高中物理 7.4重力势能（探究导学课型）课件 新人教版必修2.ppt

4重力势能 一 重力做的功1 正 负功 物体下降时重力做 功 被举高时重力做 功 2 特点 物体运动时 重力对它做的功只跟它的 有关 而跟物体运动的 无关 3 大小 等于物体重力跟起点高度的乘积mgh1与物体重力跟终点高度的乘积mgh2两者 wg 正 负 起点和终点的 位置 路径 之差 mgh1 mgh2 自我思悟 将一石块竖直上抛 经过一定时间后石块又落回到抛出点 试思考以下两个问题 1 在上升和下降过程中 石块的重力各做什么功 2 在整个过程中 石块的重力做功是多少 提示 1 在上升阶段 石块的重力做负功 下降阶段 石块的重力做正功 2 整个过程中 石块的初始位置与终止位置相同 高度的变化量为零 故石块重力做的功为零 二 重力势能1 大小 等于物体所受重力与所处 的乘积 ep 2 标矢性 重力势能是 a 标量b 矢量 3 单位 与 的单位相同 4 重力做功与重力势能变化的关系 1 表达式 wg ep 高度 mgh a 焦耳 功 ep1 ep2 2 两种情况 减小 增加 自我思悟 1 对于某一物体 位置高度降低时 它的重力势能是增大还是减小 提示 由重力势能公式mgh知 物体的高度h降低时 重力势能减小 2 某个运动过程 物体的重力做了20j的正功 则物体的重力势能怎么变化 变化了多少 提示 物体的重力势能减少 减少了20j 三 重力势能的两性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 在参考平面上 物体的重力势能取作 2 相对性 选择不同的参考平面 物体重力势能的数值是 3 正负的含义 参考平面上方物体的重力势能是 参考平面下方物体的重力势能是 2 系统性 重力势能是 与 所组成的 系统 共有的 水平面 0 不同的 正值 负值 地球 物体 自我思悟 1 某一物体在两个位置的重力势能分别是ep1 2j ep2 3j 则ep1与ep2大小关系如何 提示 重力势能是标量 对于同一个物体 重力势能的正负就表示它的大小 故ep1 ep2 2 三峡大坝横跨2309m 坝高185m 其1820万kw的装机容量为世界第一 847亿kw h的年发电量居世界第二 想一想三峡大坝为何修建得那么高 提示 三峡大坝的一个重要功能是利用水的机械能发电 之所以将其修建得很高 是为了提高大坝的上下水位落差 以利于使更多的重力势能转化为电能 一 对于重力势能的理解深化理解1 重力势能的三性 1 标量性 重力势能是标量 只有大小没有方向 但有正负 对于选定的参考平面 物体在参考平面上方时 重力势能为正 在参考平面下方时 重力势能为负 在参考平面上时 重力势能为零 正的重力势能大于负的重力势能 2 相对性 由于重力势能表达式为ep mgh 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参考平面 其重力势能具有不同的数值 即重力势能的大小与参考平面的选取有关 3 系统性 重力是地球对物体的吸引而产生的 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 微思考 如图 幼儿园小朋友们正在兴高采烈地玩滑梯 请思考以下问题 1 小朋友滑落到地面上时的重力势能一定为零吗 2 小朋友从最高点滑落到地面过程中重力势能是增加还是减少 提示 1 若选地面为参考平面 则小朋友滑落到地面上时的重力势能就一定为零 若选其他高度为参考平面 则小朋友滑落到地面上时的重力势能就一定不为零 2 根据重力势能的表达式知 小朋友沿滑梯下滑时 高度变低 重力势能减少 题组通关 示范题 2014 连云港高一检测 下列关于重力势能的说法正确的是 a 重力势能的大小只由重物本身决定b 所处位置高的物体 则重力势能就大c 在地面上的物体 它具有的重力势能一定等于零d 重力势能实际上是物体和地球所共有的 解题探究 1 重力势能的大小取决于 和物体相对参考平面的 2 重力势能为正时 表示物体处于参考平面的 为负时表示物体处于参考平面的 物重 高度 上方 下方 规范解答 选d 重力势能等于物体的重力与物体重心高度的乘积 故选项a b都不对 重力势能具有相对性 零势能位置的选取是任意的 地面不一定是零势能位置 选项c错误 重力是物体与地球间的作用力 重力势能实际上也是地球与物体共有的 重力势能具有系统性 选项d正确 通关1 1 1 2014 南京高一检测 下列说法中正确的是 a 在水平地面以上某高度的物体重力势能一定为正值b 质量大的物体重力势能一定大c 不同的物体中离地面最高的物体其重力势能最大d 离地面有一定高度的物体其重力势能可能为零 解析 选d 重力势能具有相对性 其大小或正负与参考平面的选取有关 所以在地面以上某高度的物体的重力势能不一定为正值 a项错误 若选取离地面某高度处为参考平面 物体在此高度处的重力势能为零 d项正确 重力势能的大小取决于物体质量和所在的高度两个因素 b c项错误 2 一个实心铁球和一个实心木球质量相等 将它们放在同一水平地面上 下列结论中正确的是 a 铁球的重力势能大于木球的重力势能b 铁球的重力势能小于木球的重力势能c 铁球的重力势能等于木球的重力势能d 上述三种情况都有可能 解析 选b 实心的铁球和木球 质量相等 由于铁球的密度大 体积小 所以铁球的重心离地面的高度小 根据重力势能的表达式ep mgh 可知铁球的重力势能小于木球的重力势能 故b正确 a c d错误 变式训练 1 关于重力势能 以下说法中正确的是 a 某个物体处于某个位置 重力势能的大小是唯一确定的b 只要重力做功 重力势能一定变化c 物体做匀速直线运动时 重力势能一定不变d 重力势能为零的物体 不可能对别的物体做功 解析 选b 选取不同的零势能面 则同一位置的物体的重力势能是不同的 故a错误 重力势能的改变量等于重力做功的多少 故若重力做功 重力势能一定发生变化 故b正确 物体若在竖直方向做匀速直线运动 物体的高度变化 重力势能也会发生变化 故c错误 重力势能的大小是相对于零势能面的高度决定的 重力势能为零只能说明物体处于零势能面上 它对下方的物体同样可以做功 故d错误 2 多选 如图所示 两块三角形的木板b c竖直放在水平桌面上 它们的顶点连接在a处 底边向两边分开 一个锥体置于a处 放手之后 奇特的现象发生了 锥体自动地沿木板滚上了b c板的高处 不计一切阻力 下列说法正确的是 a 锥体在滚动过程中重心逐渐升高b 锥体在滚动过程中重心逐渐降低c 锥体在滚动过程中重力势能逐渐增大d 锥体在滚动过程中重力势能逐渐减小 解析 选b d 锥体在重力作用下滚动 说明锥体的重心逐渐降低 选项a错误 选项b正确 锥体重心降低 重力势能随之减小 选项c错误 选项d正确 素养升华 重力势能的求解方法 1 定义法 选取参考平面 确定物体相对参考平面的高度h 代入ep mgh求解重力势能 2 wg和ep关系法 由wg ep1 ep2知ep2 ep1 wg或ep1 wg ep2 3 变化量法 重力势能的变化量 ep ep2 ep1 故ep2 ep1 ep或ep1 ep2 ep 二 重力做功与重力势能对比分析1 重力做功与重力势能的比较 2 重力做功与重力势能变化关系的理解 1 无论物体是否受其他力的作用 无论物体做何种运动 关系式wg ep总是成立的 2 功是能量转化的量度 重力势能的变化是由重力做功引起的 重力做功的多少是重力势能变化的量度 微思考 中国目前最高摩天轮 南昌之星高度达到160m 假设一个50kg的乘客从地面乘坐该摩天轮到达最高点 则 1 乘客重力做功为多少 提示 重力做的功为wg mgh 50 10 160j 8 104j 2 乘客的重力势能变化了多少 提示 根据wg ep得 乘客的重力势能变化了 ep wg 8 104j 即乘客的重力势能增加了8 104j 3 由 1 2 可知 重力做功与重力势能的变化有什么关系 提示 克服重力做多少功 重力势能就增加多少 题组通关 示范题 2014 梅州高一检测 大型拱桥的拱高为h 弧长为l 如图所示 质量为m的汽车在以不变的速率v由a点运动到b点的过程中 以下说法正确的是 a 由a到b的过程中 汽车的重力势能始终不变 重力始终不做功b 汽车的重力势能先减小后增加 总的变化量为0 重力先做负功 后做正功 总功为零c 汽车的重力势能先增大后减小 总的变化量为0 重力先做正功 后做负功 总功为零d 汽车的重力势能先增大后减小 总的变化量为0 重力先做负功 后做正功 总功为零 解题探究 1 运动过程中 汽车所处的高度 2 汽车初 末位置所处的高度 规范解答 选d 前半阶段 汽车向高处运动 重力势能增加 重力做负功 后半阶段 汽车向低处运动 重力势能减小 重力做正功 选项d正确 先升高后降低 相同 通关1 1 1 一根粗细均匀的长直铁棒重600n 平放在水平地面上 现将一端从地面抬高0 50m 而另一端仍在地面上 则 a 铁棒的重力势能增加了300jb 铁棒的重力势能增加了150jc 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 解析 选b 铁棒的重心升高的高度h 0 25m 铁棒增加的重力势能等于克服重力做的功 与参考平面选取无关 即 ep mgh 600 0 25j 150j 故b正确 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od l 则小球由a点运动到c点的过程中 重力势能减少了多少 重力做功为多少 解析 从a点运动到c点 小球下落高度h l 故重力做功wg mgh mgl 重力势能的变化量 ep wg mgl负号表示小球的重力势能减少了 答案 mglmgl 变式训练 1 多选 一物体静止在升降机的地板上 在升降机加速上升的过程中 a 地板对物体的支持力做正功b 重力做正功c 支持力对物体做功等于重力势能增加量d 物体克服重力做功等于重力势能增加量 解析 选a d 物体向上运动 位移方向向上 所以支持力做正功 重力做负功 选项a正确 b错误 根据重力做功和重力势能变化的关系 d正确 升降机加速上升时 支持力大于重力 支持力做功不等于克服重力做功 也就不等于重力势能增加量 c错误 2 多选 如图所示 一物体从a点沿粗糙面ab与光滑面ac分别滑到同一水平面上的b点与c点 则下列说法中正确的是 a 沿ab面重力做功多b 沿两个面重力做的功相同c 沿ab面重力势能减少得多d 沿两个面减少的重力势能相同 解析 选b d 物体重力做功的多少只与它运动的初 末位置的高度差有关 与其他因素无关 所以沿两个面重力做的功相同 a错误 b正确 由于重力势能的变化总等于重力所做的功 故沿两个面减少的重力势能相同 c错误 d正确 素养升华 判断重力做功正负的方法 1 根据功的定义式判断 若物体向上运动或有竖直向上的分位移 重力做负功 若物体向下运动或有竖直向下的分位移 重力做正功 2 根据重力势能的变化与重力做功的关系判断 由关系式wg ep得 重力势能增加 重力一定做负功 重力势能减少 重力一定做正功 资源平台 备选角度 重力做功与重力势能的变化的关系的应用 示范题 在水平地面上平铺着n块相同的砖 每块砖的质量都为m 厚度为d 若将这n块砖一块一块地叠放起来 至少需要克服重力做多少功 标准解答 取n块砖整体为研究对象 叠起来后整体重心距地面的高度为nh 原来重心距地面的高度为 故有wg ep nmg nmg nh n n 1 mgh 所以克服重力做功 n n 1 mgh答案 n n 1 mgh 绳子 链条类物体的重力势能的求解方法 案例剖析 质量为m的均匀链条长为l 开始放在光滑的水平桌面上时 有的长度悬在桌边缘 如图所示 松手后 链条滑离桌面 问从开始到链条刚滑离桌面过程中重力势能变化了多少 桌面离地面高度大于l 精讲精析 解法一 链条从开始到刚滑离桌面过程中 相当于将开始桌面上的的链条移至末态的下端处 故重心下降了l 所以重力做功重力势能变化 ep 解法二 设桌面为参考面 开始时重力势能末态时重力势能故重力势能变化答案 重力势能减少 名师指津 求解绳子 链条类物体的重力势能的技巧 1 重力势能的基本计算式是ep mgh 对于实际物体 式中h表示物体重心相对零势能面的高度 2 求解绳子 链条类物体的重力势能时 重心位置的确定是关键 粗细均匀 质量分布均匀的长直绳子或链条 其重心在长度的一半处 3 两种情况下重力势能的求解 当绳子 链条呈直线状 或水平或竖直或倾斜 形式放置时 ep mgh中的h表示长度一半位置相对零势能面的高度 当绳子 链条不以直线状 如折线状 形式放置时 应当分段表示重力势能再求和 自我小测 1 多选 2014 泰安高一检测 如图所示 倾角 30 的粗糙斜面固定在地面上 长为l 质量为