重力势能(自整理.pptVIP

第第 章章 机机 械械 能能 守守 恒恒 定定 律律 高中物理高中物理 必修必修2 2 七七 2002年月日上午，俄罗斯高 加索北奥塞梯地区的一个村庄发生雪崩 ，造成至少人失踪。 雪雪 崩崩 2 美国内华达州亚利桑那陨石坑。这个陨石坑是5万年前，一颗 直径约为3050米的铁质流星撞击地面的结果。这颗流星重约50万 千克、速度达到20千米秒，爆炸力相当于2000万千克梯恩梯 (TNT)，超过美国轰炸日本广岛那颗原子弹的一千倍。爆炸在地面 上产生了一个直径约1245米，平均深度达180米的大坑。据说，坑 中可以安放下20个足球场，四周的看台则能容纳200多万观众。 陨石坑陨石坑 美国内华达州亚利桑那美国内华达州亚利桑那 3 （1 1）俄罗斯俄罗斯“ “和平号和平号” ”空间站坠落时，为什么会燃烧？碎片燃烧时空间站坠落时，为什么会燃烧？碎片燃烧时 ，温度可达，温度可达30003000，其能量由什么能量转化而来，其能量由什么能量转化而来？（？（2 2）打桩机的打桩机的 重锤从高处落下时，为什么能把水泥打进地里重锤从高处落下时，为什么能把水泥打进地里? ? （3 3）水力发电站为）水力发电站为 什么要修那么高的大坝？（什么要修那么高的大坝？（4 4）在你的头顶上方相同的高度）在你的头顶上方相同的高度, ,分别用分别用 细绳悬挂一个粉笔头和细绳悬挂一个粉笔头和7.5Kg7.5Kg的铅球，你的感觉有何不同？的铅球，你的感觉有何不同？ 以上问题的根本原因都在于以上问题的根本原因都在于 水电站 “和平号”空间站残片 这是因为物体一旦处在一定高度 时，就具有了一定的能量。而当它从所 处的的高处落下时，这些能量就会以做 功的方式释放出来 在初中我们已经学过：物体由于 被举高而具有的能量叫重力势能 那么重力势能的大小与什么有关 ，又如何定量表示呢?本节课我们就来 学习这个问题 课标定位 学习习目标标：1.理解重力势势能的概念，掌握重 力势势能的计计算方法，知道重力势势能的相对对性 2知道重力做功和重力势势能的改变变的关系 3理解重力做功与路径无关的特点 重点难难点：重力势势能的计计算，重力做功与重 力势势能变变化的关系 类型3类型2类型1 理理 论论 探探 究究 试试 一一 试试 BB h1 h2 h3 h h1 h2 A mg 类型1: 类型2: 类型3: A1 A2 A3 WGmghmgh1mgh2 WGmgl cosmghmgh1mgh2 WGmgh1mgh2mgh3 mghmgh1mgh2 l B mg AA mg 求下列三种情况下，小球从求下列三种情况下，小球从A A运动到运动到B B，重力对小球做的功，重力对小球做的功 思考：重力做功的特点是什么？ 重力做功与路径无关, 只跟始末位置的高度差h有关 8 一、重力做功的特点 WWG G mg mg hh mghmgh 1 1 mghmgh 2 2 第第 章章 机机 械械 能能 守守 恒恒 定定 律律 高中物理高中物理 必修必修2 2 七七 问题：若同样的人沿不同路径从滑梯上 端到下端，请判断重力做功是否相同？ 重力做功与路径无关 一质量为5kg的小球从5m高处下落, 碰撞地 面后弹起, 每次弹起的高度比下落高度低1m, 求: 小球从下落到停在地面的过程中重力一共做了多少 功? (g=10m/s2) 解: 小球下落高度为5m 9 =5105 J =250 J 第第 章章 机机 械械 能能 守守 恒恒 定定 律律 高中物理高中物理 必修必修2 2 七七 可见,重力做的功等于“mgh”这个量的变化.在物 理学中， “mgh”就用这个物理量表示物体的重力势 能。 h h2 h1 A B 物体从A落到B的过程中,重力做功 10 =mg（h1-h2） =mgh1-mgh2 二二. . 重力势能重力势能 物体由于被举高而具有的能量叫做重力势能。 1、定义： 2、重力势能的表达式 ： Ep = mgh m 物体的质量，单位:千克（kg） g 重力加速度，单位:米秒2（ms2） h 物体重心所处的高度，单位:米（m） Ep 物体的重力势能，单位:焦（J） 3、物体的重力势能等于它所受的重力与 所处高度的乘积 EPmgh WGmgh1mgh2 初态 的重力 势能 末态的重力势能 重力做 的功 三、重力做功与重力势能变化之间的关系 B A mg h h1 h2WGEP1EP2 重力做功对应着 重力势能的减少 重重 力力 做做 功功 和和 重重 力力 势势 能能 变变 化化 的的 关关 系系 1、当物体由高处向低处运动时： 2、当物体由低处向高处运动时： 重重 力力 做做 功功 和和 重重 力力 势势 能能 变变 化化 的的 关关 系系 重力做正功，即WG，EP1EP2 重力势能减小 重力做负功，即WG，EP1EP2 重力势能增大 WG mgh1mgh2 =EP1EP2 重力做的功等于重力势能的减少量 物体克服重力做的功等于重力势能的增加量 思思 考考 牛牛 刀刀 小小 试试 一个跳水运动员质量m，身 高L,站在高为H的跳台上， 关于估算此时运动员的重力 势能的结果可能正确的是？ A、0 B、 C D ABCD 很诡异！ 高度是相对的，势能也是相对的计算要先选定 参考平面 在参考面下方的物体的高度是负值，重力 势能也是负值。 参考平面的选取是任意的，但通常选择地面 或最低点为参考平面 .在参考平面时物体重力势 能为零 在参考面上方的物体的高度是正值，重力 势能也是正值； 势能是标量+、表示大小 15 重力势能有相对性（高度具有相对性） 四 、 重重 力力 势势 能能 的的 相相 对对 性性 h h h A h h h A h h h A BBB EPB=-3mgh EPA=2mgh EPB=-2mgh EPA=0EPA=-mgh EPB=0 重力势能具有相对性，处在参考平面的物体的重力势能 为0 ，参考平面上方的物体的重力势能是正数，参考平面 下方的物体的重力势能是负数，为了比较势能的大小，应 选同一个参考平面 。 重力势能的增量Ep EPBEPA -2mgh 例： 如图，质量0.5kg的小球，从桌面以上 h1=1.2m的A点落到地面的B点，桌面高h2=0.8m 请按要求填写下表(g=10m/s2) 参考 平面 小球在 A点重 力势势能 小球在 B点重 力势势能 下落过过程 小球重力 做功 下落过过程 小球重力 势势能变变化 桌面 地面 6J 10J -4J 0 10J 10J 减少10J 减少10J h1 h2 A B 选取不同的参考平面,物体的重力势能的数值不同 对一个确定的过程，WG和EP与参考面的选择无关 18 重力势能的变化是绝对的（高度变化有绝对性 ） 五 、 结结 论论 1、相对性:重力势能具有相对性 。 势能有正、负，表示大、小 。 参考平面的选取是任意的， 可视研究问题的方便而定，通 常选地面为参考平面。 重力势能的相对性和重力势能变化的 绝对性 2、重力势能的变化与参考平 面的选取无关。 小树大树那个更 高 重力做功，物体重力势能变化； 如果没有重力，还有重力势能吗？ 说明： 1、重力是地球与物体之间的相互作用力，严格地说 ，重力势能是地球与物体所组成的“系统”所共有 的，而不是说物体具有重力势能。 2、势能是物体系由于其中各物体之间或物体内各 部分存在相互作用而具有的能是由各物体的相对位 置决定的，所以势能也叫位能。例如：我们以后会 学到的分子力与分子势能，电场力与电势能。它们 都是系统共有的 ，都具有类似的功能规律。 20 六、势能是系统所共有的。 小 结 一、重力做功的特点： 与路径无关，只与起点和终点的高度差有关 二、重力势能：物体由于被举高而具有的能量 表达式 三、重力做功与重力势能变化的关系 重力做正功，重力势能减少 重力做负功，重力势能增加 四、重力势能是相对的 ，正负表示大小。重力势能的变化是绝对的。 一般不加说明是以地面或题目中的最低点所在的平面作为零势能参考 面。 五、势能是系统所共有的。 WG=EP 29 小结： 1物体的高度发发生变变化时时，重力要做功， 物体被举举高时时，重力做_功，物体下落时时 ，重力做_功 2重力做功的特点 物体运动时动时 ，重力对对它做的功只跟它的_ 和_的位置有关，而跟物体运动动的_无 关 负负 正 起点 终终点路径 WWG G mg mg hh mghmgh 1 1 mghmgh 2 2 二、重力势能 1定义：物体由于_而具有的能量 2大小：物体的重力势能等于它所受_ 与所处_的乘积，表达式为_. 3单位：_，与功的单位相同 4重力做功与重力势能变化的关系 被举举高 重力 高度 Epmgh 焦耳 表达式： WG mgh1mgh2 =EP1EP2 (1)当物体从高处运动到低处时，重力做_功 ，重力势能_，即WG0，Ep1Ep2. (2)当物体由低处运动到高处时，重力做_功 ，重力势能_，即WG0，Ep1Ep2.重力做 负功也叫做物体_ 正 减小 增加 负 克服重力做功 三、重力势能的相对性 1参考平面：物体的重力势能总是相对于 某一_来说的，这个_叫做参考平 面，在参考平面，物体的重力势能等于0. 2参考平面的选取： (1)选择不同的参考平面，物体的重力势能数 值_，但物体在某固定的两点间的重力势 能的差值_ 水平面水平面 不同 相同 (2)参考平面上方的物体重力势能为正，下方 的物体重力势能为负，负号表示物体在这个 位置具有的重力势能比在参考平面上具有的 少 说明：选择哪一个面为参考平面，要根据具 体情况而定，一般是以解决问题方便为原则 四、势能是系统所共有的 重力势能不是地球上的物体单独具有的，重 力势能是地球与物体所组成的“系统”共有的 说明：任何一种形式的势能，如分子势能、 电势能等都是系统所共有的 1、下列关于重力势能的说法，正确的是( ) A重力势能只跟物体所处的初末位置有关，与 物体实际经过的路径无关 B重力势能的变化，只跟重力做功有关，和其 他力做功多少无关 C重力势能是矢量，当重力对物体做正功时， 物体的重力势能减少 D重力势能是物体和地球共有的，而不是物体 单独具有的 第第 章章 机机 械械 能能 守守 恒恒 定定 律律 高中物理高中物理 必修必修2 2 七七 2、物体在运动过程中，克服重力做功 为50J，则： A、重力做功为50J； B、物体的重力势能一定增加了50J ； C、物体的重力势能为50J； D、重力做了50J的负功。 BD 第第 章章 机机 械械 能能 守守 恒恒 定定 律律 高中物理高中物理 必修必修2 2 七七 BD 3、井深8m，井上支架高为2m，在支架上 用一根3m长的绳子系住一个重100N的物 体，则物体的重力势能是(以地面为参考 平面)（ ） A100J B700J C100J D无法确定 第第 章章 机机 械械 能能 守守 恒恒 定定 律律 高中物理高中物理 必修必修2 2 七七 4、质量是50kg的人沿着长L=150m、倾角为 30的坡路走上土丘，重力对他所做的功是 多少？他克服重力所做的功是多少？他的 重力势能增加了多少？（g取10m/s2） 解析：重力对人做的功为 WG = mgLcos 120 = 5010150(0.5)J = 3.75104J 人克服重力所做的功为3.75104J 由WG= Ep得： 重力势能增加了3.75104J 3030 0 0 5、用定滑轮从井中向上提水，已知一桶水的重量 为200N，以地面为参考平面， 1）当水桶在井下5m 深处时，水的重力势能为多 少？ 2）将水桶提到离地面0.8m高处时，水的重力势能 为多少？ 3）在这个过程中，水的重力对水做的功为多少？ -1000J 160J -1160J 第第 章章 机机 械械 能能 守守 恒恒 定定 律律 高中物理高中物理 必修必修2 2 七七 防止高空坠物防止高空坠物 课堂练习 P13问题与练习1、 4、2 课外练习 P13 问题与练习 2、3 54 重力势能 问题与练习参考解答 1.证明：设斜面高度为h，对应于倾角为1、 2、3的斜面长分别为l1、l2、l3。 由功的公式可知，在倾角为1的斜面，重力与位 移的夹角为(/21)，重力所做的功为： WG=mgl1cos(/21)=mgl1sin1=mgh。 同理可证，在倾角为2、 3的斜面上，重力所做的 功都等于mgh，与斜面倾 角无关。 2.答： （1）足球由位置1运动到位置2时，重力所做的功 为mgh，足球克服重力所做的功为mgh，足球的 重力势能增加mgh。 （2）足球由位置2运动到位置3时，重力做的功为 mgh，足球的重力势能减少了mgh。 v（3）足球由位置 1运动到位置3时， 重力做功为0，重力 势能变化为0。 h1 h2 A B v3.答：（1）见下表 （2）如果下落过程中有空气阻力,表格中 的数据不变。 说明：本题的意图是使学生认识，重力势 能跟0势面的选取有关，而重力势能的变化 跟重力的功相对应，与0势面的选取无关。 重力做的功只跟物体位置的变化有关，与 是否存在其他力无关。 4.答： A正确。例如：物体在向上的拉力作用下，如果做 匀加速直线运动，这时拉力的功大于