2019-2020学年高中物理 第四章 机械能和能源 第3节 势 能学案 教科版必修2

第3节势能1理解重力势能的概念，会用重力势能的定义式进行计算(重点)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(重点难点)3明确弹性势能的含义，知道弹性势能与哪些量有关一、重力势能1定义：物体由于位于高处而具有的能量2重力的功(1)特点：跟物体运动的路径无关，仅由物体的质量和始末两个位置的高度决定(2)表达式：wgmgh1mgh2，其中h1、h2分别表示物体的始、末位置的高度3大小：等于物体受到的重力和它的高度的乘积4表达式：epmgh单位：焦耳，与功的单位相同具有相对性：它总是相对于选定的参考平面而言的(该平面称为零势能面)，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：物体由于发生弹性形变而具有的能量2大小：物体的形变越大，弹性势能越大三、势能是系统所共有的重力势能是地球与受重力作用的物体组成的系统所共有的2弹性势能是弹力装置与受弹力作用的物体组成的系统所共有的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对重力势能的理解1重力势能的几个特点(1)相对性：因为epmgh，高度h的相对性决定了重力势能具有相对性如图所示，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处为参考面，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)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2重力做功与重力势能的区别与联系重力做功重力势能物理意义重力对物体做功由物体与地球的相互作用力和它们之间的相对位置决定的能表达式wgghmghepmgh影响大小的因素重力mg和初末位置的高度差h重力mg和某一位置的高度h特点只与初、末位置的高度差有关，与路径及参考平面的选择无关与参考平面的选择有关，同一位置的物体，选择不同的参考平面会有不同值过程量状态量联系重力做功过程是重力势能改变的过程，重力做正功，重力势能减少，重力做负功，重力势能增加且重力做了多少功，重力势能就改变多少，即wgep1ep2ep(1)epmgh，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，h0，在参考平面下方，h0，表示重力势能增加，epvb bvavbcvavb d无法确定解析：选bvavb时，a、b相距最近，弹簧压缩量最大，弹性势能最大如图所示，水平地面上固定一竖直轻弹簧，有一物体由弹簧正上方某位置竖直下落，从与弹簧接触后物体继续下落到速度变为零的过程中( )a物体的速度逐渐减小b物体的重力势能逐渐减小c弹簧的弹力对物体做正功d弹簧的弹性势能逐渐减小解析：选b物体的合力先是向下，后向上，故其运动的速度先增大后减小，a错下落过程中，物体的高度变低，重力势能减小，b对物体受到向上的弹力，此力对物体做负功，c错弹簧的形变量越来越大，弹性势能逐渐变大，d错二、多项选择题某同学利用弹弓将石子斜向上弹出，在石子弹出的过程中，下述说法正确的是( )a弹弓橡皮筋收缩，弹力对石子做功b石子的动能增加c弹弓橡皮筋的弹性势能减少d石子的重力势能减小，转化为石子的动能解析：选abc弹弓橡皮筋收缩产生弹力将石子弹出，弹力对石子做正功，石子动能增加，橡皮筋弹性势能减少，石子上升，重力势能增加，a、b、c对，d错9如图，小球套在光滑的竖直杆上，轻弹簧一端固定于o点，另一端与小球相连现将小球从m点由静止释放，它在下降的过程中经过了n点已知在m、n两点处，弹簧对小球的弹力大小相等，且onmomn在小球从m点运动到n点的过程中，( )a弹力对小球先做正功后做负功b有两个时刻小球的加速度等于重力加速度c弹簧长度最短时，弹力对小球做功的功率为零d小球到达n点时的动能等于其在m、n两点的重力势能差解析：选bcd小球在从m点运动到n点的过程中，弹簧的压缩量先增大，后减小，到某一位置时，弹簧处于原长，再继续向下运动到n点的过程中，弹簧又伸长弹簧的弹力方向与小球速度的方向的夹角先大于90，再小于90，最后又大于90，因此弹力先做负功，再做正功，最后又做负功，a项错误；弹簧与杆垂直时，小球的加速度等于重力加速度，当弹簧的弹力为零时，小球的加速度也等于重力加速度，b项正确；弹簧长度最短时，弹力与小球的速度方向垂直，这时弹力对小球做功的功率为零，c项正确；由于在m、n两点处，弹簧的弹力大小相等，即弹簧的形变量相等，根据动能定理可知，小球从m点到n点的过程中，弹簧的弹力做功为零，重力做功等于动能的增量，即小球到达n点时的动能等于其在m、n两点的重力势能差，d项正确运动员跳伞将经历加速下降和减速下降两个过程将人和伞看成一个系统，在这两个过程中，下列说法不正确的是( )a阻力对系统始终做负功b系统受到的合力始终向下c重力做功使系统的重力势能增加d任意相等的时间内重力做的功相等解析：选bcd无论在什么情况下，阻力一定做负功，a对加速下降时合力向下，减速下降时合力向上，b错系统下降，重力做正功，所以它的重力势能减少，c错由于系统做变速运动，系统在相等时间内下落的高度不同，所以重力做功不同，d错三、非选择题在离地面80 m处无初速度释放一小球，小球质量为m200 g，不计空气阻力，g取10 m/s2，取最高点所在水平面为参考平面，求：(1)在第2 s末小球的重力势能；(2)在第3 s内重力所做的功和重力势能的变化解析：(1)在第2 s末小球所处的高度hgt21022 m20 m，重力势能epmgh0210(20) j40 j，ep0说明小球在参考平面的下方(2)在第3 s末小球所处的高度hgt21032 m45 m第3 s内重力做功wmg(hh)0210(2045) j50 j，即小球的重力势能减少50 j答案：(1)40 j(2)50 j减少50 j在水平地面上放一个竖直轻弹簧，弹簧上端与一个质量为20 kg的木块相连，若在木块上再作用一个竖直向下的力f，使木块缓慢向下移动010 m，力f做功25 j此时木块再次处于平衡状态，力f的大小为50 n，如图所示求：(1)在木块下移010 m的过程中弹簧弹性势能的增加量(2)弹簧的劲度系数(g取10 m/s2)解析：(1)弹性势能的增加量等于弹力做负功的值，所以设法求出弹簧弹力所做的功是解决问题的关键木块下移010 m过程中，力f和重力做的功全部用