新教材同步系列2024春高中物理第四章機(jī)械能及其守恒定律第四節(jié)勢能課件粵教版必修第二冊

第四章機(jī)械能及其守恒定律第四節(jié)勢能學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)法指導(dǎo)1．知道重力做功與路徑無關(guān)的特點(diǎn)2．掌握重力勢能的概念，理解重力勢能的相對性3．了解彈性勢能的概念1．復(fù)習(xí)初中學(xué)過的重力勢能的相關(guān)內(nèi)容，掌握重力勢能的概念及重力勢能大小的決定因素(定性結(jié)論)2．通過實(shí)例分析，認(rèn)識重力做功的特點(diǎn)及重力勢能的相對性，掌握重力做功與重力勢能變化的關(guān)系3．通過歸納和比較，了解和認(rèn)識各種勢能的共同特征——與相互作用的物體的相對位置有關(guān)，為以后學(xué)習(xí)其他勢能打基礎(chǔ)知識導(dǎo)圖課前·自主預(yù)習(xí)1．特點(diǎn)：只跟物體運(yùn)動的__________和__________有關(guān)，而跟物體運(yùn)動的______無關(guān)．2．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．重力做功初、末位置物體質(zhì)量路徑mgΔhmg(h1－h(huán)2)將一個(gè)物體由A移至B，重力做功

(

)A．與運(yùn)動過程中是否存在阻力有關(guān)B．與物體沿直線或曲線運(yùn)動有關(guān)C．與物體是做加速、減速或勻速運(yùn)動有關(guān)D．與物體初、末位置高度差有關(guān)【答案】D1．定義：物體所受的______與物體所在________的乘積叫作物體的重力勢能．2．表達(dá)式：Ep＝________．3．單位：______，與功的單位相同．重力勢能是______(填“標(biāo)量”或“矢量”)．4．重力做功與重力勢能變化的關(guān)系(1)表達(dá)式：WG＝Ep1－Ep2＝－ΔEp．重力勢能的相對性重力高度mgh焦耳標(biāo)量(2)兩種情況：①當(dāng)物體從高處運(yùn)動到低處時(shí)，重力做______，重力勢能______，即WG＞0，Ep1＞Ep2．②當(dāng)物體由低處運(yùn)動到高處時(shí)，重力做負(fù)功，________________，即WG＜0，Ep1＜Ep2．重力做負(fù)功也叫作____________．5．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，在參考平面上，物體的重力勢能取作_____．正功減小重力勢能增大克服重力做功水平面0(2)相對性：選擇不同的參考平面，物體重力勢能的數(shù)值________(填“相同”或“不同”)．(3)正負(fù)的含義：參考平面上方物體的重力勢能是________，參考平面下方物體的重力勢能是________．(4)兩位置的重力勢能差不隨參考平面的改變而發(fā)生變化．不同正值負(fù)值甲、乙兩個(gè)可視為質(zhì)點(diǎn)的物體的位置如圖所示，甲在桌面上，乙在地面上，質(zhì)量關(guān)系為m甲<m乙，若取桌面為零勢能面，甲、乙的重力勢能分別為Ep1、Ep2，則

(

)A．Ep1>Ep2 B．Ep1<Ep2C．Ep1＝Ep2

D．無法判斷【答案】A

【解析】取桌面為零勢能面，則Ep1＝0，物體乙在桌面以下，則Ep2<0，所以Ep1>Ep2，A正確，B、C、D錯(cuò)誤．1．定義：發(fā)生彈性形變的物體的各部分之間，由于有________的相互作用而具有的勢能．2．決定因素：彈性勢能的大小決定于彈簧被________或________的長度，還和彈簧的__________有關(guān)．彈性勢能彈力拉伸壓縮勁度系數(shù)判斷正誤．(1)發(fā)生彈性形變的物體不一定具有彈性勢能．

(

)(2)彈簧彈力做正功時(shí)，彈性勢能增加．

(

)【答案】(1)×

(2)×課堂·重難探究1．重力所做的功跟物體的運(yùn)動路徑無關(guān)，跟物體初位置和末位置的高度差有關(guān)．2．重力是恒力，大小不變，方向總是豎直向下．根據(jù)恒力做功的公式可知，重力做功的多少由重力多少和重力方向上位移的大小，即豎直方向的高度差決定，與其他因素?zé)o關(guān)，只與起點(diǎn)和終點(diǎn)的位置有關(guān)，與沿什么路徑無關(guān)．重力做功的特點(diǎn)例1

(2023年廣州六中月考)如圖所示，假設(shè)某跳高運(yùn)動員質(zhì)量為60kg，身高為1.8m，在某次背越式跳高中跳過2.1m高的橫桿而平落在墊子上，落墊時(shí)運(yùn)動員的重心離地高度為60cm．g取10m/s2，求：(1)上升階段運(yùn)動員至少要克服重力做多少功？(2)下降階段重力做了多少功？【答案】(1)720J

(2)900J【解析】(1)上升階段，重心升高的距離約為克服重力做功W1＝mgh1＝720J．(2)下降階段，重心下降距離h2＝2.1m－0.6m＝1.5m，重力做功W2＝mgh2＝900J．變式1

(2023年廣州執(zhí)信中學(xué)期中)如圖所示，一物體從A點(diǎn)出發(fā)，分別沿粗糙斜面AB和光滑斜面AC下滑及斜向上拋出，運(yùn)動后到達(dá)同一水平面上的B、C、D三點(diǎn)．關(guān)于重力做功的情況，下列說法正確的是

(

)A．沿AB面滑下時(shí)，重力做功最多B．沿AC面滑下時(shí)，重力做功最多C．沿AD拋物線運(yùn)動時(shí)，重力做功最多D．三種情況下運(yùn)動時(shí)，重力做的功相等【答案】D

【解析】由于重力做功與路徑無關(guān)，只與初、末位置的高度差有關(guān)，故三種情況下運(yùn)動時(shí)，重力做的功相等，均為WG＝mgh，D正確．1．重力做功與路徑無關(guān)，只與初、末位置的高度差有關(guān)．2．重力做功與有無其他力無關(guān)．重力勢能的相對性、標(biāo)矢性和系統(tǒng)性重力勢能的相對性項(xiàng)目重力勢能相對性重力勢能總是相對選定的參考面而言的(該平面通常稱為零勢能面)標(biāo)矢性屬于標(biāo)量．重力勢能為mgh，其正、負(fù)表示重力勢能大?。矬w在參考平面上方時(shí)，重力勢能為正值；在參考平面下方時(shí)，重力勢能為負(fù)值系統(tǒng)性重力勢能是物體與地球所組成的系統(tǒng)共有的例2

如圖所示，桌面距地面0.8m，一物體質(zhì)量為2kg，放在距桌面0.4m高的支架上(圖上未畫出)．(g取10m/s2)(1)以地面為參考平面，計(jì)算物體具有的重力勢能，并計(jì)算物體由支架下落到桌面的過程中，重力勢能變化了多少？(2)以桌面為參考平面，計(jì)算物體具有的重力勢能，并計(jì)算物體由支架下落到桌面的過程中，重力勢能變化了多少？【答案】(1)24J減少了8J

(2)8J減少了8J【解析】(1)以地面為參考平面，物體的高度h1＝(0.4＋0.8)m＝1.2m，因而物體具有的重力勢能Ep1＝mgh1＝2×10×1.2J＝24J．物體落至桌面時(shí)，重力勢能Ep2＝mgh2＝2×10×0.8J＝16J．物體重力勢能的變化量ΔEp＝Ep2－Ep1＝16J－24J＝－8J，即重力勢能減少了8J．(2)以桌面為參考平面，物體距參考平面的高度h1′＝0.4m，因而物體具有的重力勢能Ep1′＝mgh1′＝2×10×0.4J＝8J．物體落至桌面時(shí)，重力勢能Ep2′＝0，物體重力勢能的變化量ΔEp′＝Ep2′－Ep1′＝－8J，即重力勢能減少了8J．變式2

(2023年華僑中學(xué)期中)廣西壯族“三月三”是壯族人民的傳統(tǒng)節(jié)日，該節(jié)日民族活動很豐富，其中拋繡球是男女青年最喜歡的項(xiàng)目．假設(shè)某一青年女子在樓上將繡球水平拋出，拋出點(diǎn)離地4.5m，繡球質(zhì)量0.6kg，在離地2.0m處被一男青年搶到．重力加速度g取10m/s2，在繡球被拋出至被搶到的過程中，下列說法正確的是(

)A．重力做功15JB．重力勢能增加了15JC．若以拋出點(diǎn)為參考平面，繡球被搶到時(shí)的重力勢能為－27JD．若以地面為參考平面時(shí)，上述過程中繡球重力勢能的變化量最大【答案】A

【解析】重力做功為WG＝mgh＝0.6×10×(4.5－2.0)J＝15J，A正確；重力做正功，重力勢能減小，故重力勢能減少了15J，B錯(cuò)誤；若以拋出點(diǎn)為參考平面，繡球被搶到時(shí)的重力勢能為Ep＝－mg(h－h(huán)1)＝－0.6×10×(4.5－2)J＝－15J，C錯(cuò)誤；重力勢能的變化與重力做功對應(yīng)，與參考平面的選取無關(guān)，D錯(cuò)誤．1．物體的重力勢能的大小是相對的，其數(shù)值與參考平面的選取有關(guān)．2．重力勢能的變化是絕對的，與參考平面的選取無關(guān)，其變化量僅由重力對物體做功的多少來決定．物體彈性勢能的大小與物體的形變大小有關(guān)，在彈性限度內(nèi)，同一物體發(fā)生的彈性形變越大，彈性勢能越大．此外，彈性勢能還與物體自身的材料和結(jié)構(gòu)有關(guān)，對于形變相同的彈簧而言，勁度系數(shù)越大，彈性勢能越大．探究影響物體彈性勢能大小的因素例3宋代詩人蘇軾的名句“會挽雕弓如滿月，西北望，射天狼”中蘊(yùn)含了一些物理知識．關(guān)于拉弓過程，下列說法正確的是(

)A．弓的彈性形變越大，彈性勢能就越大B．弓的彈性形變越大，彈性勢能就越小C．人對弓的作用力越大，弓的彈性形變越小D．人對弓的作用力越大，彈性勢能就越小【答案】A

【解析】彈性勢能的大小與彈簧的形變量有關(guān)，則弓的彈性形變越大，彈性勢能就越大，A正確，B錯(cuò)誤；根據(jù)胡克定律，人對弓的作用力越大，弓的彈性形變越大，彈性勢能就越大，故C、D錯(cuò)誤．變式3某同學(xué)為驗(yàn)證彈簧彈性勢能與其形變量的平方成正比，設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置．(1)該實(shí)驗(yàn)必要的操作是________．A．水平放置玻璃管B．選用內(nèi)壁特別粗糙的玻璃管C．測量小鋼球在空中運(yùn)動的時(shí)間(2)若測得小鋼球的質(zhì)量為m、下落高度為h，水平射程為L，則小鋼球彈出時(shí)的動能ΔEk＝________(重力加速度大小為g)．(3)該同學(xué)要通過圖像研究彈簧形變量x與小鋼球水平射程L的關(guān)系，則最合適的圖像為________．A．L-x2 B．L-xC．L2-x【解析】(1)水平放置玻璃管，讓小鋼球離開玻璃管后做平拋運(yùn)動，A正確；選用內(nèi)壁特別光滑的玻璃管，讓彈簧的彈性勢能完全轉(zhuǎn)化為小鋼球的動能，B錯(cuò)誤；只需要測量桌面的高度就可以利用自由落體運(yùn)動的規(guī)律算出小鋼球在空中運(yùn)動的時(shí)間，所以不需要測量時(shí)間，C錯(cuò)誤．核心素養(yǎng)應(yīng)用科學(xué)思維——繩、鏈條等物體的重力勢能問題1．重力勢能的計(jì)算式是Ep＝mgh，式中h是物體重心相對參考平面的高度．2．求解繩、鏈條類物體的重力勢能時(shí)，重心位置的確定是關(guān)鍵．粗細(xì)均勻、質(zhì)量分布均勻的長直繩子或鏈條，其重心在全長的一半處．3．兩種情況下重力勢能的求解：(1)當(dāng)繩子、鏈條呈直線狀(水平、豎直或傾斜)放置時(shí)，Ep＝mgh中的h表示重心相對參考平面的高度．(2)當(dāng)繩子、鏈條不以直線狀(如折線狀)放置時(shí)，應(yīng)當(dāng)分段(使其每段都是直線狀)表示重力勢能再求和．【答案】A

小練·隨堂鞏固1．關(guān)于彈簧的彈性勢能，下列說法中正確的是(

)A．當(dāng)彈簧變長時(shí)，它的彈性勢能一定增大B．當(dāng)彈簧變短時(shí)，它的彈性勢能一定變小C．在拉伸長度相同時(shí)，k越大的彈簧，它的彈性勢能越大D．彈性勢能是彈簧和使它發(fā)生形變的物體所共有的【答案】C

【解析】當(dāng)彈簧變長時(shí)，它的彈性勢能不一定增大，若彈簧原本處于壓縮狀態(tài)時(shí)，彈簧的彈性勢能減小，故A錯(cuò)誤；若原本處于壓縮狀態(tài)，彈簧變短時(shí)，彈簧的彈性勢能增大，故B錯(cuò)誤；在拉伸長度相同時(shí)，k越大的彈簧彈力越大，克服做功越多，它的彈性勢能越大，故C正確；彈性勢能是彈簧具有的，與使它發(fā)生形變的物體無關(guān)，故D錯(cuò)誤．2．(2023年揚(yáng)州期中)下列關(guān)于重力勢能的說法正確的是(

)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(gè)物體的重力勢能從－5J變化到－3J，重力勢能增加了D．地面上物體的重力勢能一定等于零【答案】C

【解析】物體的重力勢能與參考平面有關(guān)，同一物體在同一位置相對不同的參考平面的重力勢能不同，A錯(cuò)誤；物體在零勢能面以上，距零勢能面的距離越大，重力勢能越大，物體在零勢能面以下，距零勢能面的距離越大，重力勢能越小，B錯(cuò)誤；重力勢能中的正、負(fù)號表示大小，－5J的重力勢能小于－3J的重力勢能，C正確；只有選地面為零勢能面時(shí)，地面上的物體的重力勢能才為零，否則不為零，D錯(cuò)誤．3．如圖所示，一輕彈簧一端固定于O點(diǎn)，另一端系一重物，將重物從與懸點(diǎn)O在同一水平面且使彈簧保持原長的A點(diǎn)靜止釋放，讓它自由擺下，不計(jì)空氣阻力，在重物由A點(diǎn)擺向最低點(diǎn)B的過程中

(

)A．重力做正功，彈力不做功B．重力做正功，彈力做正功，彈性勢能增加C．若用與彈簧原長相等的細(xì)繩代替彈簧后，重力做正功，彈力做負(fù)功D．若用與彈簧原長相等的細(xì)繩代替彈簧后，重力做正功，彈力不做功【答案】D

【解析】用細(xì)繩拴住重物向下擺動時(shí)重力做正功，彈力不做功，D正確；用彈簧拴住重物下擺時(shí)，彈簧要伸長，重物軌跡不是圓弧，彈力做負(fù)功，彈性勢能增加，重力做正功，所以A、B、C錯(cuò)誤．4．如圖所示，

一條鐵鏈長l＝1m，質(zhì)量為m＝4kg，放在水平桌面上，拿住一端提起鐵鏈直到鐵鏈全部離開桌面的瞬間，g取10m/s2

，則

(

)A．鐵鏈的重心位置升高了1mB．鐵鏈克服重力做功40JC．鐵鏈的重力勢能增加了20JD．鐵鏈的重力勢能為20J【答案】C

【解析】鐵鏈從初狀態(tài)到末狀態(tài)，鐵鏈全部離開桌面的瞬間，鐵鏈的重心上升的高度為h＝0.