人教物理必修二课件第七章机械能守恒定律7.4重力势能.pptx

4.重力势能,自我检测,自主阅读,一、重力做的功1.特点:只跟物体运动的起点和终点的位置有关,而跟物体运动的路径无关。2.什么情况下重力做正功?什么情况下重力做负功?答案:物体下降时重力做正功;物体上升时重力做负功。3.表达式:WG=mgh=mg(h1-h2),其中h1、h2分别表示物体起点和终点的高度。,自我检测,自主阅读,二、重力势能1.定义:物体由于被举高而具有的能量叫重力势能。2.大小:物体的重力势能等于它所受重力与所处高度的乘积,表达式为Ep=mgh。3.单位:焦耳。4.重力做功和重力势能变化有什么关系?请写出重力做功与重力势能变化的关系式。答案:重力做正功,重力势能减小,重力做负功,重力势能增加。关系式:WG=Ep1-Ep2=-Ep。,自我检测,自主阅读,三、重力势能的性质1.相对性:重力势能总是相对选定的参考平面而言的(该平面常称为零势能面)。2.标矢性:重力势能为标量,其正负表示重力势能的大小。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。3.系统性:重力势能是地球与物体所组成的系统共有的。,自我检测,自主阅读,1.正误辨析(1)只要物体的高度发生变化,其重力一定做功。()答案:(2)同一物体在不同高度的重力势能为Ep1=2J,Ep2=-3J,则Ep1Ep2。()答案:(3)重力做功多少取决于物体的重力和它通过的位移。()解析:重力做功多少取决于物体的重力大小和它在初、末位置的高度差。答案:(4)重力势能Ep1=2J,Ep2=-3J,则Ep1与Ep2方向相反。()解析:重力势能是标量,没有方向。答案:,自我检测,自主阅读,2.某物体从某一位置运动到另一位置,重力一定做功吗?答案:不一定。判断物体运动过程中重力是否做功,主要是看运动的初、末位置是否在同一高度上,若初、末位置在同一高度上,则重力不做功;若初、末位置不在同一高度上,则重力做功。3.物体从高度和倾角相同的斜面滑下,一个斜面光滑,一个斜面不光滑,重力做的功相等吗?为什么?答案:相等。重力做功只跟物体运动的起点和终点的位置有关。,知识点一,知识点二,知识点三,问题导引如图所示,一个质量为m的物体,从高度为h1的位置A分别按下列三种方式运动到高度为h2的位置B,在这个过程中思考并讨论以下问题:(1)根据功的公式求出甲、乙两种情况下重力做的功。(2)求出丙中重力做的功。(3)重力做功有什么特点?要点提示(1)甲中WG=mgh=mgh1-mgh2,知识点一,知识点二,知识点三,要点提示(1)甲中WG=mgh=mgh1-mgh2,乙中WG=mglcos=mgh=mgh1-mgh2。(2)把整个路径AB分成许多很短的间隔AA1、A1A2、,由于每一段都很小,每一小段都可以近似地看作一段倾斜的直线,设每段小斜线的高度差分别为h1、h2、,则物体通过每小段斜线时重力做的功分别为mgh1、mgh2物体通过整个路径时重力做的功WG=mgh1+mgh2+=mg(h1+h2+)=mgh=mgh1-mgh2。(3)物体运动时,重力对物体做的功只跟物体的起点和终点的位置有关,而跟物体运动的路径无关。,知识点一,知识点二,知识点三,知识归纳1.重力做的功WG=mg(h1-h2),其中h1、h2分别是初、末位置的高度。物体由高处运动到低处时,重力做正功。物体由低处运动到高处时,重力做负功。2.重力做功的特点:物体运动时,重力对物体所做的功只与物体初、末位置的高度差有关,与物体运动的路径无关。,知识点一,知识点二,知识点三,典例剖析【例1】物体沿不同的路径从A运动到B,如图所示,则()A.沿路径ACB重力做的功大些B.沿路径ADB重力做的功大些C.沿路径ACB和路径ADB重力做功一样多D.条件不足,无法判断解析:重力做功与路径无关,只与初、末位置的高度差有关,故两种情况下重力做功一样多,C正确。答案:C,知识点一,知识点二,知识点三,变式训练1某游客领着孩子游泰山时,孩子不小心将手中的皮球滑落,球从A点滚到了山脚下的B点,高度标记如图所示,则下列说法正确的是()A.从A到B的曲线轨迹长度不知道,无法求出此过程中重力做的功B.从A到B过程中阻力大小不知道,无法求出此过程中重力做的功C.从A到B重力做功mg(H+h)D.从A到B重力做功mgH解析:重力做功与物体的运动路径无关,只与初末状态物体的高度差有关,从A到B的高度是H,故从A到B重力做功mgH,D正确。答案:D,知识点一,知识点二,知识点三,问题导引如图所示,起重机把楼板从地面上吊到楼顶上。楼板的重力势能怎么变化?楼板从地面吊到楼顶的过程中,重力势能的变化与参考平面的选取有关吗?要点提示起重机把楼板从地面上吊到楼顶上时,高度升高,重力势能增大,楼板重力势能的变化是绝对的,与参考平面的选取无关。,知识点一,知识点二,知识点三,知识归纳1.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。物体在A、B、C三点重力势能的正负如表所示。,知识点一,知识点二,知识点三,2.重力势能的三个性质(1)重力势能的相对性由于重力势能表达式为Ep=mgh,高度h的相对性决定了重力势能具有相对性。选取不同的水平面作为零势能面,其重力势能具有不同的数值,即重力势能的大小与零势能面的选取有关。(2)重力势能变化的绝对性物体在这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)重力势能的系统性重力是地球对物体吸引而产生的,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。,知识点一,知识点二,知识点三,画龙点睛物体的重力势能是相对的,而重力势能的变化量是绝对的。(物体的重力势能与参考平面的选取有关,而重力势能的变化量与参考平面的选取无关。),知识点一,知识点二,知识点三,典例剖析【例2】质量为m的均匀链条长为L,开始放在光滑的水平桌面上时,有的长度悬在桌边缘,如图所示,松手后,链条滑离桌面,问从开始到链条刚滑离桌面过程中重力势能变化了多少?(桌面离地面高度大于L),知识点一,知识点二,知识点三,知识点一,知识点二,知识点三,规律方法链条(绳索)模型1.建模背景:柔软链条(绳索)在运动过程中形体会发生变化,重心也就会发生变化,从而给计算带来障碍,因此如何确定重心位置是解决含有链条(绳索)问题的关键。2.模型特点:(1)粗细均匀、质量分布均匀的长直链条(绳索),其重心在长度的一半处。(2)柔软链条(绳索)的形体变化,导致了重心位置的变化,从而使其重力势能也发生变化。(3)选取合理的势能零点,可以使计算更方便。,知识点一,知识点二,知识点三,变式训练2下列关于重力势能的说法正确的是()A.物体的位置一旦确定,它的重力势能的大小也随之确定B.物体与零势能面的距离越大,它的重力势能也越大C.一个物体的重力势能从-5J变化到-3J,重力势能增加了D.在地面上的物体具有的重力势能一定等于零解析:物体的重力势能与参考面有关,同一物体在同一位置相对不同的参考面的重力势能不同,A选项错;物体在零势能面以上,距零势能面的距离越大,重力势能越大,物体在零势能面以下,距零势面的距离越大,重力势能越小,B选项错;重力势能中的正、负号表示大小,-5J的重力势能小于-3J的重力势能,C选项对;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。答案:C,知识点一,知识点二,知识点三,问题导引如图所示,幼儿园小朋友们正在兴高采烈地玩滑梯。若某位小朋友的质量为20kg,滑梯高2.5m,g取10m/s2。(1)小朋友从梯子爬上滑梯顶的过程中,重力势能变化了多少?重力做了多少功?(2)小朋友从滑梯滑下的过程中,重力势能变化了多少?重力做了多少功?(3)重力做功与重力势能的变化存在什么关系?,知识点一,知识点二,知识点三,要点提示(1)取地面为零势能面。小朋友从梯子爬上滑梯顶的过程中,初势能Ep1=0,末势能Ep2=mgh=500J,重力势能变化量Ep=Ep2-Ep1=500J。重力做功WG=-mgh=-500J。(2)取地面为零势能面。小朋友从滑梯滑下的过程中,初势能Ep1=500J,末势能Ep2=mgh=0,势能变化量Ep=Ep2-Ep1=-500J。重力做功WG=mgh=500J。(3)重力势能的变化量等于重力做功的负值。,知识点一,知识点二,知识点三,知识归纳1.重力做功与重力势能的比较,知识点一,知识点二,知识点三,知识点一,知识点二,知识点三,2.重力做功与重力势能变化关系的理解、应用(1)无论物体是否受其他力的作用,无论物体做何种运动,关系式WG=-Ep总是成立的。(2)利用关系式WG=-Ep可由重力做功的正负及大小判断重力势能的增减及大小,反之也可以由重力势能的增减及大小判断重力做功的正负及大小。,知识点一,知识点二,知识点三,典例剖析【例3】(多选)用拉力F将一个重为5N的小球匀速提升3m,如图所示,在这个过程中,下列说法正确的是()A.小球的重力做了15J的功B.拉力F对小球做了15J的功C.小球的重力势能增加了15JD.合力对小球做的功是15J,知识点一,知识点二,知识点三,解析:小球上升,重力做负功,WG=-mgh=-53J=-15J,选项A错误;因为小球匀速上升,所以拉力F=G=5N,则拉力做功WF=Fh=53J=15J,选项B正确;因小球克服重力做功15J,故小球重力势能增加15J,选项C正确;因为小球匀速上升,合力为零,则合力不做功,选项D错误。答案:BC规律方法1.功是能量转化的量度,重力势能的变化是由重力做功引起的,重力做功的多少是重力势能变化的量度。2.重力势能变化量的多少与参考系的选择无关,重力做功的多少也与参考平面的选择无关。,知识点一,知识点二,知识点三,变式训练3大型拱桥的拱高为h,弧长为L,如图所示。质量为m的汽车在以不变的速率v由A点运动到B点的过程中,以下说法正确的是()A.由A到B的过程中,汽车的重力势能始终不变,重力始终不做功B.汽车的重力势能先减少后增加,总的变化量为0,重力先做负功,后做正功,总功为零C.汽车的重力势能先增大后减小,总的变化量为0,重力先做正功,后做负功,总功为零D.汽车的重力势能先增大后减小,总的变化量为0,重力先做负功,后做正功,总功为零,知识点一,知识点二,知识点三,解析:前半阶段,汽车向高处运动,重力势能增加,重力做负功;后半阶段,汽车向低处运动,重力势能减小,重力做正功。选项D正确。答案:D,1,2,3,4,1.如图所示,某物块分别沿三条不同的轨道由离地面高h的A点滑到同一水平面上,轨道1、2是光滑的,轨道3是粗糙的,则()A.沿轨道1滑下重力做的功多B.沿轨道2滑下重力做的功多C.沿轨道3滑下重力做的功多D.沿三条轨道滑下重力做的功一样多解析:重力做功只与初末位置的高度差有关,与路径无关,D选项正确。答案:D,1,2,3,4,2.一个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取10m/s2)()A.重力做功为1.8JB.重力做了0.55J的负功C.物体的重力势能一定减少0.55JD.物体的重力势能一定增加1.25J解析:整个过程中重力做功WG=mgh=0.1100.55J=0.55J,故重力势能减少0.55J,所以选项C正确。答案:C,1,2,3,4,3.质量为20kg的薄铁板平放在二楼的地面上,二楼地面与楼外地面的高度差为5m。这块铁板相对二楼地面的重力势能为J,相对楼外地面的重力势能为J;将铁板提高1m,若以二楼地面为参考平面,则铁板的重力势能变化了J;若以楼外地面为参考平面,则铁板的重力势能变化了J。(g取10m/s2)解析:根据重力势能的定义式,以二楼地面为参考平面:Ep=0。以楼外地面为参考平面:Ep=mgh=20105J=103J。以二楼地面为参考平面:Ep=Ep2-Ep1=mgh1-0=20101J=200J。以楼外地面为参考平面:Ep=Ep2-Ep1=mg(h+h1)-mgh=mgh1=20101J=200J。答案:0103200200,1,2,3,4,4.如图所示,桌面距地面的高度为0.8m,一物体质量为2kg,放在桌面上方0.4m的支架上,求:(g取10m/s2)(1)以桌面为零势能参考平面,计算物体具有的重力势能,并计算物体由支架下落到地面过程中重力势能减少多少?(2)以地面为零势能参考平面,计算物体具有的重力势能,并计算物体由支架下落到地面过程中重力势能减少多少?(3)以上计算结果说明什么?,1,2,3,4,解析:(1)以桌面为零势能参考平面,物体距离零势能参考平面的高度h1=0.4m,因而物体具有重力势能。Ep1=mgh1=2100.4J=8J。物体落至地面时,物体重力势能Ep2=210(-0.8)J=-16J。因此