教科版高中物理必修二4.4势能教案

势能【教学目标】1．理解重力势能的概念，会用重力势能的定义式进行计算。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．明确弹性势能的含义，知道弹性势能与哪些量有关。【教学重点】理解重力势能的概念，会用重力势能的定义式进行计算。【教学难点】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。【教学过程】一、情境导入珠穆朗玛峰是世界最高峰，被称为“世界屋脊”。山峰顶部终年被冰雪覆盖，地形陡峭险峻，是世界登山运动爱好者瞩目和向往的地方。然而雪崩暴发时，积雪将以排山倒海之势，摧毁沿途的一切，这是为什么呢？什么能量这么巨大？二、新知学习（一）重力势能及重力做功的特点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，仅由物体的质量和初、末两个位置的高度决定。（2）表达式：WG＝mgh1－mgh2，其中h1、h2分别表示物体的初、末位置的高度。3．大小：等于物体受到的重力和它所处位置高度的乘积。4．表达式：Ep＝mgh。5．单位：焦耳，与功的单位相同。6．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1．重力势能是地球和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。【想一想】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。三、重难点突破（一）对重力势能的理解1．重力势能的几个特点（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。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WG＝G·Δh＝mgΔhEp＝mgh影响大小的因素重力mg和初末位置的高度差Δh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WG＝Ep1－Ep2＝－ΔEp【特别提醒】（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）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。【例1】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，取g＝10m/s2。（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？【解析】（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ΔEp＝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ΔEp′＝8J。【名师点拨】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ΔEp＝Ep2－Ep1求重力势能的变化量，ΔEp>0，表示重力势能增加，ΔEp<0，表示重力势能减少。（二）对弹性势能的理解1．弹性势能的产生原因eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(（1）物体发生了弹性形变,（2）各部分间的弹力作用))2．弹性势能的影响因素eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(（1）弹簧的形变量x,（2）弹簧的劲度系数k))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＝－ΔEp。【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。【例2】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