高中物理 74 重力势能课件 新人教版必修2.ppt

4重力势能 1 认识重力做功与路径无关的特点 理解重力势能的概念 2 理解重力做功与重力势能变化的关系 3 知道重力势能具有相对性 知道重力势能是物体和地球系统所共有的 1 特点只跟物体运动的 和 的位置有关 而跟物体运动的 无关 物体下降时重力做 功 物体被举高时重力做 功 2 表达式wg mg h1 h2 其中h1 h2分别表示物体起点和终点的高度 重力做的功 起点 终点 路径 正 负 mgh 思考1 某物体从一位置运动到另一位置 重力一定做功吗 提示 重力不一定做功 判断物体运动过程中重力是否做功 主要是看运动的初 末位置是否在同一高度上 若初 末位置在同一高度上 则重力不做功 若初 末位置不在同一高度上 则重力做功 7 4 1 答案b 1 定义物体由于 而具有的能量叫做重力势能 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ep 3 单位在国际单位制中重力势能的单位是 与功的单位相同 重力势能 被举高 重力 高度 mgh 焦耳 4 重力做功与重力势能变化的关系 1 表达式 wg ep 2 两种情况 ep1 ep2 2 下列关于重力势能的说法中正确的是 a 有a b两个物体 a的高度是b高度的2倍 那么物体a的重力势能的数值一定是物体b的2倍b 从同一高度将某一物体以相同的速度竖直上抛或平抛 从抛出到落地的过程中 物体重力势能的变化是相同的c 有一物体从楼顶落到地面 如果受到空气阻力 物体重力势能的减少量小于自由下落时重力势能的减少量d 重力做功时 不仅与物体运动的高度差有关 还与物体运动的路径有关 解析由ep mgh知 只有ma mb时 a的重力势能才是b的2倍 a错 由重力做功特点可知 重力做功等于重力势能的减少 与经过的路径无关 与物体是否受其他力也无关 c d错 b对 答案b 1 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 在参考平面上 物体的重力势能取作 2 重力势能的相对性 选择不同的参考平面 物体重力势能的数值是 的 对选定的参考平面 上方物体的重力势能是 值 下方物体的重力势能是 值 负号表示物体在这个位置具有的重力势能要比在参考平面上具有的重力势能 重力势能的性质 水平面 水平面 0 不同 正 负 小 2 标矢性重力势能为 其正负表示重力势能的大小 物体在参考平面上方时 重力势能为 值 在参考平面下方时 重力势能为 值 3 系统性重力势能是 与 所组成的系统共有的 标量 正 负 地球 物体 思考2 在同一高度的质量不同的两个物体 它们的重力势能有可能相同吗 提示 有可能 若选定两物体所处的水平面为参考平面 则两物体的重力势能为0 3 质量为20kg的薄铁板平放在二楼的地面上 二楼地面与楼外地面的高度差为5m 这块薄铁板相对二楼地面的重力势能为 j 相对楼外地面的重力势能为 j 将薄铁板提高1m 若以楼外地面为参考平面 则薄铁板的重力势能变化了 j g取10m s2 解析根据重力势能的定义式 以二楼地面为参考平面时ep 0 以楼外地面为参考平面时ep mgh 20 10 5j 103j 将薄铁板提高1m时 ep ep2 ep1 mgh1 mgh 20 10 5 1 j 20 10 5j 200j 答案0103200 1 相对性 因为ep mgh 高度h的相对性决定了重力势能具有相对性 2 重力势能是个标量物体的重力势能为负值表示物体的重力势能比在参考面上时具有的重力势能要少 这跟用正负表示温度高低是相似的 重力势能的理解及计算 典例1 关于重力势能 下列说法中正确的是 a 物体的位置一旦确定 它的重力势能的大小也随之确定b 物体与零势能面的距离越大 它的重力势能也越大c 一个物体的重力势能从 5j变化到 3j 重力势能减少了d 重力势能的减少量等于重力对物体做的功 解析物体的重力势能与参考面有关 同一物体在同一位置相对不同的参考面的重力势能不同 a选项错 物体在零势能面以上 距零势能面的距离越大 重力势能越大 物体在零势能面以下 距零势面的距离越大 重力势能越小 b选项错 重力势能中的正 负号表示大小 5j的重力势能小于 3j的重力势能 c选项错 重力做的功量度了重力势能的变化 d选项正确 答案d 1 零势能面以下的重力势能均为负值 号代表重力势能的大小 因此 比较大小时 一定要带着 号进行比较 2 计算物体的重力势能 必须选定零势能参考面 跟踪1 如图7 4 2所示 桌面高为h 质量为m的小球从离桌面高h处自由落下 不计空气阻力 假设以桌面处为参考平面 则小球落到地面前瞬间的重力势能为 a mghb mghc mg h h d mgh 图7 4 2 解析重力势能的大小是相对参考平面而言的 参考平面的选择不同 物体的相对高度就不同 重力势能的大小也不同 本题中已选定桌面为参考平面 则小球在最高点时的高度为h 小球在与桌面相平时的高度为零 小球在地面时的高度为 h 所以小球落到地面前的瞬间 它的重力势能为ep mgh 答案d 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wg ep1 ep2 ep 重力做功与重力势能变化的关系 典例2 2012 上海 质量相等的均质柔软细绳a b平放于水平地面 绳a较长 分别捏住两绳中点缓慢提起 直到全部离开地面 两绳中点被提升的高度分别为ha hb 上述过程中克服重力做的功分别为wa wb 若 a ha hb 则一定有wa wbb ha hb 则可能有wahb 则一定有wa wb 答案b 重力做功与重力势能变化的关系 跟踪2 质量为m的物体从地面上方h高处由静止释放 落在地面后出现一个深度为h的坑 如图7 4 3所示 在此过程中 a 重力对物体做功为mghb 重力对物体做功为mg h h c 物体的重力势能减少了mg h h d 物体的重力势能增加了mg h h 图7 4 3 解析从初位置到末位置小球的高度下降了h h 所以物体的重力做功为wg mg h h 故a错 b正确 重力做正功 重力势能减少 减少的重力势能等于重力所做的功 所以 ep mg h h 故c正确 d错误 答案bc 解题技法5重力做功的求解方法1 公式法利用wg mgh求解 其中h为初 末位置的高度差 2 转化法对于无法利用做功公式来计算重力做功的问题 我们可以转换一下思考的角度 因为重力做功与重力势能的变化相对应 所以通过求重力势能的变化量来求重力做功是一种解题途径 即利用公式wg ep1 ep2 ep 通过求重力势能的变化 ep来求重力做的功wg 3 整体法 等效法常用于求物体系统或液体的重力做功 对于大小和形状不可忽略的物体 要由其重心的位置来确定它相对参考平面的高度 典例剖析 图7 4 4 审题技巧 解答该类问题注意两点 1 重力势能ep mgh中的h是相对参考平面的高度 2 重力做功与重力势能的关系 w ep 我来冲关 图7 4 5 状元微博 1 重力做功是重力势能变化的原因 重力做的功与重力势能的变化量为等值关系 两者均与参考平面的选择无关 2 重力势能的变化只取决于物体的重力做功的情况 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 一 对重力做功的理解1 如图7 4 6所示 甲 乙两名学生的质量都是m 当他们分别以图示的路径登上高h的阶梯顶端a时 他们的重力做功情况是 a 甲的重力做功多b 乙的重力做功多c 甲 乙的重力做功一样多d 无法判断 图7 4 6 解析因为重力做功只与物体的初 末位置有关 与运动路径无关 所以甲 乙的重力做的功均为mgh 故c正确 答案c 2 将一个物体由a移至b 重力做功 a 与运动过程中是否存在阻力有关b 与物体沿直线或曲线运动有关c 与物体是做加速 减速或匀速运动有关d 与物体初 末位置高度差有关解析将物体由a移至b 重力做功只与物体初 末位置高度差有关 a b c错 d对 答案d 二 对重力势能的理解3 关于重力势能 下列说法中正确的是 a 重力势能是地球与物体所组成的系统共有的b 重力势能为负值 表示物体的重力势能比在参考平面上具有的重力势能少c 卫星绕地球做椭圆运动 当由近地点向远地点运动时 其重力势能减小d 只要物体在水平面以下 其重力势能就为负值 解析由重力势能的系统性可知 a正确 物体在参考平面时重力势能为零 高于参考平面时重力势能为正 低于参考平面时 重力势能为负 其 正负 表示大小 b正确 卫星由近地点到远地点的过程中 克服重力做功 重力势能增大 c错误 参考平面的选取是任意的 水平面不一定是参考平面 d错误 答案ab 4 关于重力势能的几种理解 正确的是 a 重力势能等于0的物体 一定不会对别的物体做功b 放在地面上的物体 它的重力势能一定等于0c 在同一高度将某一物体无论向任何方向抛出 落地时减少的重力势能都相等d 相对不同的参考平面 物体具有不同数值的重力势能 但并不影响有关重力势能变化的研究 解析答案cd 三 重力做功与重力势能的关系