海头高级中学2012-2013学年高一下学期物理《第七章重力势能》.ppt

第四节 重力势能学.科.网 目目标导标导标导标导 航航 学习目标：1.理解重力势能的概念，掌握重力势 能的计算方法，知道重力势能的相对性 2知道重力做功和重力势能的改变的关系 3理解重力做功与路径无关的特点 重点难点：重力势能的计算，重力做功与重力势 能变化的关系 学.科.网 新知初探自主学习 一、重力做的功 自主探究 重力做功的特点 设设一个质质量为为m的物体，从高度为为h1的位置， 沿不同的路径运动动到高度为为h2的位置，如图图7 41所示，重力做功为为：WGmglcos _学.科.网 mg(h1h2) 图图741 成功发现发现 物体运动时动时 ，重力对对它做的功只跟它的起点和 终终点的位置有关，而跟物体运动动的_无关 ,即WGmg(h1h2) 路径 二、重力势势能 1.定义义：物体由于_而具有的能量 2.大小：物体的重力势势能等于它所受_与 所处处_的乘积积，表达式为为_ 3.单单位：_，与功的单单位相同 4.重力做功与重力势势能变变化的关系 表达式：WGEp1Ep2.学.科.网 被举举高 重力 高度 Epmgh 焦耳 (1)当物体从高处处运动动到低处时处时 ，重力做 _功，重力势势能_，即WG0， Ep1Ep2. (2)当物体由低处处运动动到高处时处时 ，重力做 _功，重力势势能_，即WG0， Ep1Ep2.重力做负负功也叫做 _ 正 减小 负负 增加 物体克服重力做功 学.科.网 三、重力势势能的相对对性 1.参考平面：物体的重力势势能总总是相对对于某一 _来说说的，这这个_叫做参考平 面,在参考平面，物体的重力势势能等于0. 2.参考平面的选选取 (1)选择选择 不同的参考平面，物体的重力势势能数值值 _，但物体在某固定的两点间间的重力势势能 的差值值_ 水平面水平面 不同 相同 (2)参考平面上方的物体重力势势能为为正，下方的 物体重力势势能为负为负 ，负负号表示物体在这这个位置 具有的重力势势能比在参考平面上具有的少 说说明：选择选择 哪一个面为为参考平面，要根据具体 情况而定，一般是以解决问题问题 方便为为原则则 四、势势能是系统统所共有的 因为为没有地球，就谈谈不上重力严严格说说来，重 力势势能是地球与物体所组组成的物体“系统统”所 共有的，而不是地球上的物体单单独具有的学.科.网 1.重力做功只与物体的初、末位置有关，与物 体的运动路径无关 (1)由功的定义可知，重力的功就等于重力乘 以重力方向上物体发生的位移即重力的功等 于重力乘以初、末位置的高度差 要点探究讲练互动 重力做功的特点 学.科.网 (2)计算重力做功时不需要考虑过程，只看始末 位置即可 (3)重力做功的大小与物体的运动状态无关，与 物体受到的其他力无关 2.重力的功也有正负之分，当物体下降时，重 力做正功；反之，当物体上升时，重力做负功, 即物体克服重力做功 学.科.网 思维维拓展：恒力做功也具有这这种特点:只与初、 末位置有关，与物体的运动动路径无关做的功 等于力与力方向上位移的乘积积，或位移与位移 方向上力的乘积积 例1 【精讲讲精析】 由重力做功的特点可知，重力 做功与小球实际实际 路径无关所以Wmgh. 【答案】 mgh 【方法总结总结 】 重力做功与物体运动动的路径无 关，只与初末位置的高度差有关，这这一点尤其 在解一些往复运动动或多个过过程的问题时问题时 ，可以 省去大量的中间间步骤骤，使得解题单题单 刀直入、一 步求解 变变式训练训练 1.沿着高度相同、坡度不同、粗糙程度也不同的 斜面将同一物体分别从底端拉到顶端，下列说法 正确的是( ) A沿坡度小的斜面运动时物体克服重力做功多 B沿坡度大、粗糙程度大的斜面运动时物体克 服重力做功多 学.科.网 C沿坡度小、粗糙程度大的斜面运动时物体 克服重力做功多 D不管沿怎样的斜面运动，物体克服重力做 功相同 解析：选D.重力做功与物体的运动路径无关, 只与初末状态物体的高度差有关,不论是光滑 路径还是粗糙路径,也不论是直线运动还是曲 线运动,高度相同,克服重力做功相同，D对 对对重力势势能的理解 1.重力势能具有相对性 重力势能的表达式Epmgh中的h是指物体重 心到参考平面的高度，因此重力势能的大小与 参考平面的选取有关，在参考平面以上为正值 ，以下为负值，位于参考平面时为零 2.重力势势能是系统统共有的 重力是地球与物体相互吸引而产产生的，如果没 有地球对对物体的吸引，就不会有重力，也不存 在重力势势能，所以重力势势能是这这个系统统共同具 有的，平时时所说说的“物体”的重力势势能只是一 种简简化的说说法 3.重力势势能的变变化是绝对绝对 的 尽管重力势势能的大小与参考平面的选选取有关， 但重力势势能的变变化量与参考平面的选选取无关 特别别提醒：(1)重力势势能是标标量； (2)参考平面一般选选取地面或物体运动动中的最低 点所在的平面 如图图742所示，桌面距地面的高 度为为0.8 m，一物体质质量为为2 kg，放在距桌面 0.4 m的支架上，则则(g取10 m/s2) 图图742 例2 (1)以桌面为零势能参考面，计算物体具有的重 力势能，并计算撤去桌面及支架后物体由支架 下落到地面过程中重力势能减少多少？ (2)以地面为零势能面，计算物体具有的重力势 能，并计算撤去桌面及支架后物体由支架下落 到地面过程中重力势能减少多少？ (3)比较以上计算结果，说明什么问题？ 【精讲讲精析】 (1)以桌面为为零势势能参考平面, 物体距零势势能参考面的高度为为h10.4 m,因而 物体具有重力势势能Ep1mgh12100.4 J 8 J.物体由支架落至地面时时,物体的重力势势能 为为Ep2mgh2210(0.8) J16 J,因 此物体在此过过程中的重力势势能减少量EpEp1 Ep224 J. (2)以地面为零势能参考面，物体的高度h1 (0.40.8)m1.2 m，因而物体的重力势能Ep1 mgh12101.2 J24 J物体落至地面 的重力势能Ep20. 在此过程中，物体的重力势能减少量 EpEp1Ep224 J024 J. 学.科.网 (3)通过上面的计算，说明重力势能是相对的， 它的大小与零势能面的选取有关而重力势能 的变化是绝对的，它与零势能面的选取无关， 其变化值与重力对物体做功的多少有关 【答案】 (1)8 J 24 J (2)24 J 24 J (3)重力势势能是相对对的，与参考平面的选选取有关 ,重力势势能的变变化与参考平面选选取无关 【规规律总结总结 】 计计算重力势势能必需明确参考平 面,计计算重力势势能的变变化则则不需要选选参考平面 变变式训练训练 2.关于重力势势能，下列说说法中正确的是( ) A重力势势能的大小只由重物本身决定 B重力势势能恒大于零 C.在地面上的物体,它具有的重力势势能一定等于零 D重力势势能实际实际 是物体和地球所共有的 解析：选选D.重力势势能Epmgh，h取决于零势势能 面的选选取，势势能具有系统统性，故只有选项选项 D正确 重力做功与重力势势能的变变化 1.重力做功与重力势能的对比 概念 比较较 项项目 重力做功重力势势能 表达式WGGhmghEpmgh 影响大小 的因素 重力mg和初末位置 的高度差h 重力mg和某一 位置的高度h 概念 比较较 项项目 重力做功重力势势能 特点 只与初、末位置 的高度差有关， 与路径及参考平 面的选择选择 无关 与参考平面的选选 择择有关，选择选择 不 同的参考平面会 有不同值值 过过程量状态态量 2.重力做功与重力势势能变变化的关系 (1)重力做功是重力势势能变变化的唯一原因即只 有重力做功才能改变变重力势势能，与物体除重力 外是否还还受其他力作用以及除重力做功外是否 还还有其他力做功等因素均无关 (2)重力做功是重力势势能变变化的唯一量度重力 做正功，重力势势能减少，重力做负负功，重力势势 能增加且重力做了多少功，重力势势能就改变变 多少，即WGEp1Ep2Ep. 如图图743所示，在水平地面上平 铺铺n块砖块砖 ,每块砖块砖 的质质量为为m，厚度为为h，如将 砖砖一块块一块块地叠放起来,至少需要克服重力做多 少功？ 图图743 例3 【思路点拨拨】 把砖砖由平放在地面上到把它们们 一块块块块 地叠放起来，克服重力做功至少等于砖砖 所增加的重力势势能，可用整体法求解 【精讲讲精析】 取n块砖块砖 的整体为为研究对对象， 如题图题图 所示，叠放起来后整体重心距地面 0.5nh，原来距地面0.5h，故有： WEpnmg0.5nhnmg0.5h0.5n (n1)mgh. 【答案】 0.5n(n1)mgh 学.科.网 【方法总结总结 】 不能看成质质点的物体相对对于参 考平面的高度是指其重心相对对参考平面的高度. 判断物体重力势势能的变变化或重力做的功，应应根 据重心位置的变变化分析求解 变式训练 3.关于重力做功和物体的重力势能，下列说法中正 确的是( ) A.当重力对物体做正功时,物体的重力势能一定减少 B.物体克服重力做功时,物体的重力势能一定增加 C.地球上任何一个物体的重力势能都有一个确定值 D重力做功的多少与参考平面的选取无关 解析：选ABD.重力势能的大小与参考平面的选 取有关，故C错；重力做正功时，物体由高处 向低处运动，重力势能一定减少，反之物体克 服重力做功时，重力势能一定增加，故A、B均 对；重力做多少功，物体的重力势能就变化多 少，重力势能的变化与参考平面的选取无关， 所以重力做功多少与参