新教材同步系列2024春高中物理第八章機械能守恒定律2重力勢能課件新人教版必修第二冊

第八章機械能守恒定律2重力勢能學習目標學法指導1．知道重力做功與路徑無關的特點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．通過實例分析，認識重力做功的特點及重力勢能的相對性，掌握重力做功與重力勢能變化的關系2．通過歸納和比較，了解和認識各種勢能(也叫位能)的共同特征——與相互作用的物體的相對位置有關，為以后學習其他勢能打好基礎知識導圖課前·

自主預習1．特點物體運動時，重力對它做的功只跟它的_______和_______位置有關，而跟物體運動的_______無關．2．表達式WG＝________＝_____________，其中h1、h2分別表示物體起點和終點的高度．重力做的功起點終點路徑mgΔhmg(h1－h(huán)2)將一個物體由A移至B，重力做功 (

)A．與運動過程中是否存在阻力有關B．與物體沿直線或曲線運動有關C．與物體是做加速、減速或勻速運動有關D．與物體初、末位置高度差有關【答案】D【解析】將物體由A移至B，重力做功只與物體初、末位置高度差有關，A、B、C錯誤，D正確．1．定義物體所受的________與它所處位置的________的乘積叫作物體的重力勢能．2．表達式Ep＝________．3．單位______，與功的單位相同．重力勢能是______(填“標量”或“矢量”).重力勢能重力勢能的相對性重力高度mgh焦耳標量4．重力做功與重力勢能變化的關系(1)表達式：WG＝Ep1－Ep2＝－ΔEp.(2)兩種情況①當物體從高處運動到低處時，重力做______，重力勢能______，即WG＞0，Ep1＞Ep2.②當物體由低處運動到高處時，重力做負功，重力勢能_______，即WG＜0，Ep1＜Ep2.重力做負功也叫作_______________．正功減少增加克服重力做功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，物體的重力勢能取為______．(2)相對性：選擇不同的參考平面，物體重力勢能的數值________(填“相同”或“不同”).(3)正、負的含義：參考平面上方物體的高度是正值，重力勢能也是_______；參考平面下方物體的高度是負值，重力勢能也是_______.(4)兩定點的重力勢能差不隨參考平面的改變而發(fā)生變化．水平面0不同正值負值(2021年婁星區(qū)名校期中)如圖，質量0.5kg的小球，從桌面以上h1＝1.2m的A點落到地面的B點，桌面高h2＝0.8m．若以桌面所處平面為零勢能面．g取10m/s2，求：(1)小球在A、B點時的重力勢能；(2)小球下落過程中重力做的功.【答案】(1)6J－4J

(2)10J【解析】(1)小球在A點的重力勢能為Ep1＝mgh1＝0.5×10×1.2J＝6J，小球在B點的重力勢能為Ep2＝－mgh2＝－0.5×10×0.8J＝－4J.(2)重力做的功為W＝mg(h1＋h2)＝0.5×10×(1.2＋0.8)J＝10J.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．影響因素彈性勢能的大小跟________的大小有關，如彈簧被_______或_______的長度，還和彈簧的___________有關．彈性勢能彈力形變拉伸壓縮勁度系數下列與彈簧具有的彈性勢能無關的因素是 (

)A．彈簧的質量 B．彈簧的伸長量C．彈簧的壓縮量 D．彈簧的勁度系數【答案】A【解析】彈簧由于發(fā)生彈性形變而具有的能量叫彈性勢能．影響彈簧的彈性勢能的因素有彈簧的勁度系數、彈簧的伸長量或壓縮量．在彈性限度內，彈簧的伸長量或壓縮量越大，彈簧的勁度系數越大，則具有的彈性勢能越大．可知與彈簧具有的彈性勢能無關的因素是彈簧的質量，本題選擇彈性勢能無關的因素，故選A．課堂·

重難探究1．重力所做的功跟物體的運動路徑無關，跟物體初位置和末位置的高度差有關．2．重力是恒力，大小不變，方向總是豎直向下，根據恒力做功的公式可知，重力做功的多少由重力大小和在重力方向上位移的大小，即豎直方向的高度差決定，與沿什么路徑無關．重力做功的特點例1

(2023年廣州六中月考)如圖所示，假設某跳高運動員質量為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，落墊時運動員的重心離地高度為60cm.g取10m/s2，求：(1)上升階段運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？變式1

(2023年廣州執(zhí)信中學期中)如圖所示，一物體從A點出發(fā)，分別沿粗糙斜面AB和光滑斜面AC下滑及斜向上拋出，運動后到達同一水平面上的B、C、D三點．關于重力的做功情況，下列說法正確的是

(

)A．沿AB面滑下時，重力做功最多B．沿AC面滑下時，重力做功最多C．沿AD做拋物線運動時，重力做功最多D．三種情況下運動時，重力做的功相等【答案】D【解析】由于重力做功與路徑無關，只與初、末位置的高度差有關，故三種情況下運動時，重力做的功相等，均為WG＝mgh，D正確．重力勢能的相對性、標矢性和系統(tǒng)性重力勢能的相對性性質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)標矢性屬于標量.重力勢能為mgh，其正、負表示重力勢能大小.物體在參考平面上方時，重力勢能為正值；在參考平面下方時，重力勢能為負值系統(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，一物體質量為2kg，放在距桌面0.4m高的支架(圖中未畫出)上．(g取10m/s2)(1)以地面為參考平面，計算物體具有的重力勢能，并計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，計算物體具有的重力勢能，并計算物體由支架下落到桌面的過程中，重力勢能變化了多少？解：(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為Ep1＝mgh1＝2×10×1.2J＝24J，物體落至桌面時，重力勢能Ep2＝mgh2＝2×10×0.8J＝16J，物體重力勢能的變化量為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為Ep1′＝mgh1′＝2×10×0.4J＝8J，物體落至桌面時，重力勢能Ep2′＝0，物體重力勢能的變化量為ΔEp′＝Ep2′－Ep1′＝－8J，即重力勢能減少了8J．變式2

(2023年華僑中學期中)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目.假設某一青年女子在樓上將繡球水平拋出，拋出點離地4.5m，繡球質量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．若以拋出點為參考平面，繡球被搶到時的重力勢能為－27JD．若以地面為參考平面時，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)＝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錯誤；若以拋出點為參考平面，繡球被搶到時的重力勢能為Ep＝－mg(h－h(huán)1)＝－0.6×10×(4.5－2)J＝－15J，C錯誤；重力勢能的變化與重力做功對應，與參考平面的選取無關，D錯誤．(1)物體的重力勢能的大小是相對的，其數值與參考平面的選取有關．(2)重力勢能的變化是絕對的，與參考平面的選取無關，其變化量僅由重力對物體做功的多少來決定．核心素養(yǎng)應用1．重力勢能的計算式是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，重心位置的確定是關鍵.粗細均勻、質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)當繩子、鏈條呈直線狀(水平、豎直或傾斜)放置時，Ep＝mgh中的h表示重心相對參考平面的高度；(2)當繩子、鏈條不以直線狀(如折線狀)放置時，應當分段(使其每段都是直線狀)表示重力勢能再求和．科學思維——繩、鏈條等物體的重力勢能問題【答案】見解析小練·

隨堂鞏固1．如圖所示，某物塊分別沿三條不同的軌道由離地面高h的A點滑到同一水平面上，軌道1、2是光滑的，軌道3是粗糙的，則 (

)A．沿軌道1滑下重力做的功多B．沿軌道2滑下重力做的功多C．沿軌道3滑下重力做的功多D．沿三條軌道滑下重力做的功一樣多【答案】D【解析】重力做功與路徑無關，取決于初、末位置高度差h，故D正確．2．(2023年揚州期中)下列關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，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錯誤；重力勢能中的正、負號表示大小，－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，地面上的物體的重力勢能才為零，否則不為零，D錯誤．3．如圖所示，一輕彈簧一端固定于O點，另一端系一重物，將重物從與懸點O在同一水平面且使彈簧保持原長的A點靜止釋放，讓它自由擺下，不計空氣阻力，在重物由A點擺向最低點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繩代替彈簧后，重力做正功，彈力不做功D．若用與彈簧原長相等的細繩代替彈簧后，重力做正功，彈力做負功【答案】C【解析】用細繩拴住重物向下擺動時重力做正功，彈力不做功，C正確；用彈簧拴住重物下擺時，彈簧要伸長，重物軌跡不是圓弧，彈力做負功，彈性勢能增加，重力做正功，且做功多，所以A、B、D錯誤．4．如圖所示，擺球質量為m，懸線的長為L，把懸線拉到水平位置后放手．設在擺球從A點運動到B點的過程中空氣阻力f的大小不變，則下列說法正確的是

(

)A．重力做功為mgLB．懸線拉力做負功C．空氣阻力做功為－fLD．空氣阻力f做功為－πfL【答案】A5．(多選)(2023年江門二中期中)如圖，質量為m＝1kg的小球，從A點下落到地面上的B點，h1為1.2m，桌面高h2為0.8m，重力加速度g取10m/s2.下列說法正確的是

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)A．以地面為參考平面，小球在A點的重力勢能為20JB．以桌面為參考平面，小球在B點的重力勢能為8JC．以桌面為參考平面，從A點到B點的過程中，重力勢能的改變量為－8JD．從A點到B點的過程中，重力勢能的減少量一定為20J，與參考平面無關【答案】AD【解析】

以地面為參考平面，小球在A點的重力勢能為Ep＝mg(h1＋h2)＝20J，故A正確；以桌面為參考平面