高中物理 第2章 能的转化与守恒 第2节 势能的改变课件 鲁科版必修2.ppt

第2节势能的改变 教师备课参考 核心素养养成目标 物理观念1 理解重力势能和弹性势能的概念 会用重力势能的定义进行计算 2 理解重力势能的变化和重力做功的关系 3 知道重力势能的相对性 科学思维与科学探究1 通过一些自然现象 让学生体验到重力势能 让学生将生活实际与物理概念相联系 2 通过实验 体验重力势能与哪些因素有关 再通过具体实例说明重力势能的正负 重力势能的相对性 重力做功与路径无关等 科学态度与责任1 通过重力势能的学习 体会物理规律与生活的联系 2 渗透相对性的思想 教学重难点 教学重点1 势能的概念 2 重力做功与重力势能改变的关系 教学难点势能相对性的理解 感悟解题规律 探寻基本知识 测评学习效果 探寻基本知识 树立物理观念 知识点一 重力势能 情境导学 如图所示 高大的椰子树上的椰子质量为m 离地面高度为h 1 选择地面为参考平面 椰子的重力势能是多少 2 同一物体在同一位置重力势能的大小数值相同吗 答案 1 ep mgh 2 不一定 重力势能与零势能面选取有关 知识梳理 1 定义 物体处于一定的而具有的能 2 大小及标矢性 重力势能的大小与物体的和所处的有关 其大小为ep 单位是焦耳 符号为j 重力势能是量 只有大小 没有方向 3 参考平面 把高度规定为零的水平面 则物体在该面上的重力势能为零 参考平面的选取是的 通常情况下选取水平地面为参考平面 思考判断 1 物体的质量越大 重力势能一定越大 2 物体越高 重力势能一定越大 3 处在参考平面上的物体重力势能均为零 高度 质量 高度 mgh 标 任意 知识点二 重力做功与重力势能的改变 情境导学 如图所示 某滑雪爱好者由高处沿雪坡匀速疾驰而下 试问 1 下滑过程中 重力做什么功 重力势能怎么变化 2 滑雪爱好者从高处a点出发 沿不同的路径到达坡底同一点b 此过程重力做功相等吗 重力做功有什么特点 答案 1 重力做正功 重力势能减少 2 相等 重力做功与路径无关 只取决于初末位置的高度差 知识梳理 1 两者关系 物体重力势能的变化只由决定 与是否存在其他力的作用及有没有其他力做功均无关 物体从高处下落时 重力做正功 重力势能 物体升高时重力做负功 重力势能 2 关系式 wg ep 思考判断 1 重力做5j的正功 重力势能增加了5j 2 跳伞运动员从某一高度跳下 有风和无风时 由于运动路径不同 重力做功不同 3 选不同的零势能点 同一物体的重力势能不同 重力势能改变量相同 重力所做的功 减小 增大 ep1 ep2 知识点三 弹性势能的改变 情境导学 三张图中的物体有什么共同点 答案 弓 金属圈 弹性杆在发生形变时 都会伴随着弹性势能的产生 在适当的条件下通过弹力做功将弹性势能转化为其他形式的能 知识梳理 1 定义 物体因为发生而具有的能 2 弹性势能的改变 物体弹性势能的改变总是与弹力做功相对应 即弹力对外做了多少功 弹性势能就多少 反之 克服弹力做了多少功 弹性势能就多少 3 势能 由物体间的决定的能 弹性形变 减小 增大 相对位置 要点一 感悟解题规律 培养科学思维 重力势能的理解 1 重力势能的正负重力势能是标量 其数值可正可负可为零 表示的是相对大小 如图所示 物体在a b c三点重力势能的正负如表所示 2 重力势能的三个性质 1 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 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 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 典例1 如图所示 桌面距地面0 8m 一物体质量为2kg 静止在距桌面0 4m处 1 以地面为参考平面 计算物体具有的势能 并计算物体由静止下落到桌面的过程中 重力势能减少了多少 思路探究 1 两种情况下 重力势能的零势能参考平面相同吗 答案 不相同 选不同的参考平面 同一物体在同一位置的重力势能不同 解析 1 以地面为参考平面 物体的高度h1 1 2m 因而物体的重力势能为ep1 mgh1 2 9 8 1 2j 23 52j 物体落至桌面时重力势能为ep2 mgh2 2 9 8 0 8j 15 68j 物体重力势能的减少量ep1 ep2 7 84j 答案 1 23 52j7 84j 思路探究 2 如何计算重力势能的变化和重力势能的减少 答案 重力势能的变化应为末位置与始位置的重力势能之差 即 ep ep2 ep1 重力势能的减少应为初位置与末位置的重力势能之差 为ep1 ep2 解析 2 同理ep1 7 84j ep2 0 故物体落至桌面时 重力势能的减少量为7 84j 答案 2 7 84j7 84j 2 以桌面为参考平面 计算物体具有的势能 并计算物体由静止下落到桌面的过程中 重力势能减少了多少 理解重力势能应注意的问题 1 重力势能的计算公式ep mgh中 h表示物体距参考平面的高度 因此求物体的重力势能时 一定要找准物体的重心到参考平面的高度 同一物体的重力势能的大小与参考平面的选取有关 具有相对性 2 重力势能的变化与重力做功有关 与参考平面的选取无关 规律方法 教师备用 例1 1 如图所示 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 假设桌面处的重力势能为0 则小球落到地面前瞬间的重力势能为 a mghb mghc mg h h d mgh 解析 据题意知 已选定桌面为参考平面 则小球在最高点时的高度为h 小球在桌面的高度为零 小球在地面时的高度为 h 所以小球落到地面时 它的重力势能为ep mgh 故d正确 d 针对训练1 1 一实心的正方体铁块甲与一实心的正方体木块乙质量相等 将它们放在水平地面上 如图所示 下列结论正确的是 a 铁块的重力势能大于木块的重力势能b 铁块的重力势能等于木块的重力势能c 铁块的重力势能小于木块的重力势能d 上述三种情况都有可能 解析 质量相等时 木块密度小 体积大 重心高 所以木块的重力势能大于铁块的重力势能 故选项c正确 c 要点二 重力做功与重力势能变化的关系 1 重力做功 1 特点 重力对物体所做的功只与物体的初末位置有关 与物体的运动路径无关 与物体是否受其他力无关 与物体的运动状态无关 2 公式 w mg h1 h2 h1 h2 表示高度差 2 重力做功与重力势能的比较 3 重力做功与重力势能的变化 1 物体重力势能的变化只由重力所做的功决定 2 关系式为wg ep1 ep2 ep 即重力做的功等于重力势能的减少 典例2 起重机以的加速度将质量为m的物体匀减速地沿竖直方向提升高度h 则起重机钢索的拉力对物体做的功为多少 物体克服重力做功为多少 物体的重力势能变化了多少 思路探究 1 除重力以外还有其他力做功吗 答案 有 若只有重力作用 则加速度是g 2 其他力做功影响重力做功吗 答案 不影响 重力做功与物体的重力和初 末位置的高度差有关 答案 mghmgh增加了mgh 规律方法重力势能变化的两种求解方法 1 应用重力势能变化公式 ep ep2 ep1来求 具体方法是首先选取零势能参考平面 然后应用ep mgh求出物体在初 末位置的重力势能 再代入公式 ep ep2 ep1求出重力势能变化量 2 应用重力势能变化与重力做功的关系来求 先根据条件确定初 末位置的高度差 h 代入wg mg h求出重力做的功 再利用关系式wg ep确定出重力势能的变化量 教师备用 例2 1 在离地80m处无初速释放一小球 小球质量为m 200g 不计空气阻力 g取10m s2 取最高点所在水平面为零势能参考平面 求 1 在第2s末小球的重力势能 答案 1 40j 答案 2 90j减少了90j 2 3s内重力所做的功及重力势能的变化 针对训练2 1 质量为m的小球从离桌面h高处由静止下落 桌面离地面高度为h 如图所示 若以桌面为参考平面 那么小球落地时的重力势能及整个下落过程中重力势能的变化分别是 a mgh 减少mg h h b mgh 增加mg h h c mgh 增加mg h h d mgh 减少mg h h 解析 小球落地时在参考平面以下 此时小球的重力势能为 mgh 小球在全过程中重力做正功 重力势能减少 ep mg h h 因此应选d d 要点三 弹性势能与弹性势能的改变 1 弹性势能的产生原因 1 物体发生了弹性形变 2 各部分间的弹力作用 2 弹簧弹性势能的影响因素 1 弹簧的形变量l 2 弹簧的劲度系数k 3 系统性 弹性势能是发生弹性形变的物体上所有质点因相对位置改变而具有的能量 因此弹性势能具有系统性 4 相对性 弹性势能的大小与选定的零势能位置有关 对于弹簧 一般规定弹簧处于原长时的势能为零势能 典例3 多选 如图所示 一个物体以速度v0冲向与竖直墙壁相连的轻质弹簧 墙壁和物体间的弹簧被物体压缩 在此过程中以下说法正确的是 a 物体对弹簧做的功与弹簧的压缩量成正比b 物体向墙壁运动发生相同的位移 弹力做的功不相等c 弹簧的弹力做正功 弹性势能减小d 弹簧的弹力做负功 弹性势能增加 思路探究 1 物体在压缩的过程中 所受弹簧的弹力的表达式怎样 弹力怎样变化 答案 弹簧的弹力满足胡克定律f kx 由于弹簧的形变量越来越大 则弹力越来越大 2 弹力对物体做正功还是负功 弹性势能增加还是减小 答案 弹力对物体做负功 弹性势能增加 bd 解析 本题考查了弹力做功与势能的变化关系 由功的计算公式w flcos 知 恒力做功时 做功的多少与物体的位移成正比 而弹簧对物体的弹力是一个变力f kx 所以选项a错误 弹簧开始被压缩时弹力小 物体移动一定距离时弹力做的功也少 弹簧的压缩量变大时 物体移动相同的距离做的功多 故选项b正确 物体压缩弹簧的过程中 弹簧的弹力与弹力作用点的位移方向相反 所以弹力做负功 弹簧的压缩量增大 弹性势能增大 故选项c错误 d正确 规律方法决定弹性势能变化的因素 对于同一个弹簧伸长和压缩相同的长度时弹性势能是一样的 所以弹性势能和弹簧的形变量之间不是一一对应的关系 而是某个弹性势能可能对应着伸长和压缩两个不同的状态 针对训练3 1 2016 全国 卷 22 某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究 实验装置如图 甲 所示 轻弹簧放置在光滑水平桌面上 弹簧左端固定 右端与一物块接触而不连接 纸带穿过打点计时器并与物块连接 向左推物块使弹簧压缩一段距离 由静止释放物块 通过测量和计算 可求得弹簧被压缩后的弹性势能 1 实验中涉及下列操作步骤 把纸带向左拉直 松手释放物块 接通打点计时器电源 向左推物块使弹簧压缩 并测量弹簧压缩量上述步骤正确的操作顺序是 填入代表步骤的序号 解析 1 启动打点计时器前 应把纸带拉直以减小因纸带受到摩擦力而产生的误差 实验时应先接通打点计时器的电源 再释放物块 故正确的操作顺序是 答案 1 2 图 乙 中m和l纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果 打点计时器所用交流电的频率为50hz 由m纸带所给的数据 可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为m s 比较两纸带可知 填 m 或 l 纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大 答案 2 1 29m 测评学习效果 演练当堂技法 1 多选 关于重力势能与重力做功 下列说法中正确的是 a 物体克服重力所做的功等于重力势能的增加量b 在同一高度 将物体以初速度v0向不同方向抛出 从抛出到落地的过程中 重力所做的功相等 物体所减少的重力势能也一定相等c 重力势能等于零的物体 不可能对别的物体做功d 用手托住一个物体匀速上举时 手的支持力做的功等于克服重力所做的功 也等于物体重力势能的增加量 解析 重力势能具有相对性 重力对物体所做的功等于物体重力势能的变化量 即wg ep 故选项a b正确 重力势能等于零 只能说明物体在参考平面上 不影响其对别的物体做功 故选项c错误 物体匀速上升 手的支持力大小等于物体的重力 两者移动的距离也相同 所以手的支持力做的功等于克服重力做的功 又wg ep 故手的支持力做的功也等于物体重力势能的增加量 故选项d正确 abd 2 自然现象中蕴藏着许多物理知识 如图所示为一个盛水袋 某人从侧面缓慢推袋壁使它变形 则水的重力势能 a 增大b 变小c 不变d 不能确定 解析 从侧面缓慢推袋壁使它变形时 水位上升 水的重心上升 则水的重力势能增大 故选项a正确 a 3 多选 关于弹性势能 下列说法中正确的是 a 任何发生弹性形变的物体 都具有弹性势能b 任何具有弹性势能的物体 一定发生了弹性形变c 物体只要发生形变 就一定具有弹性势能d 弹簧的弹性势能与弹簧被拉伸或压缩的长度有关 abd 解析 任何发生弹性形变的物体都具有弹性势能 因此具有弹性势能的物体一定发生了弹性形变 而弹性势能的改变只与弹力做功有关 故选项a b正确 物体发生了形变 若是非弹性形变 无弹力作用 则物体就不具有弹性势能 故选项c错