高中物理 第4章 第3节 势能精品课件 教科版必修2.ppt

第3节势能 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第3节 课前自主学案 课标定位 课标定位 应用 1 会用重力势能的定义进行计算 2 重心位置的变动及总功计算 理解 1 重力做功与重力势能变化的关系 2 重力势能的相对性 3 弹力做功与弹性势能变化的关系 认识 1 重力势能及其相对性 2 弹性势能的概念及相关因素 3 势能是系统所共有的 课前自主学案 一 重力势能1 定义 物体由于 而具有的能量 2 重力的功 1 特点 跟物体运动的路径 仅由物体的 和 两个位置的高度决定 2 表达式 其中h1 h2分别表示物体的始 末位置的高度 3 大小 等于物体受到的 和它的 的乘积 位于高处 无关 质量 初末 wg mgh1 mgh2 重力 高度 4 表达式 5 单位 与功的单位相同 6 重力势能具有相对性 它总是相对于选定的 而言的 该平面称为零势面 但物体在两个不同位置之间势能的差值是确定的 与参考平面无关 二 弹性势能1 定义 物体由于发生 而具有的能量 2 大小 物体的形变越大 弹性势能 ep mgh 焦耳 参考平面 弹性形变 越大 三 势能是系统所共有的1 重力势能是 所组成的系统共有的 2 弹性势能是 与受弹力作用的物体所组成的系统共有的 地球与物体 弹力装置 思考感悟将同一物体从同一高度以平抛 上抛 下抛三种不同的方式抛出 落到同一地面上 则三种情况相比较 其重力做功 重力势能变化量是否相同 提示 重力做功与经过的路径无关 同一物体下落高度相同 三种方式重力做功相同 由于重力做的功等于重力势能的变化量 所以三种方式下重力势能的变化量也相同 核心要点突破 一 对重力势能的理解1 图4 3 1相对性 因为ep mgh 高度h的相对性决定了重力势能具有相对性 例如计算放在桌子上的物体具有多大的重力势能时 可能有不同的结果 如图4 3 1所示 若选择桌面为参考面 物体的重力势能为0 选择地面为参考面 物体的重力势能为正值 选择桌面上方的某一高度为参考面 物体的重力势能为负值 2 系统性 重力是地球与物体相互吸引引起的 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 3 重力势能是标量 物体的重力势能为负值表示物体的重力势能比在参考面上时具有的重力势能要少 这跟用正负表示温度高低是相似的 特别提醒 1 ep mgh h表示物体重心相对参考面的高度 物体在参考面上方 h 0在参考面下方 h 0 2 某一过程重力势能的变化为 ep ep2 ep1 它与参考面的选择无关 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 以下说法中 正确的是 a 重力势能大的物体 离地面高度大b 重力势能大的物体 所受重力一定大c 重力势能大的物体 质量不一定大d 重力势能大的物体 速度不一定大解析 选cd 重力势能的大小与两个因素有关系 一是物体的质量 二是物体距离零势面的高度 并不是只由其中的一个因素决定 重力势能的大小与速度的大小无关 二 重力做功与重力势能的区别与联系 特别提醒 1 重力做功是重力势能变化的原因 重力做的功与重力势能的变化量为等值关系 两者均与参考面的选择无关 2 重力势能的变化只取决于物体的重力所做功的情况 与物体除重力外是否还受其他力作用以及除重力做功外是否还有其他力做功等因素均无关 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 将一个物体由a移到b 重力做功 a 与运动过程中是否存在阻力有关b 沿长度大 粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功多c 沿坡度大 粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功少d 上述几种情况重力做功同样多答案 d 3 弹性势能与弹力做功的关系图4 3 2如图4 3 2所示 o为弹簧的原长处 1 弹力做负功时 如物体由o向a运动 压缩 或者由o向a 运动 伸长 时 弹性势能增大 其他形式能转化为弹性势能 2 弹力做正功时 如物体由a向o运动 或者由a 向o运动时 弹性势能减小 弹性势能转化为其他形式的能 3 弹力做功与弹性势能变化的关系为w弹 ep 4 弹性势能表达式图4 3 3 特别提醒 1 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 2 形变量x 0时 弹簧为原长 弹性势能为零 此时弹性势能最小 即时应用 即时突破 小试牛刀 3 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 弹簧的弹性势能只跟弹簧被拉伸或压缩的长度有关 解析 选ab 由弹性势能的定义和相关因素进行判断 发生弹性形变的物体的各部分之间 由于弹力作用而具有的势能 叫做弹性势能 所以 任何发生弹性形变的物体都具有弹性势能 任何具有弹性势能的物体一定发生了弹性形变 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 弹簧的弹性势能除了跟弹簧被拉伸或压缩的长度有关外 还跟弹簧劲度系数的大小有关 正确选项为ab 课堂互动讲练 如图4 3 4所示 桌面距地面0 8m 一物体质量为2kg 放在距桌面0 4m的支架上 取g 10m s2 图4 3 4 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 计算重力势能时 首先确定选取的参考平面 然后找到物体相对参考平面的高度 代入公式ep mgh即可得出结果 精讲精析 1 以地面为参考平面 物体的高度h1 1 2m 因此物体的重力势能为ep1 mgh1 2 10 1 2j 24j 物体落至桌面时的重力势能为ep2 mgh2 2 10 0 8j 16j 物体重力势能的减少量 ep ep1 ep2 24 16 j 8j 2 同理以桌面为参考平面时 ep1 8j ep2 0 则物体落至桌面时重力势能的减少量 ep 8j 答案 1 24j8j 2 8j8j 方法总结 求重力势能及重力势能变化的思路首先要选择某一高度为参考平面 确定出物体相对参考面的高度值 物体在参考面上方 高度为正 在下方高度为负 其次根据重力势能的表达式ep mgh求出物体的重力势能 最后代入 ep ep2 ep1求重力势能的变化量 ep 0 表示重力势能增加 ep 0表示重力势能减少 变式训练1如图4 3 5所示 质量为m的小球 从离桌面h高处由静止下落 桌面离地高度为h 若以桌面为参考平面 那么小球落地时的重力势能及整个过程中重力势能的变化分别是 图4 3 5 a mgh减少mg h h b mgh减少mg h h c mgh减少mg h h d mgh减少mg h h 解析 选d 以桌面为参考平面 落地时物体的重力势能为 mgh 初状态重力势能为mgh 即重力势能的变化 ep mgh mgh mg h h 所以重力势能减少了mg h h d正确 思路点拨 已知物体运动的加速度 可由牛顿第二定律求出对物体的拉力 再由功的定义即可求出各个力的功 重力势能的变化可由重力做功来求得 也可由重力势能的定义求得 方法总结 从本题可以看出 重力做功跟物体的运动状态无关 判断物体的重力势能如何变化时 应根据重力做功还是克服重力做功来判断 如果重力对物体做功 重力势能减少 物体克服重力做功时 重力势能增加 变式训练2如图4 3 6所示 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 至少需要克服重力做多少功 解析 取n块砖的整体为研究对象 如题图所示 叠放起来后整体重心距地面0 5nh 原来距地面0 5h 故有 w ep nmg 0 5nh nmg 0 5h 0 5n n 1 mgh 答案 0 5n n 1 mgh 图4 3 6 如图4 3 7所示 质量为m的物体静止在地面上 物体上面连着一个轻弹簧 用手拉住弹簧上端上移h 将物体缓缓提高h 拉力f做功wf 不计弹簧的质量 则下列说法正确的是 图4 3 7 a 重力做功 mgh 重力势能减少mghb 弹力做功 wf 弹性势能增加wfc 重力势能增加mgh 弹性势能增加fhd 重力势能增加mgh 弹性势能增加wf mgh 精讲精析 可将整个过程分为两个阶段 一是弹簧伸长到m刚要离开地面阶段 拉力克服弹力做功wf1 w弹 等于弹性势能的增加 二是弹簧长度不变 物体上升h 拉力克服重力做功wf2 wg mgh 等于重力势能的增加 又由wf1 wf2 wf可知a b c错 d对 答案 d 方法总结 判断弹簧的弹性势能是否发生变化的标志是弹簧的长度是否发生变化 该题过程一中弹簧伸长 弹性势能增加 过程二中弹