性形變時具有的勢能叫做彈性勢能。做彈性勢能。設(shè)彈簧的勁度系數(shù)為設(shè)彈簧的勁度系數(shù)為k k，彈簧的伸長量或壓縮量為，彈簧的伸長量或壓縮量為x x，則彈簧的彈性勢能，則彈簧的彈性勢能212Ekxp。第20頁/共30頁1.1.重力勢能：重力勢能：E EP P=mgh=mgh與參考面的選取有關(guān)。選擇不同的參考面，結(jié)果不與參考面的選取有關(guān)。選

14、擇不同的參考面，結(jié)果不同。同。2.2.重力做功：重力做功：W=mgW=mgh h與路徑無關(guān)，與其他外力做功無關(guān)，取決于質(zhì)量與路徑無關(guān)，與其他外力做功無關(guān)，取決于質(zhì)量和初末位置的高度差。和初末位置的高度差。第21頁/共30頁3.3.重力勢能和重力做功的關(guān)系重力勢能和重力做功的關(guān)系W=-W=-E Ep p重力做正功，重力勢能減少。重力做正功，重力勢能減少。重力做負(fù)功，重力勢能增加。重力做負(fù)功，重力勢能增加。第22頁/共30頁1 1下面有關(guān)重力勢能的說法正確的是下面有關(guān)重力勢能的說法正確的是( () )A A舉得越高的物體，具有的重力勢能就越大舉得越高的物體，具有的重力勢能就越大B B質(zhì)量越大的物體

15、，具有的重力勢能就越大質(zhì)量越大的物體，具有的重力勢能就越大C C物體的重力勢能可能小于零物體的重力勢能可能小于零D D物體的重力勢能不可能為零物體的重力勢能不可能為零C C第23頁/共30頁2.2.物體在運(yùn)動過程中，克服重力做功物體在運(yùn)動過程中，克服重力做功5050J J，則（則（ ）A.A.重力做功為重力做功為5050J JB.B.物體的重力勢能一定增加了物體的重力勢能一定增加了5050J JC.C.物體的重力勢能為物體的重力勢能為5050J JD.D.重力做了重力做了5050J J的負(fù)功的負(fù)功解析：解析：克服重力做功克服重力做功50J50J即重力做了即重力做了50J50J負(fù)功，而重負(fù)功，而

16、重力勢能的變化量等于重力做功的負(fù)值，所以重力勢力勢能的變化量等于重力做功的負(fù)值，所以重力勢能增加了能增加了50J50J。BDBD第24頁/共30頁3.3.沿高度相同，坡度不同，粗糙程度也不同的斜面沿高度相同，坡度不同，粗糙程度也不同的斜面向上拉同一個物體到頂端，在下列說法中正確的是向上拉同一個物體到頂端，在下列說法中正確的是 （ ）A.A.沿坡度小，長度大的斜面上升克服重力做的功多沿坡度小，長度大的斜面上升克服重力做的功多B.B.沿坡度大，粗糙程度大的斜面上升克服重力做的沿坡度大，粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功多功多C.C.沿長度大，粗糙程度大的斜面上升克服重力做的沿長度大，粗糙程度大的斜

17、面上升克服重力做的功多功多D.D.以上幾種情況下克服重力所做的功一樣多以上幾種情況下克服重力所做的功一樣多解析：解析：重力做功和路徑無關(guān)，與其他外力無關(guān)。重力做功和路徑無關(guān)，與其他外力無關(guān)。D D第25頁/共30頁4.4.桌子到地面的高度為桌子到地面的高度為0.8m0.8m，在桌面上方高，在桌面上方高0.2m0.2m處有一質(zhì)量為處有一質(zhì)量為1kg1kg的小球，則該球的重力勢的小球，則該球的重力勢能為（能為（ ）A.8J B.10J A.8J B.10J C.2J D.C.2J D.不能確定不能確定解析：解析：重力勢能具有相對性，與參考平面的選重力勢能具有相對性，與參考平面的選擇有關(guān)，題目沒有明

18、確參考平面，所以不能確擇有關(guān)，題目沒有明確參考平面，所以不能確定重力勢能的大小。定重力勢能的大小。D D第26頁/共30頁5.5.（20122012上海高考）質(zhì)量相等的均質(zhì)柔軟細(xì)繩上海高考）質(zhì)量相等的均質(zhì)柔軟細(xì)繩A A、B B平放于水平地面，繩平放于水平地面，繩A A較長。分別捏住兩繩中點較長。分別捏住兩繩中點緩慢提起，直至全部離開地面，兩繩中點被提升緩慢提起，直至全部離開地面，兩繩中點被提升的高度分別為的高度分別為h hA A、h hB B，上述過程中克服重力做功分，上述過程中克服重力做功分別為別為W WA A、W WB B。若。若 （ ） A.hA.hA A=h=hB B，則一定有，則一定有W WA AW WB B B.hB.hA AhhB B，則可能有，則可能有W WA AWWB BC.hC.hA AhhBhB，則一定有，則一定有W WA AWWB B第27頁/共30頁【解析】選【解析】選B B?？朔亓ψ龅墓Φ扔谥亓菽艿脑觥？朔亓ψ龅墓Φ扔谥亓菽艿脑黾恿浚瑑衫K都離開地面時，若加量，兩繩都離開地面時，若h hA A=h=hB B或或h hA AhhB B，則繩，則繩