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1、4 1势能的变化与机械功 核心要点突破 课堂互动讲练 课前自主学案 知能优化训练 4 1 课标定位 学习目标 1 理解什么是重力势能和弹性势能 2 掌握重力做功与重力势能的关系 掌握弹力做功与弹性势能的关系 3 理解势能的相对性 重点难点 重点 重力势能的变化与重力做功的关系 重力做功与路径无关 难点 重力势能Ep是标量 但有正负 重力做功是重力势能转化的量度 课前自主学案 一 研究重力做功跟重力势能变化的关系1 重力势能的大小 1 定义 物体由于被举高而具有的能量叫做 物体的重力势能等于它所受重力和它的高度的乘积 2 表达式 3 单位 在国际单位制中 重力势能的单位为 符号为J 重力势能 E
2、p mgh 焦耳 2 重力做功跟重力势能的变化 1 重力做功与重力势能的关系可以写为W 式中W为 Ep1为 Ep2为 Ep为 2 当重力对物体做正功时 物体的重力势能 当重力对物体做负功时 物体的重力势能 Ep1 Ep2 Ep 重力所做的功 物体在初始位置的重力势能 物体在末位置的重力势能 重力势能的增量 减少 增加 思考感悟1 2011年7月由于连续强降雨 我国四川省多处发生了大面积的山体滑坡 摧毁了大量的道路 桥梁和建筑物 给当地的人民造成巨大的生命和财产损失 在平常稳重安静的山哪里来的如此大的能量 提示 由于山体滑波 泥石流产生 巨大的山石从山上滑落下来 而山石的质量很大 又处在很高的位
3、置 因此具有很大的势能 在下滑过程中 因为重力做功 山石会获得巨大的动能 所以具有非常大的破坏力 二 重力做功跟路径无关1 重力对物体做的功只跟物体的 和 的高度有关 而跟物体经过的 无关 2 重力势能具有相对性 1 物体的重力势能Ep mgh中的h 是相对于某个重力势能为零的参考面而言的 因此 物体的重力势能也总是相对于某一水平面来说的 这个水平面叫做参考平面 在参考平面 物体的重力势能为 初位置 末位置 路径 零 2 物体位于参考平面上方时重力势能为 在其下方时的重力势能为 3 选择哪个水平面作参考平面 可视研究问题的方便而定 三 引力势能和弹性势能1 定义 物体发生 时具有的势能叫做弹性
4、势能 2 表达式 对于劲度系数为k的弹簧 伸长量或压缩量为x时 弹性势能为Ep 正值 负值 弹性形变 思考感悟2 成吉思汗的 只识弯弓射大雕 说明拉满弦的弯弓可以把箭发射出去 撑杆跳运动员借助手中长杆的弯曲能超越自己的 理想 可见 弯弓 弯曲的长杆 中存在一种能量 结合生活经验谈一谈你的认识 提示 弯弓 弯曲的长杆 中存在一种能量 弹性势能 其大小与形变量有关 核心要点突破 一 对重力势能的理解1 对重力势能的理解 1 重力势能是状态量 标量 物体的位置发生了变化 物体的重力势能也就发生变化 重力势能是状态量 重力势能的变化量与重力所做的功相对应 而重力的功是标量 重力势能也是标量 2 重力势
5、能属于物体和地球组成的系统 如果没有地球对物体的吸引 就谈不上重力做功和重力势能 物体所在的高度是由物体同地球组成的系统内部的相对位置所决定的 因此重力势能是这个系统的 而不是物体单独具有的 3 重力所做的功只跟初位置的高度和末位置的高度有关 而跟物体运动的路径无关 只要起点和终点的位置相同 不论物体沿着什么路径由起点到达终点 是沿着直线还是曲线路径 重力所做的功都是相同的 2 重力势能的相对性与重力势能变化的绝对性的理解 1 重力势能是一个相对量 它的数值与参考平面的选择有关 在参考平面内 物体的重力势能为零 在参考平面上方的物体 重力势能为正值 在参考平面下方的物体 重力势能为负值 2 重
6、力势能变化的不变性 绝对性 尽管重力势能的大小与参考平面的选择有关 但重力势能的变化量都与参考平面的选择无关 这体现了它的不变性 绝对性 3 某种势能的减少量 等于其相应力所做的功 重力势能的减少量 等于重力所做的功 弹簧弹性势能的减少量 等于弹簧弹力所做的功 4 重力势能的计算公式Ep mgh 只适用于地球表面及其附近处g值不变时的范围 若g值变化时 不能用其计算 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 关于重力势能 下列说法中正确的是 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 重力势能变大了D 在
7、地面上的物体 它具有的重力势能不一定等于零 解析 选CD 重力势能具有相对性 其数值与零势能面的选取有关 位置虽然确定 但物体的重力势能随着零势能面的选取不同 其数值也不同 所以选项A错误 D正确 物体若在零势能面下方 物体与零势能面距离越大 它的重力势能却越小 所以选项B错误 重力势能为标量 5J应小于 3J 所以选项C正确 二 重力做功和重力势能的区别与联系 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 沿着高度相同 坡度不同 粗糙程度也不同的斜面将同一物体分别从底端拉到顶端 下列说法正确的是 A 沿坡度小的斜面运动时物体克服重力做功多B 沿坡度大 粗糙程度大的斜面运动时物体克服重力做功多C 沿坡度小
8、 粗糙程度大的斜面运动时物体克服重力做功多D 不管沿怎样的斜面运动 物体克服重力做功相同 物体增加的重力势能也相同 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 不论是光滑路径还是粗糙路径 也不论是直线运动还是曲线运动 物体克服重力做了多少功 重力做多少负功 它的重力势能就增加多少 课堂互动讲练 如图4 1 1所示 质量为m的小物体沿圆弧面从A点无初速地滑下 圆弧的半径为R A点与圆心等高 滑到圆弧的最低点B时 物块的速度为v 则下滑过程中 重力对物体做的功为 物体克服阻力做的功为 图4 1 1 方法总结 重力做功只和物体的初 末位置高度差有关 不受其它力做功的影响
9、也不受运动状态 加速度的影响 重力做功WG mgh 即物体克服重力做功为mgh 又因为WG Ep1 Ep2 mgh WG 0 Ep1 Ep2即物体的重力势能增加了mgh 方法总结 判断物体的重力势能如何变化时 应根据重力做功还是克服重力做功来判断 如果重力对物体做功 重力势能减小 物体克服重力做功时 重力势能增加 如图4 1 2所示 一竖直弹簧下端固定于水平地面上 小球从弹簧的正上方距弹簧上端H处的P点自由下落 落到Q点与弹簧接触 小球继续向下运动 落至弹簧的最大压缩量为h的N点 经过几次反弹之后 小球最后静止在弹簧上Q与N之间的某一点A 则 图4 1 2 A H越大 小球第一次到达A点时的速
10、度越大B H越大 弹簧在A点的压缩量越大C H越大 弹簧的最大压缩量h越大D 弹簧的最大压缩量h与H无关 小球下落时 重力做功 重力势能减小 转化为小球的动能和弹簧的弹性势能 无论H如何 小球在A点时弹簧的弹性势能都相同 所以H越大 小球在A点的动能越大 因此速度越大 故A正确 小球从开始释放到最低点的过程中 只有重力和弹力做功 重力势能转化为弹簧的弹性势能 重力势能越大 弹簧的弹性势能也就越大 弹簧的最大压缩量也就越大 即H越大 h就越大 故C正确 D错 答案 AC 方法总结 弹簧的弹性势能是由弹簧的劲度系数k和形变量x共同决定的 弹性势能的变化是由弹力做功决定的 即弹力做多少功 弹性势能就减少多少 反之 克服弹力做多少功 弹性势能就增加多少 本部分内容讲解结束 点此进入课件目录 按ESC键退出全屏播放 谢谢使用
