学沪科版必修2 4.1势能的变化与机械功 课件（4）(30张）.ppt

第4章能量守恒与可持续发展4 1势能的变化与机械功 2013年的俄罗斯陨石事件震惊全球 图中是2013年2月15日在俄罗斯车里雅宾斯克拍摄的陨石在空中留下的轨迹 当日 陨石突袭车里雅宾斯克州 导致约1200人受伤 近3000座建筑物受损 为何一颗陨石有这么大的威力呢 1 知道什么是重力势能 2 掌握重力做功和重力势能的关系 重点 3 探究重力做功的特点 并会通过重力做功讨论重力势能的变化 物体由于被举高而具有的能量叫做重力势能 同学们见过打桩机工作的情景吗 在建筑工地上 一台台打桩机巍然耸立 重锤在绞车钢丝绳的带动下上升到一定高度后自由落下 把一根根桩打入地下 让我们来观看一段打桩的视频 同时思考几个问题 重锤下落过程中 重力对重锤做什么功 重力做功有什么特点呢 重力做功和重力势能的变化有什么关系 一 研究重力做功跟重力势能变化的关系 1 重力势能的大小如图是打桩机工作的示意图 打桩机重锤的质量为m 重锤所受到的重力为g mg 重锤从离地面高h1处 自由下落至离地高为h2处 铁桩的顶端 重锤的位移 重力做的功 式中的mgh跟物体的质量和离地面的高度有关 用ep表示 1 表达式 ep mgh 2 文字表述 物体的重力势能等于它所受重力和它的高度的乘积 3 单位 焦 耳 符号是j 2 重力做功跟重力势能的变化 当重锤从高处h1下落到低处h2的过程中 重力做正功 重锤的重力势能减少 反之 当重锤从低处h2上升到高处h1的过程中 重力做负功 重锤的重力势能增加 重力做的功等于重力势能的变化量的负值 案例分析 案例一台打桩机重锤的质量是250kg 重锤在打桩机顶端时 离地面的高度是20m 1 当重锤被钢丝绳拉着从地面匀速上升到打桩机顶端时 重力对重锤做了多少功 重锤的重力势能变化了多少 2 当钢丝绳松弛 重锤从打桩机顶端自由落到地面时 重力做了多少功 重锤的重力势能变化了多少 解析 1 重力做功 2 重力做功 功是能量变化的量度 可以通过重力做功来确定重力势能的变化 二 重力做功跟路径无关重力做功跟物体经过的路径有没有关系呢 看课本图4 3 思考 两个质量相同的同学 登上高为h的阶梯 走楼梯和爬竖梯重力做功是否相同呢 如果不是走阶梯而是沿斜面上升h 做功是否有变化 重力做功和运动的路径有关系吗 解析 爬楼梯可以简化为以下模型 重力对爬楼梯的人做功 重力对爬竖梯的人做功 重力对两个学生所做的功相同 如图 沿斜面上升时设斜面与水平方向的夹角为 斜面长为l 重力对物体做功 如果运动路径为任意曲线 结果还一样吗 如何验证呢 一样的 可以用微分的思想把曲线分割成若干小段 则每一小段可看作一斜面 继而求出做功的大小 结论 重力做功与运动的路径无关 取决于物体的质量和初末位置的高度差 重力势能的大小与参考平面的选择有关 h为物体到参考平面的高度差 重力做功与参考平面的选取无关 与高度差有关 案例分析 如图是地图上某小山包的等高线图 a b c为山包上的三个点在地图上的位置 1 若选择海平面为重力势能参考平面 质量为55kg的学生在a b c位置时的重力势能是多大 他从a位置上升到c位置 重力做了多少功 解析 等高线就是物体与海平面的高度差 所以 重力做功 2 若选择100m的等高线所在平面为重力势能参考平面 质量为55kg的学生在a b c位置时的重力势能是多大 从a位置上升到c位置 重力做了多少功 重力做功 解析 a到参考平面的高度差hab 50m 100m 50m c到参考平面的高度差hcb 150m 100m 50m 三 引力势能和弹性势能一切受到吸引力或排斥力作用的物体都具有势能 例如电场中的电荷有势能 组成物质的分子之间也有势能 被压缩或拉伸的弹簧能够对外做功 说明它也具有势能 像这种由于发生弹性形变时具有的势能叫做弹性势能 设弹簧的劲度系数为k 弹簧的伸长量或压缩量为x 则弹簧的弹性势能 1 重力势能 ep mgh与参考面的选取有关 选择不同的参考面 结果不同 2 重力做功 w mg h与路径无关 与其他外力做功无关 取决于质量和初末位置的高度差 3 重力势能和重力做功的关系w ep重力做正功 重力势能减少 重力做负功 重力势能增加 1 下面有关重力势能的说法正确的是 a 举得越高的物体 具有的重力势能就越大b 质量越大的物体 具有的重力势能就越大c 物体的重力势能可能小于零d 物体的重力势能不可能为零 c 2 物体在运动过程中 克服重力做功50j 则 a 重力做功为50jb 物体的重力势能一定增加了50jc 物体的重力势能为50jd 重力做了50j的负功解析 克服重力做功50j即重力做了50j负功 而重力势能的变化量等于重力做功的负值 所以重力势能增加了50j bd 3 沿高度相同 坡度不同 粗糙程度也不同的斜面向上拉同一个物体到顶端 在下列说法中正确的是 a 沿坡度小 长度大的斜面上升克服重力做的功多b 沿坡度大 粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功多c 沿长度大 粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功多d 以上几种情况下克服重力所做的功一样多解析 重力做功和路径无关 与其他外力无关 d 4 桌子到地面的高度为0 8m 在桌面上方高0 2m处有一质量为1kg的小球 则该球的重力势能为 a 8jb 10jc 2jd 不能确定解析 重力势能具有相对性 与参考平面的选择有关 题目没有明确参考平面 所以不能确定重力势能的大小 d 5 2012 上海高考 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 直至全部离开地面 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 解析 选b 克