新教材2023高中物理第八章機(jī)械能守恒定律8.2重力勢(shì)能課件新人教版必修第二冊(cè)

第八章機(jī)械能守恒定律學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過(guò)研究物體沿不同路徑下落重力做功的特點(diǎn),知道重力做功和路徑無(wú)關(guān).通過(guò)定量研究重力做功與能量變化的關(guān)系,得到重力勢(shì)能的表達(dá)式.理解重力勢(shì)能公式的含義,體會(huì)物理量的引入方法.2.通過(guò)實(shí)例分析,選取不同的參考平面,同一物體在同一位置重力勢(shì)能不同,了解重力勢(shì)能的相對(duì)性.掌握重力勢(shì)能變化的絕對(duì)性,掌握重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系,培養(yǎng)應(yīng)用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力.3.結(jié)合日常生活中的實(shí)例,理解發(fā)生彈性形變的物體具有彈性勢(shì)能.了解彈性勢(shì)能的大小由哪些因素決定.會(huì)分析彈性勢(shì)能跟其他形式能量的轉(zhuǎn)化,培養(yǎng)知識(shí)遷移能力.2

重力勢(shì)能知識(shí)點(diǎn)一重力做的功1.如圖所示,小球從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)有以下三種情況.甲:WG=mgΔh=

.乙:WG'=mglcosθ=mgΔh=

.mgh1-mgh2mgh1-mgh2丙:把整個(gè)路徑AB分成許多很短的間隔AA1,A1A2,…,每一小段都可以近似地看作一段傾斜的

,設(shè)每段小斜線的高度差分別為Δh1,Δh2,…,物體通過(guò)整個(gè)路徑時(shí)重力做的功WG″=mgΔh1+mgΔh2+…=mg×(Δh1+Δh2+…)=mgΔh=

.2.重力做功的特點(diǎn).(1)只跟物體的

和

的位置有關(guān),而跟物體運(yùn)動(dòng)的

無(wú)關(guān).(2)物體下降時(shí)重力做

,物體被舉高時(shí)重力做

.3.重力做功的表達(dá)式:WG=

,其中h1、h2分別表示物體起點(diǎn)和終點(diǎn)的高度.直線mgh1-mgh2起點(diǎn)終點(diǎn)路徑正功負(fù)功mgh1-mgh2知識(shí)點(diǎn)二重力勢(shì)能1.重力勢(shì)能與物體相對(duì)地球的位置(或高度)有關(guān).重力勢(shì)能的表達(dá)式為

,其單位是

,與功的單位相同.2.重力勢(shì)能是

與

組成的“系統(tǒng)”所共有的.重力勢(shì)能是

.3.重力做功與重力勢(shì)能的關(guān)系.(1)關(guān)系:WG=

=-ΔEp,即重力所做的功等于物體重力勢(shì)能變化量的負(fù)值.Ep=mgh焦耳地球物體標(biāo)量Ep1-Ep2(2)分析:當(dāng)物體從高處運(yùn)動(dòng)到低處時(shí),重力做

,重力勢(shì)能

,即WG>0,Ep1>Ep2,重力勢(shì)能的減少量等于重力做的功;當(dāng)物體由低處運(yùn)動(dòng)到高處時(shí),重力做

,重力勢(shì)能

,即WG<0,Ep1<Ep2,重力做負(fù)功,也叫作物體克服重力做功,重力勢(shì)能的增加量等于物體克服重力所做的功.正功減少負(fù)功增加知識(shí)點(diǎn)三重力勢(shì)能的相對(duì)性1.物體的重力勢(shì)能總是相對(duì)于某一水平面來(lái)說(shuō)的,這個(gè)水平面叫作

.在這個(gè)水平面上,物體的重力勢(shì)能取為

.選擇哪個(gè)水平面為參考平面,可視研究問(wèn)題的方便而定.通常選擇

為參考平面.參考平面0地面2.如圖所示,分別選取地面、桌面、A所在的水平面為參考平面,試判斷物體在A、B、C三點(diǎn)的重力勢(shì)能是正值、負(fù)值還是0,完成表格.參考平面EpAEpBEpC地面

桌面A所在的水平面正值正值正值000負(fù)值負(fù)值負(fù)值知識(shí)點(diǎn)四

彈性勢(shì)能1.如圖所示,射箭運(yùn)動(dòng)員將弓拉開可以把箭射出,這說(shuō)明什么?答案:拉開的弓能將箭射出說(shuō)明弓發(fā)生彈性形變具有能量.2.彈性勢(shì)能:發(fā)生

的物體的各部分之間,由于有

的相互作用,也具有勢(shì)能,這種勢(shì)能叫作彈性勢(shì)能.彈性形變彈力3.如圖所示,用彈簧制作一彈射裝置.要想把小球彈得更遠(yuǎn),彈簧的壓縮量必須怎樣?要想把小球彈得更遠(yuǎn),對(duì)彈簧的勁度系數(shù)有什么要求?由此猜想,對(duì)同一彈簧而言,彈性勢(shì)能的大小與什么因素有關(guān)?答案:要想把小球彈得更遠(yuǎn),彈簧的壓縮量必須更大(但必須在彈性限度內(nèi));彈簧的勁度系數(shù)必須更大.彈性勢(shì)能與彈簧的形變量及勁度系數(shù)有關(guān).小試身手判斷下列說(shuō)法的正誤并和同學(xué)交流(正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”).1.同一人沿不同路徑從山腳到達(dá)山頂時(shí),克服重力做的功相同.(

)2.選擇不同的參考平面,同一物體重力勢(shì)能的數(shù)值就不相同.(

)3.同一物體的重力勢(shì)能Ep1=2J,Ep2=-3J,則Ep1>Ep2.(

)4.重力做功WG=-20J時(shí),物體的重力勢(shì)能減小20J.(

)√√√×5.彈性勢(shì)能與彈簧的彈性形變量和勁度系數(shù)有關(guān).(

)6.不同彈簧發(fā)生相同的形變量時(shí)彈力做功相同.(

)7.彈力做正功,彈性勢(shì)能就增大;彈力做負(fù)功,彈性勢(shì)能就減小.(

)√××探究一

重力做的功與重力勢(shì)能問(wèn)題情境質(zhì)量為m的物體,從距離地面高度為h1的位置A,分別沿不同的路徑,運(yùn)動(dòng)到距離地面高度為h2的位置,如圖所示.甲

物體豎直向下運(yùn)動(dòng)乙

物體沿斜面向下運(yùn)動(dòng)丙

物體沿曲面向下運(yùn)動(dòng)1.物體從位置A豎直向下運(yùn)動(dòng)到位置B,如圖甲所示,重力做功是多少?答案:從A→B,重力做功為WG=mgΔh=mgh1-mgh2.2.物體從位置A先沿斜面向下運(yùn)動(dòng)到位置B',再水平運(yùn)動(dòng)到位置B,如圖乙所示,重力做功是多少?答案:物體沿斜面運(yùn)動(dòng)的距離是l,從A→B',重力做功為WG=mglcosθ=mgΔh=mgh1-mgh2.3.物體從位置A先沿曲面向下運(yùn)動(dòng)到位置B″,再水平運(yùn)動(dòng)到位置B,如圖丙所示,重力做功是多少?答案:從A→B″,我們把整個(gè)路徑分成許多段很短的間隔,經(jīng)過(guò)的路程分別為AA1,A1A2,A2A3,…,由于每一段都很小,因而都可以近似地看作一段傾斜的直線,如圖所示.設(shè)每段小斜線的高度差分別是Δh1,Δh2,Δh3,…,則物體通過(guò)每段小斜線時(shí)重力做的功分別為mgΔh1,mgΔh2,mgΔh3,…物體通過(guò)整個(gè)路徑時(shí)重力做的功,等于重力在每小段上做的功的代數(shù)和,即W=mgΔh1+mgΔh2+mgΔh3+…=mg(Δh1+Δh2+Δh3+…)=mgΔh=mgh1-mgh2從B″→B,重力不做功,所以從A→B,重力做功為WG=mgh1-mgh2.4.重力做功與重力勢(shì)能有什么關(guān)系?答案:選地面為參考平面,物體在與地面高度為h1的位置的重力勢(shì)能為Ep1=mgh1,在與地面高度為h2的位置的重力勢(shì)能為Ep2=mgh2,所以高度由h1降到h2,物體的重力勢(shì)能減小了mgh1-mgh2,可知重力做正功,重力勢(shì)能減小,重力做負(fù)功,重力勢(shì)能增大.重力做功與重力勢(shì)能的變化量的關(guān)系為WG=mgh1-mgh2=Ep1-Ep2=-ΔEp.過(guò)程建構(gòu)1.重力做功的表示方法.重力做功與路徑無(wú)關(guān),只與初位置和末位置的高度差Δh有關(guān),物體下降時(shí)WG=mgΔh,物體上升時(shí)WG=-mgΔh.2.重力做功與重力勢(shì)能的關(guān)系.項(xiàng)目重力做功重力勢(shì)能表達(dá)式WG=mgΔhEp=mgh影響因素重力mg和初、末位置的高度差Δh重力mg和相對(duì)參考平面的高度h特點(diǎn)只與初、末位置的高度差有關(guān),與路徑及參考平面的選擇無(wú)關(guān)與參考平面的選擇有關(guān),選擇不同的參考平面,物體重力勢(shì)能的數(shù)值不同過(guò)程量狀態(tài)量聯(lián)系重力做功的過(guò)程是重力勢(shì)能改變的過(guò)程,重力做正功,重力勢(shì)能減少,重力做負(fù)功,重力勢(shì)能增加,且重力做了多少功,重力勢(shì)能就改變多少,即WG=Ep1-Ep2=-ΔEp

重力勢(shì)能變化量的求解方法(1)定義法:選取參考平面,確定物體相對(duì)參考平面的高度h,代入Ep=mgh求解重力勢(shì)能,然后根據(jù)ΔEp=Ep2-Ep1求出重力勢(shì)能的變化量.(2)WG和Ep關(guān)系法:根據(jù)WG=Ep1-Ep2=-ΔEp求解.探究二重力勢(shì)能的相對(duì)性問(wèn)題情境質(zhì)量為m的物體從離水面h1高處的A點(diǎn)由靜止釋放,落在距水面為h2的水平池底的B點(diǎn),如圖所示.重力加速度為g.1.請(qǐng)按要求填寫下表.參考平面物體在A點(diǎn)的重力勢(shì)能物體在B點(diǎn)的重力勢(shì)能整個(gè)下落過(guò)程中物體重力做的功整個(gè)下落過(guò)程中物體重力勢(shì)能的變化量水面池底mgh1-mgh2mg(h1+h2)-mg(h1+h2)mg(h1+h2)0mg(h1+h2)-mg(h1+h2)2.仔細(xì)分析表中數(shù)據(jù),你能得到什么結(jié)論?答案:選取不同的參考平面,物體的重力勢(shì)能的數(shù)值不同,對(duì)于一個(gè)確定的過(guò)程,重力做功WG和重力勢(shì)能的變化量ΔEp與參考平面的選擇無(wú)關(guān).過(guò)程建構(gòu)1.重力勢(shì)能的相對(duì)性:Ep=mgh中的h是物體重心相對(duì)參考平面的高度.選擇的參考平面不同,則物體的高度h不同,重力勢(shì)能的大小也就不同,所以確定物體在某點(diǎn)的重力勢(shì)能首先要選擇參考平面.2.重力勢(shì)能的系統(tǒng)性:重力是地球與物體相互吸引產(chǎn)生的,所以重力勢(shì)能是物體和地球組成的系統(tǒng)所共有的,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.3.重力勢(shì)能是標(biāo)量:重力勢(shì)能無(wú)方向,但有正負(fù).負(fù)的重力勢(shì)能表示物體在這個(gè)位置的重力勢(shì)能比在參考平面上具有的重力勢(shì)能小,這跟用正負(fù)表示溫度高低是一樣的.4.重力勢(shì)能變化的絕對(duì)性:物體從一個(gè)位置運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)位置的過(guò)程中,重力勢(shì)能的變化量是一定的,跟參考平面的選取無(wú)關(guān).【典例2】在離地面80m處無(wú)初速度地釋放一小球,小球質(zhì)量為m=200g,不計(jì)空氣阻力,g取10m/s2,選釋放點(diǎn)所在水平面為參考平面.求:(1)在第2s末小球的重力勢(shì)能;(2)在第3s內(nèi)重力所做的功和重力勢(shì)能的變化量.

答案:(1)-40J

(2)50J

小球的重力勢(shì)能減少了50J重力做功與重力勢(shì)能的理解(1)重力勢(shì)能的大小與參考平面的選取有關(guān),求重力勢(shì)能,必須選取參考平面.(2)重力做功、重力勢(shì)能的變化量與參考平面的選取無(wú)關(guān),計(jì)算重力做功和重力勢(shì)能變化量時(shí),可以不用選取參考平面.(3)計(jì)算重力做功、重力勢(shì)能、重力勢(shì)能的變化量時(shí)要注意區(qū)別其正負(fù).探究三彈性勢(shì)能問(wèn)題情境如圖所示,小明玩蹦蹦桿,不停地跳起和下落.1.小明下落時(shí)壓縮彈簧,彈簧彈力做什么功?彈性勢(shì)能怎樣變化?答案:做負(fù)功.彈性勢(shì)能增加.2.小明向上彈起的過(guò)程中,彈簧彈力做什么功?彈性勢(shì)能怎樣變化?答案:做正功.彈性勢(shì)能減少.3.小明玩蹦蹦桿的過(guò)程中,何時(shí)彈簧彈性勢(shì)能最大?答案:小明下降到最低點(diǎn)時(shí)彈簧的壓縮量最大,彈性勢(shì)能最大.過(guò)程建構(gòu)1.彈性勢(shì)能的產(chǎn)生原因.(1)物體發(fā)生了彈性形變.(2)物體各部分間有彈力的作用.2.彈簧彈性勢(shì)能大小的影響因素.(1)彈簧的勁度系數(shù).(2)彈簧的形變量.3.彈簧彈性勢(shì)能和重力勢(shì)能的比較.比較項(xiàng)彈簧的彈性勢(shì)能重力勢(shì)能影響因素彈簧的形變量和彈簧的勁度系數(shù)物體的重力和物體相對(duì)參考平面的高度相對(duì)性彈性勢(shì)能與零勢(shì)能位置的選取有關(guān),通常選自然長(zhǎng)度時(shí)勢(shì)能為0重力勢(shì)能的大小與參考平面的選取有關(guān),通常選地面為參考平面聯(lián)系勢(shì)能也叫位能,與相互作用的物體的相對(duì)位置有關(guān).重力勢(shì)能是由地球和地面上物體的相對(duì)位置決定的,彈性勢(shì)能是由發(fā)生彈性形變的物體各部分的相對(duì)位置決定的【典例3】(多選)如圖所示,一個(gè)輕質(zhì)彈簧豎直固定在地面上,將一個(gè)小球從距彈簧上端某高處由靜止釋放,則在小球開始接觸彈簧直到把彈簧壓縮到最短的過(guò)程中,下列判斷正確的是(

)A.系統(tǒng)的彈性勢(shì)能不斷增加B.彈力對(duì)小球先做負(fù)功后做正功C.小球的重力勢(shì)能始終逐漸減小D.小球的重力勢(shì)能先增大后減小解析:小球從接觸彈簧到把彈簧壓縮到最短的過(guò)程中,受到重力(豎直向下)和彈簧的彈力(豎直向上)作用,由于彈力的方向始終跟運(yùn)動(dòng)方向相反,所以彈力始終對(duì)小球做負(fù)功,而彈簧的壓縮量越來(lái)越大,系統(tǒng)的彈性勢(shì)能逐漸增大,選項(xiàng)A正確;小球高度減小,故其重力勢(shì)能減小,選項(xiàng)C正確.答案:AC確定勢(shì)能變化的技巧重力做功量度重力勢(shì)能的改變,重力做多少功,物體的重力勢(shì)能就改變多少;彈力做功量度彈性勢(shì)能的改變,彈力做多少功,物體的彈性勢(shì)能就改變多少.課堂評(píng)價(jià)答案:C1.下列關(guān)于重力勢(shì)能的說(shuō)法正確的是 (

)A.物體的位置一旦確定,它的重力勢(shì)能的大小也隨之確定B.物體與參考平面的距離越大,它的重力勢(shì)能也越大C.一個(gè)物體的重力勢(shì)能從-5J變?yōu)?3J,重力勢(shì)能增加了D.在地面上的物體具有的重力勢(shì)能一定等于02.(2022·廣東模擬)如圖所示,質(zhì)量相同的A、B兩小球用長(zhǎng)度不同的兩輕繩懸于等高的O1、O2點(diǎn),繩長(zhǎng)LA、LB的關(guān)系為L(zhǎng)A>LB,將輕繩水平拉直,并將小球A、B由靜止開始同時(shí)釋放,取釋放的水平位置為零勢(shì)能的參考面,則下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()答案:BA.在下落過(guò)程中,當(dāng)兩小球到同一水平線L上時(shí)具有相同的重力勢(shì)能B.兩小球分別落到最低點(diǎn)的過(guò)程中減少的重力勢(shì)能相等C.A球通過(guò)最低點(diǎn)時(shí)的重力勢(shì)能比B球通過(guò)最低點(diǎn)時(shí)的重力勢(shì)能小D.A、B兩小球只要在相同的高度,它們所具有的重力勢(shì)能就相等3.撐竿跳高是運(yùn)動(dòng)會(huì)上常見的比賽項(xiàng)目,用于撐起運(yùn)動(dòng)員的竿要具有很好的彈性.下列關(guān)于運(yùn)動(dòng)員撐竿跳高的過(guò)程(如圖所示)的說(shuō)法正確的是(

)助跑撐竿起跳越橫桿答案:DA.運(yùn)動(dòng)員助跑時(shí),竿彈性勢(shì)能最大B.運(yùn)動(dòng)員撐竿剛剛觸地時(shí),竿彈性勢(shì)能最大C.運(yùn)動(dòng)員撐竿跳起到達(dá)最高點(diǎn)時(shí),竿彈性勢(shì)能最大D.運(yùn)動(dòng)員撐竿觸地后上升到達(dá)最高點(diǎn)之前某時(shí)刻,竿彈性勢(shì)能最大4.升降機(jī)中有一質(zhì)量為m的物體,當(dāng)升降機(jī)以加速度a勻加速上升高度h時(shí),物體增加的重力勢(shì)能為 (

)A.mgh

B.mgh+mahC.mah

D.mgh-mah答案:A5.質(zhì)量為3kg的物體放在高為4m