《重力势能》教案

《重力势能》教案一、教学目标1知识与技能：（1）理解重力势能的概念；（2）了解重力做功的特点；（3）重力做功和势能变化量的关系；2过程与方法：（1）通过经历重力势能概念的建立过程，了解“势能“的含义；(2)能够运用重力势能的定义和表达式解释生活中的问题。3情感态度与价值观：了解实际生活中的重力做功现象，理解定义式的意义，为后续的功能关系奠定基础，形成严谨认真的科学态度。二、学情分析1、教学对象分析：学生在此之前已经学习过重力做功和相对性内容2、学习需要分析：理解功能关系和概念定义式的科学思想三、重难点（1）重点：理解并计算重力势能；了解重力做功的特点；重力做功和重力势能变化量的关系（2）难点：重力做功和重力势能关系的建立过程及应用四、教学过程1、重力势能：定义和类型典例分析：(1)、生活导入：高空掉苹果视频（问题：苹果的“魔力“与什么因素有关？）（2）、概念切入：重力势能——定性和定量（3）、方法分析：1）定性：探究重力势能与重力做功的关系2）定量：重力做功特点：总结：重力做功与路劲无关，只与初始状态的位置有关因此，下定义——重力势能EP=mgh（4）、归纳总结：重力做功与重力势能的关系(1)、典例：例2、塔吊把一质量为200kg的物体，从距地面高为h1=10m的高度匀速运到高为h2=3m的地方，重力做了多少功？物体的重力势能如何变化？(g=10m/s-2)总结：重力做功与重力势能的关系重力做了________正功/负功，相当于，减少/增加了_______重力势能（2）、巩固练习:练习3、如图所示，质量为m的小球，用一长为l的细线悬于O点，将悬线拉直成水平状态，并给小球一个向下的速度让小球向下运动，O点正下方D处有一钉子，小球运动到B处时会以D为圆心做圆周运动，并经过C点，若已知OD＝23l，则小球由A点运动到C点的过程中，重力做功为多少？重力势能减少了多少？3、重力势能的相对性：（1）h的相对性重力势能的相对性重力势能的系统性(2)典例：例1、如图，质量m=1kg的小球，从桌面上方高h1=1.2m的A点下落到地面上的B点，桌面离地面的高度h2=0.8m．请按要求填写下表．(g=10m/s²)参考面小球在A处的重力势能小球在B处的重力势能整个过程中重力做功整个过程中重力势能的变化桌面地面拓展：绳子、链条类的重力势能（1）分类1)当粗细均匀、质量分布均匀的绳子、链条呈直线状(或水平或竖直或倾斜)放置时，Ep＝mgh中的h表示长度一半位置处的重心相对零势能面的高度．2)当粗细均匀、质量分布均匀的绳子、链条不以直线状(如折线状)放置时，应当分段表示重力势能再求和．（2）典例分析例2、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14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？绳子的重力势能变化量为多少？(桌面离地面高度大于l，重力加速度取g)（3）巩固练习4、一条长为L、质量为m的匀质轻绳平放在水平地面上，现在缓慢地把绳子提起来．设提起前半段绳子时人做的功为W1，全部提起来时人做的功为W2，则W1∶W2等于()A．1∶1B．1∶2C．1∶3D．1∶4五、总结:一、重力做功的特点：与路径无关，只与起点和终点的高度差有关二、重力势能：物体由于被举高而具有的能量。表达式三、重力做功与重力势能变化的关系重力做正功，重力势能减少重力做负功，重力势能增加四、重力势能是相对的，正负表示大小。一般不加说明是以地面或题目中的最低点所在的平面作为零势能参考面。五、拓展：绳子、链条的重力势能合格考达标练1.将一个物体由A移至B,重力做功()A.与运动过程中是否存在阻力有关B.与物体沿直线或曲线运动有关C.与物体是做加速、减速或匀速运动有关D.与物体初、末位置高度差有关]答案D解析将物体由A移至B,重力做功只与物体初、末位置高度差有关,A、B、C错误,D正确。2.(山东安丘月考)质量为m的足球在地面1位置被踢出后落到3位置,以下说法正确的是()A.由1到3的过程中,足球的重力势能始终不变,重力始终不做功B.足球的重力势能先减小后增加,总的变化量为0,重力先做负功,后做正功,总功为零C.足球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.足球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,总功为零答案D解析位置1到位置2,足球向高处运动,重力势能增加,重力做负功;位置2到位置3,足球向低处运动,重力势能减小,重力做正功,选项D正确。3.一实心铁球和一实心木球质量相等,将它们放在同一水平面上,下列结论正确的是()A.铁球的重力势能大于木球的重力势能B.铁球的重力势能等于木球的重力势能C.铁球的重力势能小于木球的重力势能D.上述三种情况都有可能答案C解析由于铁球和木球的密度不同,所以质量相等的铁球和木球比较,木球的体积较大,放在同一水平地面上时,木球的重心高,因此木球的重力势能大于铁球的重力势能,选项C正确。4.(湖南娄底期中)如图所示,质量为m的跳高运动员先后以背越式和跨越式两种跳高方式跳过某一高度,该高度比他起跳时的重心高出h,则他从起跳后至越过横杆的过程中克服重力所做的功()A.都必须大于mghB.都不一定大于mghC.用背越式不一定大于mgh,用跨越式必定大于mghD.用背越式必须大于mgh,用跨越式不一定大于mgh答案C解析从图中看出,采用背越式越过横杆时,运动员的重心可能在横杆的下方,运动员克服重力所做的功不一定大于mgh;而采用跨越式跨过横杆时,运动员的重心一定在横杆之上,运动员克服重力所做的功必定大于mgh,故C正确,A、B、D错误。5.如图,一质量为m,长度为l的均匀柔软细绳PQ竖直悬挂。用外力将绳的下端Q缓慢地竖直向上拉起至M点,M点与绳的上端P相距13l。重力加速度大小为g。在此过程中,外力做的功为(A.19mgl B.16C.13mgl D.1答案A解析根据题意,此过程中外力做的功等于细绳增加的重力势能,MQ的下半部分质量为m3的重心升高了l3,故增加的重力势能为ΔEp=mg3×l3=196.蹦蹦杆的主要结构是在一硬直杆上套一劲度系数较大的弹簧,弹簧的下端与直杆的下端固定而弹簧的上端固定一踩踏板。如图所示,小明正在玩蹦蹦杆。在小明将蹦蹦杆中的弹簧向下压缩的过程中,小明的重力势能、弹簧的弹性势能的变化情况是()A.重力势能减小,弹性势能增大B.重力势能增大,弹性势能减小C.重力势能减小,弹性势能减小D.重力势能不变,弹性势能增大答案A解析在小明将蹦蹦杆中的弹簧向下压缩的过程中,重力做正功,小明的重力势能减小,弹簧的形变量增大,其弹性势能增大,选项A正确。7.质量为m的木球从离水面高度为h处由静止释放,落入水中后,在水中运动的最大深度是h',最终木球停止在水面上,若木球在水中运动时,受到因运动而产生的阻力恒为Ff。求:(1)木球释放后的全部运动过程重力做的功是多少?(2)木球的重力势能变化了多少?答案(1)mgh(2)减少了mgh解析因为重力做功与路径无关,只与过程初、末状态的高度有关,所以全过程尽管木球在水下做了往复运动,但所做的功由h的大小决定,即WG=mgh,木球的重力势能减少了mgh。8.吊车以g4的加速度将质量为m的物体匀减速地沿竖直方向提升高度h,不计空气阻力,重力加速度为g(1)吊车钢索的拉力对物体做的功为多少?(2)重力做的功为多少?(3)物体的重力势能变化了多少?答案(1)34mgh(2)-mgh(3)增加了解析(1)设吊车钢索对物体的拉力为F,物体的加速度a=g4,方向竖直向下,由牛顿第二定律得mg-F=ma故F=mg-ma=34mg方向竖直向上,所以拉力做的功W=Fh=34mgh(2)物体被提升高度为h,重力做的功WG=-mgh。(3)由于ΔEp=-WG=mgh,故物体的重力势能增加了mgh。等级考提升练9.(江苏南通期中)如图所示,质量相等的两木块中间连有一竖直弹簧,现用力缓慢向上提A,直到B恰好离开地面。开始时木块A静止在弹簧上面,设开始时弹簧的弹性势能为Ep1,B刚要离开地面时,弹簧的弹性势能为Ep2,则关于Ep1、Ep2的大小关系及弹性势能的变化ΔEp,下列说法正确的是()A.Ep1=Ep2 B.Ep1>Ep2C.ΔEp>0 D.ΔEp<0答案A解析对于确定的弹簧,其弹性势能的大小只与形变量有关。设开始时弹簧的形变量为x1,有kx1=mg;设B刚要离开地面时弹簧的形变量为x2,有kx2=mg。可知x1=x2,所以Ep1=Ep2,ΔEp=0,A正确,B、C、D错误。10.如图所示,质量为60kg的某运动员在做俯卧撑运动,运动过程中可将她的身体视为一根直棒。已知重心在c点,其垂线与脚、两手连线中点间的距离Oa、Ob分别为0.9m和0.6m。若她在1min内做了30个俯卧撑,每次肩部上升的距离均为0.4m,则克服重力做的功和相应的功率约为()A.430J,7W B.4300J,70WC.720J,12W D.7200J,120W答案B解析设每次俯卧撑中,运动员重心变化的高度为h,由几何关系可得,ℎ0.4m=0.9m0.9m+0.6m,即h=0.24m。一次俯卧撑中,克服重力做功W=mgh=60×9.8×0.24J=141.12J,所以1min内克服重力做的总功为W总=NW=4233.6J,11.(多选)图甲是玩家玩“蹦极”游戏的图片,玩家将一根长为AB的弹性绳子的一端系在身上,另一端固定在跳台,然后从跳台跳下,图乙是玩家到达最低点时的情况,其中AB为弹性绳子的原长,C点是弹力等于重力的位置,D点是玩家所到达的最低点,对于玩家离开跳台至最低点的过程中,下列说法正确的是()A.重力对玩家一直做正功B.玩家的重力势能一直减少C.玩家通过B点之后,绳子具有弹性势能D.从A到D,弹性绳子的弹性势能一直增加答案ABC解析整个过程中,重力一直做正功,玩家的重力势能一直减少,选项A、B正确;玩家从高空落下到弹性绳子达到原长过程中,弹性绳子不做功,通过B点之后弹性绳子一直做负功,弹性势能一直增加,选项C正确,D错误。12.起跳摸高是某些体能测试的项目之一。某考生身高1.80m,质量70kg,他站立举臂,手指摸到的高度为2.10m。在一次摸高测试中,如果他先下蹲,再用力蹬地向上跳起,同时举臂,离地后手指摸到的高度为2.55m,如图所示,g取10m/s2,该考生跳起后增加的重力势能为()A.1260J B.1470JC.315J D.1785J答案C解析该考生跳起后重心升高的高度Δh=2.55m-2.10m=0.45m,该考生跳起后增加的重力势能ΔEp=mgΔh=70×10×0.45J=315J,C正确。13.如图所示,一条长l=2m、质量分布均匀的铁链放在水平地面上,铁链质量为10kg,拿住一端提起铁链直到铁链全部离开地面的瞬间,克服铁链重力做功为多少?铁链的重力势能变化了多少?(重力加速度g取9.8m/s2)答案98J增加了98J解析铁链从初状态到末状态,它的重心位置提高了h=l2,因而克服铁链重力所做的功为W=mg·l2=10×9.8×22J=98J,铁链的重力势能增加了9814.弹簧原长l0=15cm,受拉力作用后弹簧逐渐伸长,当弹簧伸长到l1=20cm时,作用在弹簧上的力