2012高中物理 2.2 势能的改变学案5 鲁科版必修2

用心 爱心 专心1 势能的改变势能的改变 学案学案 5 5 学习目标学习目标 1 理解重力势能的概念 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 知道重力做功与路径无关 3 知道重力势能的相对性 4 了解弹性势能 学习重点学习重点 重力势能的概念及重力做功跟物体重力势能改变的关系 知识要点知识要点 一 重力势能 定义 物体处于一定的高度而具有的能叫做重力势能 重力势能跟物体的质量和高度都有关系 且物体的质量越大 高度越高 重力势能就越大 重力势能公式 E mgh E 物体的重力势能 焦 J 物体的质量 千克 kg 重力加速度 米每二次方秒 s2 物体的高度 米 kg s2 J 重力势能的单位是焦耳 重力势能是标量 重力势能E mgh 中 h 是相对于某个水平面来说的 这个水平面上 h 0 重力势能也为零 这个水平面叫做零势能参考平面 通常也叫零势面 参考水平面的选取是任意的 选择哪 个水平面作为参考平面 可视研究问题的方便而定 二 重力做功与重力势能的改变 重力所做的功只跟物体初位置的高度 和末位置的高度 2有关 跟物体运动的路径无关 三 弹性势能的改变 弹簧被压缩时 要发生形变 在恢复原状时能够对木块做功 我们说弹簧具有能 这种能 叫弹性势能 势能也叫位能 势能具有系统性 重力势能是物体和地球组成的系统共有的 弹性势能是物体的各 部分所共有的 典型例题典型例题 例 1 一实心立方体铁块与一实心立方体木块质量相等 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 用心 爱心 专心2 D 上述三种情况都有可能 解析 由于铁块和木块的密度不同 所以 质量相等的铁块和木块 木块的体积较大 放在同一水平地面上时 木块的重心高 因此 木块的重力势能较大 答案 C 例 2 在水平地面上平铺n块砖 每块砖的质量为m 厚度为h 如将砖一块一块 地叠放起来 至少需要做多少功 解析 对n块砖整体研究 从它们平铺在地面上到一块一块叠放起来 外力所做的功 至少等于砖所增加的重力势能 即 W nmg nh nmg h 2 1 2 1 n n 1 mgh 2 1 答案 n n 1 mgh 2 1 例 3 如图所示 质量为m的小物体沿圆弧面从A点无初速地滑下 圆弧的半径为 R A点与圆心等高 滑到圆弧的最低点B时 物块的速度为v 则下滑过程中 重力对物体 做的功为 物体克服阻力做的功为 解析 对物体下滑过程进行分析可知 对物体做功的只有重力和物体受到的阻力 由 于重力做功与路径无关 故重力对物体做的功为WG mgR 对物体从A到B的过程用动能定 理得 mgR Wf mv2 0 2 1 所以物体克服阻力做的功为 Wf mgR mv2 2 1 答案 mgR mgR mv2 2 1 例 4 将横截面积为S的玻璃管弯成如图所示的连通器 放在水平桌面上 左 右管处 在竖直状态 先关闭阀门K 往左 右管中分别注入高度为h1和h2 密度为 的液体 然后打开阀门K 直到液体静止 在上述过程中 液体的重力势能减少了 用心 爱心 专心3 2 4 4 乙 M F A 甲 2 4 5 A gS h1 h2 B gS h1 h2 2 2 1 C gS h1 h2 2D gS h1 h2 4 1 4 1 解析 从打开阀门K后 左管中的液体流向右管 直到两管液面相平 相当于把左管 中高为的液体 搬 到右管中 其重心下降的高度为 所以该过程中 2 12 hh 2 12 hh 液体重力势能的减少量为 Ep gS gS h2 h1 2 2 12 hh 2 12 hh 4 1 答案 C 达标训练达标训练 1 关于重力做功和物体的重力势能 下列说法中正确的是 A 当重力对物体做正功时 物体的重力势能一定减少 B 物体克服重力做功时 物体的重力势能一定增加 C 地球上任何一个物体的重力势能都有一个确定值 D 重力做功的多少与参考平面的选取无关 2 物体在运动过程中 克服重力做功为 50 J 则 A 重力做功为 50 J B 物体的重力势能一定增加 50 J C 物体的动能一定减少 50 J D 重力做了 50 J 的负功 3 以 40 s 的初速度竖直向上抛出一个物体 经过 秒后 物体的重力势能是动能的 3 倍 10 s2 则 的大小为 A 2 秒 B 3 秒 C 4 秒 D 5 秒 4 质量为 m 的物体 以一定的初速度 V0 竖直向上抛出至返回抛出点的过程中 重 力对物体做功 J 8 质量为 5 千克的铜球 从离地 15 米高处自由下落 1s 后 它的重力势能是 J 重力做功 J g 10m s2 5 在地面附近一个质量为5kg的物体 从零势面以上8m处下落到零势面以下2m处的过程 中 重力势能的最大值是 J 重力做功是 J g 10m s2 6 如图 2 4 4 所示 质量为 m 的小球从高为 h 的斜面的 A 点滚 下经水平面 BC 后 再滚上另一斜面 当它到达 h 3 高度的 D 点时 的速度为零 此过程中物体重力做的功是多少 用心 爱心 专心4 7 如图 2 4 5 所示 物体质量为 M 与甲乙两弹簧相连接 乙弹簧下端与地面连接 甲 乙两弹簧质量不计 其劲度系数分别为 K1和 K2 起初甲处于自由长度 现用手将弹簧