2019_2020学年高中物理第4章机械能和能源第2节动能势能学案（含解析）粤教版必修2.docx

第二节动能势能学 习 目 标知 识 脉 络1.知道做功与能量转化的关系2知道动能的表达式，会用公式计算物体的动能(重点)3理解重力势能的概念，知道重力做功与重力势能变化的关系(重点、难点)4了解弹性势能的概念，会分析决定弹性势能大小的因素.一、动能1功和能的转化关系做功的过程就是能量转化的过程，做了多少功，就有多少能量发生转化，所以功是能量转化的量度功和能的单位相同，在国际单位制中，都是焦耳2动能(1)动能的定义物体由于运动而具有的能量称动能(2)动能的表达式物体的动能等于物体的质量与它的速度平方乘积的一半，即Ekmv2.(3)动能的单位在国际单位制中的单位为焦耳，符号是J.1 J1 kgm2/s21 Nm.二、重力势能1重力势能(1)定义：由物体所处位置的高度决定的能量(2)因素：和物体与地球之间相互作用的重力有关，又和这两者的相对位置有关(3)公式：Epmgh.(4)单位：焦耳，符号是J.(5)特点：重力势能是标量，但有正负值之分2重力做功特点只与运动物体运动的起点和终点的位置有关，而与运动物体所经过的路径无关3重力做功与重力势能变化的关系(1)表达式：WGEp1Ep2.(2)两种情况a当物体从高处运动到低处时，重力做正功即Ep1Ep2，重力势能减少b当物体由低处运动到高处时，重力做负功，即WG0，Ep1Ep2.()(6)重力势能为零的物体，就没有对外做功的本领()(7)弹簧越长，弹性势能越大()(8)弹力做正功，弹性势能减少；弹力做负功，弹性势能增加()【提示】(1)(2)动能是标量(3)仅速度方向变化时，动能不变(4)(5)(6)重力势能为零的物体仍能对外做功(7)弹簧形变量越大，弹性势能越大(8)2在水平路面上，有一辆以36 km/h行驶的客车，在车厢后座有一位乘客甲，把一个质量为4 kg的行李以相对客车5 m/s的速度抛给前方座位的另一位乘客乙，则行李的动能是()A500 JB200 JC450 J D900 JC行李相对地面的速度vv车v相对15 m/s，所以行李的动能Ekmv2450 J，选项C正确3(多选)如图所示，物体沿不同的路径从A运动到B，其中按不同的路径：有摩擦作用；无摩擦作用，无摩擦，但有其他外力拉它比较这三种情况下重力做的功W1、W2、W3，重力势能的变化量Ep1、Ep2、Ep3的关系，以下正确的是()AW1W2W3BW1W2W3CEp1Ep2Ep3 DEp1Ep2Ep3BC重力做功与路径无关，取决于物体初、末位置，且与物体受不受其他力无关重力势能的变化量只取决于重力做的功，因此，三种情况下重力做功相同，重力势能的变化量也相同4一竖直弹簧下端固定于水平地面上，小球从弹簧的正上方高为h的地方自由下落到弹簧上端，如图所示，经几次反弹以后小球最终在弹簧上静止于某一点A处，则()Ah愈大，弹簧在A点的压缩量愈大B弹簧在A点的压缩量与h无关Ch愈大，最终小球静止在A点时弹簧的弹性势能愈大D小球第一次到达A点时弹簧的弹性势能比最终小球静止在A点时弹簧的弹性势能大B最终小球静止在A点时，通过受力分析，小球受自身重力mg与弹簧的弹力kx大小相等，由mgkx得，弹簧在A点的压缩量x与h无关，弹簧弹性势能与h无关动能1.动能的特点(1)动能具有相对性，参考系不同，速度就不同，所以动能也不同一般都以地面为参考系描述物体的动能(2)动能是状态量，是表征物体运动状态的物理量物体的运动状态一旦确定，物体的动能就唯一地被确定了(3)物体的动能对应于某一时刻运动的能量，它仅与速度的大小有关，而与速度的方向无关动能是标量，且恒为正值2动能的变化(1)Ekmvmv为物体动能的变化量，也称作物体动能的增量，表示物体动能变化的大小(2)动能变化的原因：合力对物体做功是引起物体动能变化的原因，合力做功的过程实质上是其他形式的能与动能相互转化的过程，转化了多少由合力做了多少功来度量【例1】下列关于动能的说法正确的是()A两个物体中，速度大的动能也大B某物体的速度加倍，它的动能也加倍C做匀速圆周运动的物体动能保持不变D某物体的动能保持不变，则速度一定不变思路点拨：动能与质量和速度大小均有关. 动能是标量，速度是矢量C动能的表达式为Ekmv2，即物体的动能大小由质量和速度大小共同决定，速度大的物体的动能不一定大，故A错误；速度加倍，它的动能变为原来的4倍，故B错误；速度只要大小保持不变，动能就不变，故C正确，D错误动能与速度的三种关系(1)数值关系：Ekmv2，速度v越大，动能Ek越大(2)瞬时关系：动能和速度均为状态量，二者具有瞬时对应关系(3)变化关系：动能是标量，速度是矢量当动能发生变化时，物体的速度(大小)一定发生了变化，当速度发生变化时，可能仅是速度方向的变化，物体的动能可能不变1两个物体质量比为14，速度大小之比为41，则这两个物体的动能之比()A11B14C41 D21C由动能表达式Ekmv2得41，C对重力势能1重力势能的三个性质(1)重力势能的相对性由于重力势能表达式为Epmgh，高度h的相对性决定了重力势能具有相对性对于同一物体，选取不同的水平面作为零势能面，其重力势能具有不同的数值，即重力势能的大小与零势能面的选取有关(2)重力势能变化的绝对性物体在两个高度不同的位置时，由于高度差一定，重力势能之差也是一定的，即物体的重力势能的变化与参考平面的选取无关(3)重力势能的系统性重力是地球对物体吸引而产生的，如果没有地球对物体的吸引，就不会有重力，也不存在重力势能，所以重力势能是这个系统共同具有的，平时所说的“物体”的重力势能只是一种简化的说法2重力做功与重力势能的区别和联系概念重力做功重力势能物理意义重力对物体做功由物体与地球的相互作用产生，且由它们之间的相对位置决定的能表达式WGmghEpmgh影响大小的因素重力mg和初、末位置的高度差h重力mg和相对参考面的高度h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无关与参考平面的选择有关，同一位置的物体，选择不同的参考平面，其重力势能的值不同过程量状态量联系重力做功过程是重力势能改变的过程，重力做正功，重力势能减少，重力做负功，重力势能增加，且重力做了多少功，重力势能就改变多少，即WGEp1Ep2Ep【例2】如图所示，质量为m的小球，用一长为l的细线悬于O点，将悬线拉直成水平状态，并给小球一个向下的速度让小球向下运动，O点正下方D处有一光滑钉子，小球运动到B处时会以D为圆心做圆周运动，并经过C点，若已知ODl，则小球由A点运动到C点的过程中，重力做功为多少？重力势能减少了多少？思路点拨：重力做功只与初末位置高度差有关由WGEp分析重力势能变化解析从A点运动到C点，小球下落的高度为hl故重力做功WGmghmgl重力势能的变化量EpWGmgl负号表示小球的重力势能减少了答案mglmgl重力做功与重力势能变化的关系：WGEp1Ep2Ep，即重力势能变化多少是由重力做功的多少唯一量度的，与物体除重力外是否还受其他力作用以及除重力做功外是否还有其他力做功等因素均无关.2.如图，质量为m的小球，从离桌面H高处由静止下落，桌面离地高度为h.若以桌面为参考平面，那么小球落地时的重力势能及整个过程中重力势能的变化分别是()Amgh，减少mg(Hh)Bmgh，增加mg(Hh)Cmgh，增加mg(Hh)Dmgh，减少mg(Hh)D以桌面为参考平面，落地时物体的重力势能为mgh，初状态重力势能为mgH，即重力势能的变化EpmghmgHmg(Hh)，所以重力势能减少了mg(Hh)，D正确弹性势能1.弹性势能的产生原因(1)物体发生了弹性形变(2)物体各部分间有弹力的作用2弹簧弹性势能大小的影响因素(1)弹簧的劲度系数(2)弹簧的形变量3弹力做功与弹性势能变化的关系(1)弹力做功和重力做功一样也和路径无关，弹力对其他物体做了多少功，弹性势能就减少多少克服弹力做多少功，弹性势能就增加多少(2)弹性势能的变化只与弹力做功有关，弹力做负功，弹性势能增大，反之则减小弹性势能的变化量总等于弹力做功的相反数(3)弹性势能的增加量与减少量由弹力做功多少来量度(4)弹力做功与弹性势能变化的关系为W弹Ep.【例3】如图所示，处于自然长度的轻质弹簧一端与墙接触，另一端与置于光滑地面上的物体接触，现在物体上施加一水平推力F，使物体缓慢压缩弹簧，当推力F做功100 J时，弹簧的弹力做功_J，以弹簧处于自然长度时的弹性势能为零，则弹簧的弹性势能为_J.思路点拨：压缩弹簧，弹力做负功由弹力做功与弹性势能变化的关系分析解析100100答案在物体缓慢压缩弹簧的过程中，推力F始终与弹簧弹力等大反向，所以推力F做的功等于克服弹簧弹力所做的功，即W弹WF100 J由弹力做功与弹性势能的变化关系知，弹性势能增加了100 J.弹性势能理解时应注意的两个问题(1)弹簧的弹性势能的大小由弹簧的劲度系数和形变量(拉伸或缩短的长度)共同决定，劲度系数越大，形变量越大，弹簧的弹性势能越大(2)弹性势能具有相对性，但其变化量具有绝对性，因此，在判断弹性势能的变化时不必考虑零势能的位置3.如图所示，将一木球靠在轻质弹簧上，压缩后松手，弹簧将木球弹出已知弹出过程弹簧做了40 J的功，周围阻力做了10 J的功，此过程()A弹簧弹性势能减小10 JB弹簧弹性势能增加40 JC木球动能减小10 J D木球动能增加30 JD弹簧弹力做了40 J的功，弹性势能减少了40 J，选项A、B错误；合外力对木球做功为30 J，木球动能增加了30 J，选项C错误，选项D正确1质量为2 kg的物体A以5 m/s的速度向北运动，另一个质量为0.5 kg的物体B以10 m/s的速度向西运动，则下列说法正确的是()AEkAEkBBEkAEkBCEkAEkBD因运动方向不同，无法比较动能A根据Ekmv2知，EkA25 J，EkB25 J，而且动能是标量，所以EkAEkB，A项正确2一根粗细均匀的长直铁棒重600 N，平放在水平地面上现将一端从地面抬高0.50 m，而另一端仍在地面上，则()A铁棒的重力势能增加了300 JB铁棒的重力势能增加了150 JC铁棒的重力势能增加量为0D铁棒重力势能增加多少与参考平面选取有关，所以无法确定B铁棒的重心升高的高度h0.25 m，铁棒增加的