《2020版高中物理人教必修二课件：7.4重力势能》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020版高中物理人教必修二课件：7.4重力势能（96页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、4 重 力 势 能 1 重力做的功 任务驱动 如图所示 甲 乙两名学生的质量 都是m 当他们分别以图示的路径 登上高h的阶梯顶端A时 甲 乙的 重力做的功哪一个多 提示 甲 乙的重力做的功一样多 1 特点 物体运动时 重力对它做的功只跟它的 和 的位置有关 而跟物体运动的路径 2 大小 等于物重跟起点高度的乘积mgh1与物重跟终点 高度的乘积mgh2两者之差 WG 起点 终点无关 mgh1 mgh2 2 重力势能 1 大小 等于物体所受重力与所处 的乘积 Ep 2 标矢性 重力势能是 A 标量 B 矢量 3 单位 与 的单位相同 4 重力做功与重力势能变化的关系 高度 mgh A 焦耳功 表达
2、式 WG Ep 两种情况 3 重力势能的两性 任务驱动 一个物体的重力势能从 8 J变化到 5 J 重 力势能是增加了还是减小了 提示 重力势能增加了 1 相对性 参考平面 物体的重力势能总是相对于某一 来说的 在参考平面上 物体的重力势能取作 相对性 选择不同的参考平面 物体重力势能的数值 是 正负的含义 参考平面上方物体的重力势能是 参考平面下方物体的重力势能是 水平面 0 不同的 正值 负值 2 系统性 重力势能是 与 所组成的 系 统 共有的 物体地球 主题一 重力做的功 问题探究 如图甲 乙 丙所示 物体分别沿不同的路径由A运 动到B 试结合上述情境讨论 1 重力做的功分别是多少 提
3、示 图甲中重力做功为WG mgh mgh1 mgh2 图乙中重力做功为WG mgLcos mgh1 mgh2 图丙中重力做功的路径是曲线 可把整个路径分成很多 的间隔AA1 A1A2 A2A3 设每一间隔的高度差分别是 h1 h2 h3 则物体通过整个路径时重力做的功 WG mg h1 mg h2 mg h3 mg h1 h2 h3 mgh mgh1 mgh2 2 结合上面的讨论 分析重力做功有什么特点 提示 比较上面三种情况 重力做的功相等 可知重力做 功的特点 重力做的功与路径无关 只与物体的起点和 终点的位置有关 探究总结 重力做功的特点 1 重力所做的功跟物体的运动路径无关 跟物体初位
4、 置和末位置的高度差有关 2 重力是恒力 大小不变 方向总是竖直向下 根据恒 力做功的公式可知 重力做功的大小由重力大小和在重 力方向上位移的大小即竖直方向的高度差决定 与其他 因素无关 所以只要起点和终点的位置确定 不论沿着 什么路径由起点到终点 重力做功都相同 拓展延伸 1 利用微元法可以化 曲 为 直 借助微元思想 可以把不规则的曲面看成由许多小斜面 组成 2 重力做功的特点可推广到任一恒力做功 即恒力做 功的特点是 与物体的路径无关 只跟初 末位置有关 典例示范 2019 宜宾高一检测 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
5、 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 解题指南 重力做功与路径无关 只与初末位置有关 解析 选D 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 易错提醒 重力做功的两点提醒 1 重力做功W mgh 其中h为初 末位置的高度差 而不 一定是物体的位移 重力的方向是竖直向下的 因而计 算功时也只能在竖直方向选取位移 即竖直高度 2 重力做的功有正负之分
6、当物体下降时 重力做正功 反之 当物体上升时 重力做负功 即物体克服重力做 功 探究训练 1 2019 佛山高一检测 如图所示 质量为m的小球从 高为h处的斜面上的A点滚下 经过水平面BC后 再滚上 另一斜面 当它到达 的D点时 速度为零 在这个过 程中 重力做功为 A B C mgh D 0 解析 选B 根据重力做功的公式得W mg h1 h2 故B正确 2 2019 大同高一检测 沿着高度相同 坡度不同 粗糙程度也不同的斜面 向上拉同一物体到顶端 下列 说法中正确的是 A 沿长度大的斜面上升克服重力做的功多 B 沿长度大 粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功 多 C 沿坡度大 粗糙程度大的斜
7、面上升克服重力做的功 少 D 上述几种情况重力做功同样多 解析 选D 重力做功的特点是重力做功与物体运动 的具体路径无关 只与初 末位置的高度差有关 不论 是光滑路径或粗糙路径 也不论是直线运动还是曲线运 动 只要初 末位置的高度差相同 重力做功就相同 因 此不论坡度大小 长度大小及粗糙程度如何 只要高度 差相同 克服重力做的功就一样多 故选D 3 起重机以 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 则起重机钢索的拉力对物体做的 功为多少 物体克服重力做的功为多少 解析 由题意可知物体的加速度a 物体上升高度 为h 根据牛顿第二定律得mg F ma 所以F mg ma mg m
8、mg 方向竖直向上 所以拉力做功WF Fhcos 0 mgh 重力做功WG mghcos 180 mgh 即物体克服重力做功为mgh 答案 mgh mgh 补偿训练 如图所示 演员正在进行杂技表演 由图可估算出他 将一只鸡蛋抛出的过程中对鸡蛋所做的功最接近于 A 0 3 J B 3 J C 30 JD 300 J 解析 选A 根据生活常识 20个鸡蛋大约1 kg 表 演者抛出的高度按0 5 m 计算 则抛出过程中对鸡蛋 做的功为W mgh 10 0 5 J 0 25 J 选项A正确 主题二 重力做功与重力势能之间的关系 问题探究 三峡大坝横跨2 309 m 坝高185 m 其1 820万kW的
9、装机 容量为世界第一 847亿 kW h的年发电量居世界第二 问题简化如下 如图所示 质量为m的物体自高度为h2的 A处下落至高度为h1的B处 求此过程中重力做的功和重 力势能的变化量 并分析它们之间的关系 提示 重力做的功WG mg h2 h1 mg h 选地面为零势能 参考平面 物体的重力势能由mgh2变为mgh1 重力势能的 变化量 Ep mgh1 mgh2 mg h 可见WG Ep 所以重 力做的功等于重力势能的变化量的负值 探究总结 1 重力势能的变化与重力做功的关系 1 重力做正功时 重力势能减少 减少的重力势能等于 重力所做的功 2 重力做负功即克服重力做功时 重力势能增加 增加
10、 的重力势能等于克服重力所做的功 即WG 2 重力做功与重力势能的区别与联系 重力做功重力势势能 物理意 义义 重力对对物体做功 由于物体与地球的相 互作用 且由它们们之间间 的相对对位置决定的能 表达式WG mg hEp mgh 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 重力做功重力势势能 特点 只与初 末位置 的高度差有关 与路径及参考平 面的选择选择 无关 与参考平面的选择选择 有关 同 一位置的物体 选择选择 不同的 参考平面 会有不同的重力 势势能值值 过过程量状态态量 重力做功重力势势能 联联 系 重力做功过过程是重力势势能改变变的过过程
11、重力 做正功 重力势势能减少 重力做负负功 重力势势 能增加 且重力做了多少功 重力势势能就改 变变多少 即WG 典例示范 2019 玉溪高一检测 一个100 g的球从1 8 m的高处 落到一个水平板上又弹回到1 25 m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 10 m s2 A 重力做功为1 8 J B 重力做了0 55 J的负功 C 球的重力势能一定减少0 55 J D 球的重力势能一定增加1 25 J 解析 选C 在整个过程中 球下降的高度为 h 1 8 1 25 m 0 55 m 该过程中重力对球做正功为 W mgh 0 1 10 0 55 J 0 55 J
12、 故A B错误 重力做 多少正功 重力势能就减少多少 故球的重力势能一定 减少0 55 J 故C正确 D错误 规律方法 判断重力做功的方法 1 根据功的定义式判断 若物体位移方向向上 重力做 负功 若物体位移方向向下 重力做正功 2 根据重力势能的变化与重力做功的关系判断 重力 势能增加时重力做负功 重力势能减小时重力做正功 探究训练 1 多选 关于重力做功和物体的重力势能 下列说法正 确的是 A 重力对物体做正功时 物体的重力势能一定减小 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
13、 解析 选A B D 重力做正功 重力势能减小 故选 项A正确 重力做负功 重力势能增加 故选项B正确 重 力势能的大小与参考平面的选取有关 故选项C错误 重 力做功和重力势能的变化与参考平面的选取无关 故选 项D正确 2 2019 南京高一检测 某旅游景点有乘坐热气球观 光项目 如图所示 在热气球加速上升的过程中 忽略热 气球质量的变化 则热气球的 A 重力势能减少 动能减少 B 重力势能减少 动能增加 C 重力势能增加 动能减少 D 重力势能增加 动能增加 解析 选D 热气球加速上升的过程中 受到重力和 浮力 重力做负功 浮力做正功 合力向上做正功 故重 力势能增加 动能增加 故A B C
14、错误D正确 3 如图所示 一个质量为M的物体放在水 平面上 物体上方连接一个长为L 劲度 系数为k的轻弹簧 现用手拉着弹簧P点 缓慢向上移 直到物体离开地面一段距 离 在这一过程中 P点位移是H 设开始时 弹簧处于原长 则物体的重力势能增加了 A MgHB MgH C MgH D MgH 解析 选C P刚开始上移时 弹簧伸长 而物体不动 直到P点上移 后 弹簧不再伸长 物体才离开地面 随弹簧一起上移 在上述过程中 物体重心上移的高度 h H 所以重力势能增加了Mgh MgH 故C 正确 补偿训练 1 关于重力势能 以下说法中正确的是 A 某个物体处于某个位置 重力势能的大小是唯一确定 的 B
15、只要重力做功 重力势能一定变化 C 物体做匀速直线运动时 重力势能一定不变 D 重力势能为零的物体 不可能对别的物体做功 解析 选B 选取不同的零势能面 则同一位置的物 体的重力势能是不同的 故A错误 重力势能的改变量等 于重力做功的多少 若重力做功 重力势能一定发生变 化 故B正确 物体若在竖直方向做匀速直线运动 物体 的高度变化 重力势能也会发生变化 故C错误 重力势 能的大小是相对于零势能面的高度决定的 重力势能为 零只能说明物体处于零势能面上 它对下方的物体同样 可以做功 故D错误 2 2019 宁波高一检测 如图所示 一条铁链长为2 m 质量为10 kg 放在水平地面上 拿住一端提起
16、铁链直到 铁链全部离开地面的瞬间 铁链克服重力做功为多少 铁链的重力势能变化了多少 解题指南 解答本题时应明确以下两点 1 铁链升高的高度应为其重心升高的高度 2 克服重力做功与重力势能的变化具有相等的关系 解析 铁链从初状态到末状态 它的重心位置提高了 h 因而克服重力所做的功为W mgl 10 9 8 2 J 98 J 铁链的重力势能增加了98 J 铁链重力势 能的变化还可由初 末状态的重力势能来分析 设铁链 初状态所在水平位置为零势能参考平面 则 0 铁链重力势能的变化 Ep 10 9 8 2 J 98 J 即铁链重力势能增加了98 J 答案 98 J 增加了98 J 主题三 重力势能的相对性 问题探究 一个质量为2 kg的花盆 从高为50 m的16楼窗台落地 试结合上述情境讨论 1 分别以地面 16楼窗台为参考平面分析 怎样表示 花盆在窗台上 落地时的重力势能及重力势能的变化 提示 1 000 0 0 1 000 1 000 1 000 2 根据上表试分析 相对于不同的参考平面 重力势能是否相同 这说明 重力势能具有什么性质 重力势能的正负有什么含义 重力势能的变化量是否与参考
