2019_2020学年高中物理第4章3势能教案教科版必修2.docx

3势能学 习 目 标知 识 脉 络(教师用书独具)1.认识重力做功与路径无关的特点2理解重力势能的概念，知道重力势能具有相对性，会用重力势能的表达式进行计算(重点、难点)3理解重力做功与重力势能变化的关系(重点)4了解弹性势能，知道弹性势能、重力势能都是系统所共有的.一、重力势能1定义：物体由于位于高处而具有的能量叫作重力势能2重力做的功(1)特点：重力对物体做的功跟路径无关，仅由物体的质量和始、末位置的高度决定(2)表达式：WGmgh1mgh2.3重力势能的表达式：Epmgh.物体的重力势能等于物体受到的重力和它的高度的乘积4重力势能的相对性重力势能总是相对选定的参考平面而言的物体在参考平面上时，重力势能为零物体在参考平面上方时，重力势能为正值，在参考平面下方时，重力势能为负值二、弹性势能1弹性势能：物体由于发生弹性形变而具有的能量物体的形变越大，弹性势能越大2势能：重力势能和弹性势能都属于势能三、势能是系统所共有的1重力势能是地球与受重力作用的物体组成的系统所共有的2弹性势能是弹力装置与受弹力作用的物体组成的系统所共有的1思考判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)物体克服重力做功，重力势能减少()(2)人沿不同路径从山脚到达山顶时，克服重力做的功相同()(3)选择不同的参考平面，同一物体重力势能的数值就不相同()(4)弹簧越长，弹性势能就越大()(5)只要弹簧的形变量相同，弹性势能就相同()(6)弹力做正功时，弹簧的弹性势能减小()【提示】(1)(2)(3)(4)(5)(6)2(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3关于弹簧的弹性势能，下列说法中正确的是()A当弹簧变长时，它的弹性势能一定增大B当弹簧变短时，它的弹性势能一定减小C在拉伸长度相同时，k越大的弹簧，它的弹性势能越大D弹簧在拉伸时的弹性势能一定大于压缩时的弹性势能C弹簧弹性势能的大小，除了跟劲度系数k有关外，还跟它的形变量(拉伸或压缩的长度)有关如果弹簧原来处在压缩状态，当它变长时，它的弹性势能应减小，在原长处最小C正确4一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，铁棒增加的重力势能等于克服重力做的功，与参考平面选取无关，即Epmgh6000.25 J150 J，故B正确对重力势能的理解1重力做功与重力势能的关系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，其重力势能的数值不同过程量状态量联系重力做功的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WGEp1Ep2Ep2.重力势能的相对性和绝对性(1)重力势能的相对性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(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，如图所示选择不同的参考平面，重力势能的数值不同，如下表：参考平面EpAEpBEpC地面正值正值零桌面正值零负值A处平面零负值负值【例1】如图所示，桌面距地面0.8 m，一物体质量为2 kg，放在距桌面0.4 m的支架上，取g10 m/s2.(1)以地面为参考平面，计算物体具有的重力势能，并计算物体由支架下落到桌面的过程中，重力势能减少了多少？(2)以桌面为参考平面，计算物体具有的重力势能，并计算物体由支架下落到桌面的过程中，重力势能减少了多少？思路点拨：先确定选不同位置为参考平面时物体所处的高度，再根据重力势能的表达式求物体的重力势能解析 (1)以地面为参考平面，物体的高度h11.2 m，因此物体的重力势能为Ep1mgh12101.2 J24 J物体落至桌面时的重力势能为Ep2mgh22100.8 J16 J物体重力势能的减少量EpEp1Ep2(2416)J8 J.(2)同理以桌面为参考平面时：Ep18 J，Ep20，则物体落至桌面时重力势能的减少量Ep8 J.答案(1)24 J8 J(2)8 J8 J重力势能的三种求解方法(1)根据重力势能的定义求解：选取零势能参考平面，由Epmgh可求质量为m的物体在离零势能参考平面h高度处的重力势能(2)由重力做功与重力势能变化的关系求解：由WGEp1Ep2知Ep2Ep1WG或Ep1WGEp2.(3)由等效法求重力势能：重力势能的变化与运动过程无关，只与初、末状态有关EpmghEp2Ep1.1如图所示，一小球贴着光滑曲面自由滑下，依次经过A、B、C三点以下表述错误的是()A若以地面为参考平面，小球在B点的重力势能比C点大B若以A点所在的水平面为参考平面，小球在B点的重力势能比C点小C若以B点所在的水平面为参考平面，小球在C点的重力势能小于零D无论以何处水平面为参考平面，小球在B点的重力势能均比C点大B根据重力势能的概念，易判选项B错误，A、C、D正确对弹性势能的理解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)弹力做功与弹性势能变化的关系同重力做功与重力势能的变化关系相似：(2)弹性势能和重力势能的对比物理量内容弹性势能重力势能定义发生弹性形变的物体各部分之间由于弹力的相互作用而具有的势能物体由于被举高及地球的吸引作用而具有的势能表达式Epkx2Epmgh相对性弹性势能与零势能位置的选取有关，通常选自然长度时势能为零，表达式最为简洁重力势能的大小与零势能面的选取有关，但变化量与零势能面的选取无关系统性发生弹性形变的物体上所有质点共同具有的能量地球附近的物体与地球所共有的能量联系两种势能分别以弹力、重力的存在为前提，又由物体的初、末位置来决定同属机械能的范畴，在一定条件下可相互转化【例2】在水平面上放一个竖直轻弹簧，弹簧上端与一个质量为m的木块相连，若在木块上再作用一个竖直向下的力F，使木块缓慢向下移动h，力F做功W1，此时木块再次处于平衡状态，如图所示求：(1)在木块下移h的过程中重力势能的减少量；(2)在木块下移h的过程中弹性势能的增加量思路点拨：木块缓慢下移，任何一个时刻弹力与F和重力的合力等大反向，故弹力做的功可由力F和重力的功求出解析(1)根据重力做功与重力势能变化的关系有Ep减WGmgh.(2)根据弹力做功与弹性势能变化的关系有Ep增W弹又因木块缓慢下移，力F与重力mg的合力与弹力等大、反向，所以W弹(W1WG)(W1mgh)所以弹性势能增量Ep增W1mgh.答案(1)mgh(2)W1mgh确定弹性势能变化的技巧1重力做功量度重力势能的改变，重力做多少功，物体的重力势能就改变多少；弹力做功量度弹性势能的改变，弹力做多少功，物体的弹性势能就改变多少2功是能量转化的量度，因此确定某一过程中某力做的功，是研究该过程能量转化的重要方法2(多选)如图所示，一个轻质弹簧竖直固定在地面上，将一个小球从距弹簧上端某高处由静止释放，则在小球开始接触弹簧直到把弹簧压缩到最短的过程中，以下判断正确的是()A系统贮存的弹性势能不断增加B弹力对小球先做负功，后做正功C小球的重力势能始终逐渐减小D小球的重力势能先增大，后减小AC小球从接触弹簧直到把弹簧压缩到最短的过程中，受到重力(竖直向下)和弹簧的弹力(竖直向上)作用，由于弹力的方向始终跟运动方向相反，所以弹力始终对小球做负功，而弹簧的被压缩量越来越大，系统贮存的弹性势能也逐渐增大，所以选项A正确，B错误；小球高度减小，故其重力势能减少，所以选项C正确，D错误1如图所示，幼儿园小朋友们正在兴高采烈地玩滑梯，一小朋友分别沿粗糙斜面AB、AD及光滑竖直杆AC下滑，到达同一水平面上的B、D、C三点，关于重力的做功情况，下列说法正确的是()A沿AB面下滑时，重力做功最多B沿AD面下滑时，重力做功最多C沿AC杆下滑时，重力做功最多D三种情况下运动时，重力做的功一样多D从A运动到B，从A运动到C和从A运动到D，三个过程虽然路径不同，接触面的粗糙程度不同，三个过程的初速度大小不同，但它们的初末位置的高度差相同，即它们的重力相同并且重力方向上发生的位移相同，因此重力做的功相同，选项D正确2如图是位于锦江乐园的摩天轮，高度为108 m，直径是98 m一质量为50 kg的游客乘坐该摩天轮做匀速圆周运动旋转一圈需25 min.如果以地面为零势能面，则他到达最高处时的(g取10 m/s2)()A重力势能为5.4104 J，角速度为0.2 rad/sB重力势能为4.9104 J，角速度为0.2 rad/sC重力势能为5.4104 J，角速度为4.2103 rad/sD重力势能为4.9104 J，角速度为4.2103 rad/sC以地面为零势能面，乘客在最高处高度为108 m，重力势能Epmgh5010108 J5.4104 J，角速度 rad/s4.2103 rad/s.C项正确3如图所示的几个运动过程中，物体弹性势能增加的是()A如图甲，跳高运动员从压杆到杆伸直的过程中，杆的弹性势能B如图乙，人拉长弹簧过程中弹簧的弹性势能C如图丙，模型飞机用橡皮筋发射出去的过程中，橡皮筋的弹性势能D如图丁，小球被弹簧向上弹起的过程中，弹簧的弹性势能B形变量变大，弹性势能变大，形变量变小，弹性势能变小图甲中杆的形变量先变大后变小，图丙和图丁中橡皮筋和弹簧的形变量减小，形变量变大的只有图乙，故选项B正确4如图所示，一轻弹簧一端固定于O点，另一端系一重物，将重物从与悬点O在同一水平面且弹簧保持原长的A点无初速地释放，让它自由摆下，不计空气阻力，在重物由A点摆向最低点B的过程中()A重力做正功，弹力不做功B重力做正功，弹力做正功C若用与弹簧原长相等的细绳代替弹簧后，重力做正功，弹力不做功D若用与弹簧原长相等的细绳代替弹簧后，重力做功不变，弹力不做功C重力做正功，弹簧弹力做负功，选项A、B错误；若用等长细绳代替弹簧，弹力不做功，但重力做的功不同，选项C正确，D错误5在离地80 m处无初速度释放一小球，小球质量为m200 g，不计空气阻