高中物理 4.2 动能 势能1课件 粤教版必修2.ppt

一 重力势能的理解 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 如图所示 若选择桌面为参考平面 物体的重力势能为0 选择地面为参考平面 物体的重力势能为正值 选择桌面上方的某一高度为参考平面 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 所以重力势能是重物和地球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平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 1 ep mgh h表示物体重心相对参考平面的高度 物体在参考平面上方 h 0 在参考平面下方 h 0 2 某一过程重力势能的变化为 ep ep2 ep1 它与参考平面的选择无关 典例1 2011 铜陵高一检测 如图所示 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 g 10m s2 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 解题指导 在求解物体的重力势能时 应注意物体相对参考平面所处的高度 标准解答 以地面为参考平面 物体的高度为 h1 1 2m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为 ep ep1 ep2 24 16 j 8j 答案 24j8j 规律方法 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平面的高度值 物体在参考平面上方 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 互动探究 以桌面为参考平面 物体具有的重力势能为多少 物体由支架下落到桌面的过程中 重力势能减少了多少 解析 以桌面为参考平面 物体的高度为 h1 0 4m物体的重力势能为 ep1 mgh1 2 10 0 4j 8j 物体落至桌面时的重力势能为 ep2 0 物体重力势能的减少量为 ep ep1 ep2 8 0 j 8j 答案 8j8j 二 重力做功与重力势能的区别与联系 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 两者均与参考平面的选择无关 2 重力势能的变化只取决于物体的重力做功的情况 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 典例2 2011 徐州高一检测 一个100g的球从1 8m的高处落到一个水平板上又弹回到1 25m的高度 则整个过程中重力对球所做的功及球的重力势能的变化是 g 10m s2 a 重力做功为1 8jb 重力做了0 55j的负功c 球的重力势能一定减少0 55jd 球的重力势能一定增加1 25j 解题指导 求解本题时应注意分析初末位置的高度差以及重力做功与重力势能变化的关系 标准解答 选c 整个过程重力对球做正功 其大小为w mg h mg h1 h2 0 55j a b错误 重力做正功 重力势能减少 且重力做多少正功 重力势能就减少多少 因此球的重力势能减少0 55j c正确 d错误 规律方法 两种方法求重力做的功 1 先求初末位置的高度差 再求出重力与此高度差的乘积即为重力做的功 2 根据重力势能的变化与重力做功的关系来求重力做的功 变式训练 关于重力做功和物体的重力势能 下列说法不正确的是 a 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是一个确定值d 重力做功的多少和重力势能的变化都与参考平面的选取无关 解析 选c 重力做正功 物体的重力势能减少 重力做多少功 重力势能就减少多少 a对 同理b对 物体的重力势能大小除与其质量有关外 还与物体所处的高度有关 在不同高度处 参考平面确定 同一物体的重力势能不同 c错 重力做功的特点是重力做功多少只与初末位置的高度差有关 与参考平面的选取无关 而重力势能的变化等于重力做的功 故d对 变式备选 2011 武汉高一检测 双选 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 a w1 w2 w3b w1 w2 w3c ep1 ep2 ep3d ep1 ep2 ep3 解析 选b c 重力做功的多少与路径无关 取决于物体初 末位置 且与受不受其他力无关 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 三 对弹性势能的理解 1 弹性势能的产生原因2 弹性势能的影响因素 3 弹性势能与弹力做功的关系如图所示 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 其他形式的能转化为弹性势能 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 1 弹力随形变量x的变化图线及围成面积的意义 类比v t图象的面积表示 位移 f x图象的面积表示 功 弹力f kx 对同一弹簧k一定 f与x成正比 作图如图所示 当发生的位移为x时 弹力做功w弹 kx x kx2 2 弹性势能的大小ep w弹 kx2 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 典例3 2011 南京高一检测 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 它的弹性势能一定变小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 解题指导 解答本题注意以下两点 标准解答 选c 弹簧的弹性势能的大小 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 它的弹性势能应该减小 当它变短时 它的弹性势能应该增大 在原长处它的弹性势能最小 a b错误 形变量相同时 k越大的弹簧 它的弹性势能越大 c正确 弹簧无论拉伸还是压缩其弹性势能决定于其形变量的大小 与是拉伸还是压缩无关 d错误 规律方法 弹性势能变化的判断方法弹性势能具有相对性 但其变化量具有绝对性 因此在判断弹性势能的变化时不必考虑零势能位置 弹性势能的变化只与弹力做功有关 弹力做负功 弹性势能增大 反之则减小 变式训练 如图所示 在光滑水平面上有一物体 它的左端连一弹簧 弹簧的另一端固定在墙上 在力f作用下物体处于静止状态 当撤去f后 物体将向右运动 在物体向右运动的过程中下列说法正确的是 a 弹簧对物体做正功 弹簧的弹性势能逐渐减少b 弹簧对物体做负功 弹簧的弹性势能逐渐增加c 弹簧先对物体做正功 后对物体做负功 弹簧的弹性势能先减少再增加d 弹簧先对物体做负功 后对物体做正功 弹簧的弹性势能先增加再减少 解析 选c 弹簧由压缩到原长再到伸长 刚开始时弹力方向与物体运动方向同向做正功 弹性势能减小 越过原长位置后弹力方向与物体运动方向相反 弹力做负功 故弹性势能增加 所以只有c正确 a b d错误 变式备选 关于弹性势能 下列说法错误的是 a 发生弹性形变的物体都具有弹性势能b 只有弹簧在发生弹性形变时才具有弹性势能c 弹性势能可以与其他形式的能相互转化d 弹性势能在国际单位制中的单位是焦耳 解析 选b 发生弹性形变的物体的各部分之间 由于有弹力的相互作用 都具有弹性势能 a正确 其他物体在发生弹性形变时也具有弹性势能 故b错误 弹性势能跟重力势能一样 可以与其他形式的能相互转化 c正确 所有能的单位跟功的单位相同 在国际单位制中的单位都是焦耳 d正确 典例 如图所示 在光滑的桌面上有一根均匀柔软的质量为m 长度为l的绳子 绳子的1 4悬于桌面下 从绳子开始下滑至绳子刚好全部离开桌面的过程中 重力对绳子做功为多少 绳子的重力势能增量为多少 桌面离地面高度大于l 解题指导 求解时注意分析绳子重心高度的变化以及重力做功与重力势能的变化 标准解答 取桌面为参考平面 刚开始时绳子的重力势能为ep1 mg 当绳子刚好全部离开桌面时 绳子的重力势能为ep2 mg l mgl 则 ep ep2 ep1 mgl mgl mgl 由w ep知重力做功mgl 答案 mgl重力势能减少mgl 对重心的高度判断不清导致错误 一实心的正方体铁块与一实心的正方体木块质量相等 将它们放在水平地面上 下列结论正确的是 以水平地面为零势能面 a 铁块的重力势能大于木块的重力势能b 铁块的重力势能小于木块的重力势能c 铁块的重力势能等于木块的重力势能d 上述三种情况都有可能 正确解答 选b 由于铁块的密度大于木块的密度 质量相等时 铁块的体积小于木块的体积 因此铁块的重心低于木块的重心 可得铁块的重力势能小于木块的重力势能 故b正确 易错分析 本题易错选项及错误原因分析如下 1 两个物体质量比为1 4 速度大小之比为4 1 则这两个物体的动能之比 a 1 1b 1 4c 4 1d 2 1 解析 选c 若设物体m1 m 则m2 4m v1 4v v2 v 则动能ek1 m1v12 8mv2 ek2 m2v22 2mv2 故ek1 ek2 4 1 c对 2 双选 关于对动能的理解 下列说法错误的是 a 凡是运动的物体都具有动能b 动能总为正值c 一定质量的物体 动能变化时 速度一定变化 速度变化时 动能也一定变化d 动能不变的物体 一定处于平衡状态 解析 选c d 物体由于运动而具有的能叫动能 故a对 由ek mv2知ek 0 故b对 由于速度是矢量 当速度大小不变 方向变化时 动能不变 但动能变化时 速度大小必然变化 c错 物体动能不变时 其速度方向有可能变化 此时物体没有处于平衡状态 d错 3 2011 佛山高一检测 双选 下列关于重力势能的说法正确的是 a 重力势能是地球和物体共同具有的 而不是物体单独具有的b 重力势能的大小是相对的c 重力势能等于零的物体 不可能对别的物体做功d 在地面上的物体具有的重力势能一定等于零 解析 选a b 重力势能是由物体和地球的相对位置所决定的 是地球和物体所共有的 a b正确 由于重力势能的大小与零势能面的选取有关 所以重力势能等于零 不等于没有对外做功的本领 c错误 只有选地面为零势能面时 地面上的物体的重力势能才为零 否则不为零 d错误 4 自由下落的物体在下落过程中 其重力做功和重力势能变化的情况为 a 重力做正功 重力势能减小b 重力做正功 重力势能增加c 重力做