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1、第第第第章章章章 机机机机械械械械能能能能守守守守恒恒恒恒定定定定律律律律高中物理高中物理高中物理高中物理必修必修必修必修2 2 2 2七七七七重力势能(自整理 2002年月日上午，俄罗斯高年月日上午，俄罗斯高加索北奥塞梯地区的一个村庄发生雪崩，加索北奥塞梯地区的一个村庄发生雪崩，造成至少人失踪。造成至少人失踪。 雪雪崩崩2重力势能(自整理 美国内华达州亚利桑那陨石坑。这个陨石坑是美国内华达州亚利桑那陨石坑。这个陨石坑是5万年前，一颗万年前，一颗直径约为直径约为3050米的铁质流星撞击地面的结果。这颗流星重约米的铁质流星撞击地面的结果。这颗流星重约50万万千克、速度达到千克、速度达到20千米秒
2、，爆炸力相当于千米秒，爆炸力相当于2000万千克梯恩梯万千克梯恩梯(TNT)，超过美国轰炸日本广岛那颗原子弹的一千倍。爆炸在地面，超过美国轰炸日本广岛那颗原子弹的一千倍。爆炸在地面上产生了一个直径约上产生了一个直径约1245米，平均深度达米，平均深度达180米的大坑。据说，坑米的大坑。据说，坑中可以安放下中可以安放下20个足球场，四周的看台则能容纳个足球场，四周的看台则能容纳200多万观众。多万观众。 陨陨石石坑坑美美美美国国国国内内内内华华华华达达达达州州州州亚亚亚亚利利利利桑桑桑桑那那那那3重力势能(自整理（1 1）俄罗斯）俄罗斯）俄罗斯）俄罗斯“ “和平号和平号和平号和平号” ”空间站坠
3、落时，为什么会燃烧？碎片燃烧空间站坠落时，为什么会燃烧？碎片燃烧空间站坠落时，为什么会燃烧？碎片燃烧空间站坠落时，为什么会燃烧？碎片燃烧时，温度可达时，温度可达时，温度可达时，温度可达30003000，其能量由什么能量转化而来？（，其能量由什么能量转化而来？（，其能量由什么能量转化而来？（，其能量由什么能量转化而来？（2 2）打桩机打桩机打桩机打桩机的重锤从高处落下时，为什么能把水泥打进地里的重锤从高处落下时，为什么能把水泥打进地里的重锤从高处落下时，为什么能把水泥打进地里的重锤从高处落下时，为什么能把水泥打进地里? ? （3 3）水力发电站）水力发电站）水力发电站）水力发电站为什么要修那么高
4、的大坝？（为什么要修那么高的大坝？（为什么要修那么高的大坝？（为什么要修那么高的大坝？（4 4）在你的头顶上方相同的高度）在你的头顶上方相同的高度）在你的头顶上方相同的高度）在你的头顶上方相同的高度, ,分别分别分别分别用细绳悬挂一个粉笔头和用细绳悬挂一个粉笔头和用细绳悬挂一个粉笔头和用细绳悬挂一个粉笔头和7.5Kg7.5Kg的铅球，你的感觉有何不同？的铅球，你的感觉有何不同？的铅球，你的感觉有何不同？的铅球，你的感觉有何不同？以上问题的根本原因都在于以上问题的根本原因都在于以上问题的根本原因都在于以上问题的根本原因都在于水电站“和平号和平号”空间站残片空间站残片重力势能(自整理 这是因为物体
5、一旦处在一定这是因为物体一旦处在一定高度时，就具有了一定的能量。而当它高度时，就具有了一定的能量。而当它从所处的的高处落下时，这些能量就会从所处的的高处落下时，这些能量就会以做功的方式释放出来以做功的方式释放出来 在初中我们已经学过：物体在初中我们已经学过：物体由于被举高而具有的能量叫重力势能由于被举高而具有的能量叫重力势能 那么重力势能的大小与什么那么重力势能的大小与什么有关，又如何定量表示呢有关，又如何定量表示呢? ?本节课我们本节课我们就来学习这个问题就来学习这个问题重力势能(自整理课标定位课标定位学学习目目标：1.理解重力理解重力势能的概念，掌能的概念，掌握重力握重力势能的能的计算方法
6、，知道重力算方法，知道重力势能能的相的相对性性2知道重力做功和重力知道重力做功和重力势能的改能的改变的的关系关系3理解重力做功与路径无关的特点理解重力做功与路径无关的特点重点重点难点：点：重力重力势能的能的计算，重力做功算，重力做功与重力与重力势能能变化的关系化的关系重力势能(自整理类型类型3类型类型2类型类型1理论探究试试一一试试BBh1h2h3hh1h2Amg类型类型1:1:类型类型2:2:类型类型3:3:A1A2A3WGmghmgh1mgh2WGmgl cosmghmgh1mgh2WGmgh1mgh2mgh3 mghmgh1mgh2lBmgAAmg求下列三种情况下，小球从求下列三种情况下
7、，小球从求下列三种情况下，小球从求下列三种情况下，小球从A A运动到运动到运动到运动到B B，重力对小球做的功，重力对小球做的功，重力对小球做的功，重力对小球做的功思考：重力做功的特点是什么？思考：重力做功的特点是什么？重力势能(自整理重力做功与路径无关重力做功与路径无关, ,只跟始末位置的高度差只跟始末位置的高度差hh有关有关8一、重力做功的特点一、重力做功的特点WG mg h mgh1mgh2第第第第章章章章 机机机机械械械械能能能能守守守守恒恒恒恒定定定定律律律律高中物理高中物理高中物理高中物理必修必修必修必修2 2 2 2七七七七重力势能(自整理重力做功与路径无关重力做功与路径无关 一
8、质量为一质量为5kg5kg的小球从的小球从5m5m高处下落高处下落, , 碰撞地碰撞地面后弹起面后弹起, , 每次弹起的高度比下落高度低每次弹起的高度比下落高度低1m, 1m, 求求: :小球从下落到停在地面的过程中重力一共做了多少小球从下落到停在地面的过程中重力一共做了多少功功? (g=10m/s? (g=10m/s2 2) )解: 小球下落高度为小球下落高度为5m5m9=5105 J=250 J第第第第章章章章 机机机机械械械械能能能能守守守守恒恒恒恒定定定定律律律律高中物理高中物理高中物理高中物理必修必修必修必修2 2 2 2七七七七重力势能(自整理 可见可见, ,重力做的功等于重力做的
9、功等于“mgh”“mgh”这个量的变化这个量的变化. .在物在物理学中，理学中， “mgh” “mgh”就用这个物理量表示物体的重力势就用这个物理量表示物体的重力势能。能。hh2h1AB物体从物体从A落到落到B的过程中的过程中,重力做功重力做功10=mg（h1-h2）=mgh1-mgh2重力势能(自整理二二. . 重力势能重力势能物体由于被举高而具有的能量叫做重力势能。物体由于被举高而具有的能量叫做重力势能。1 1、定义：、定义： 2 2、重力势能的表达式、重力势能的表达式 ： E Ep p = = mghmghm m 物体的质量，单位物体的质量，单位: :千克（千克（kgkg） g g 重力
10、加速度，单位重力加速度，单位: :米秒米秒2 2（m ms s2 2） h h 物体重心所处的高度，单位物体重心所处的高度，单位: :米（米（m m）E Ep p 物体的重力势能，单位物体的重力势能，单位: :焦（焦（J J）3、物体的重力势能等于它所受的重力与物体的重力势能等于它所受的重力与所处高度的乘积所处高度的乘积EPmgh重力势能(自整理WGmgh1mgh2初态初态的重力的重力势能势能末态的重力势能末态的重力势能重力做重力做的功的功三、重力做功与重力势能变化之间的关系三、重力做功与重力势能变化之间的关系BAmghh1h2WGEP1EP2重力做功对应着重力做功对应着重力势能的减少重力势能
11、的减少重重力力做做功功和和重重力力势势能能变变化化的的关关系系重力势能(自整理1、当物体由、当物体由高处高处向向低处低处运动时：运动时：2、当物体由、当物体由低处低处向向高处高处运动时：运动时：重重力力做做功功和和重重力力势势能能变变化化的的关关系系重力做正功，即重力做正功，即WG，EP1EP2重力势能减小重力势能减小重力做负功，即重力做负功，即WG，EP1EP2重力势能增大重力势能增大WG mgh1mgh2 =EP1EP2重力做的功等于重力势能的减少量重力做的功等于重力势能的减少量物体克服重力做的功等于重力势能的增加量物体克服重力做的功等于重力势能的增加量重力势能(自整理思考牛刀小试一个跳水
12、运动员质量一个跳水运动员质量m，身，身高高L,站在高为站在高为H的跳台上，的跳台上，关于估算此时运动员的重力关于估算此时运动员的重力势能的结果可能正确的是？势能的结果可能正确的是？A、0 B、CDABCD很诡异！重力势能(自整理高度是相对的，势能也是相对的计算要先选定高度是相对的，势能也是相对的计算要先选定参考平面参考平面 在参考面下方的物体的高度是负值，重力在参考面下方的物体的高度是负值，重力势能也是负值。势能也是负值。 参考平面的选取是任意的，但通常选择地面参考平面的选取是任意的，但通常选择地面或最低点为参考平面或最低点为参考平面 .在参考平面时物体重力势在参考平面时物体重力势能为零能为零
13、 在参考面上方的物体的高度是正值，重力在参考面上方的物体的高度是正值，重力势能也是正值；势能也是正值；势能是标量势能是标量+ +、表示大小表示大小15重力势能有相对性（高度具有相对性）重力势能有相对性（高度具有相对性）四四、重力势能(自整理重力势能的相对性hhhAhhhAhhhABBBEPB=-=-3mghEPA= =2mghEPB=-=-2mghEPA= =0EPA=-=-mghEPB= =0 重力势能具有重力势能具有相对性相对性，处在，处在参考平面参考平面的物体的重力势能的物体的重力势能为为0 0 ，参考平面，参考平面上方上方的物体的重力势能是的物体的重力势能是正正数，参考平面数，参考平面
14、下方下方的物体的重力势能是的物体的重力势能是负负数，为了比较势能的大小，应数，为了比较势能的大小，应选选同一个同一个参考平面参考平面 。重力势能的增量重力势能的增量Ep EPBEPA - -2mgh重力势能(自整理例：例： 如图，质量如图，质量0.5kg的小球，从桌面以上的小球，从桌面以上h1=1.2m的的A点落到地面的点落到地面的B点，桌面高点，桌面高h2=0.8m请按要求填写下表请按要求填写下表(g=10m/s2)参考参考平面平面小球在小球在A点重点重力势能力势能小球在小球在B点重点重力势能力势能下落过程下落过程小球重力小球重力做功做功下落过程下落过程小球重力小球重力势能变化势能变化桌面桌
15、面地面地面6J10J-4J010J10J减少减少10J减少减少10Jh1h2AB选取不同的参考平面选取不同的参考平面,物体的重力势能的数值不同物体的重力势能的数值不同对一个确定的过程，对一个确定的过程，WG和和EP与参考面的选择无关与参考面的选择无关18重力势能的变化是绝对的（高度变化有绝对性）重力势能的变化是绝对的（高度变化有绝对性）五五、重力势能(自整理结论1 1、相对性相对性:重力势能具有相对重力势能具有相对性。性。 势能有势能有正、负，正、负，表示表示大、小大、小。 参考平面参考平面的选取是任意的，的选取是任意的，可视研究问题的方便而定，可视研究问题的方便而定，通通常选地面为参考平面常
16、选地面为参考平面。重力势能的相对性和重力势能变化的重力势能的相对性和重力势能变化的绝对性绝对性2、重力势能的变化与参考平、重力势能的变化与参考平面的选取无关。面的选取无关。小树大树那个更小树大树那个更高高重力势能(自整理重力做功，物体重力势能变化；重力做功，物体重力势能变化；如果没有重力，还有重力势能吗如果没有重力，还有重力势能吗？说明：1、重力是地球与物体之间的相互作用力，严格地说，重力势能是地球与物体所组成的“系统”所共有的，而不是说物体具有重力势能。2、势能是物体系由于其中各物体之间或物体内各部分存在相互作用而具有的能是由各物体的相对位置决定的，所以势能也叫位能。例如：我们以后会学到的分
17、子力与分子势能，电场力与电势能。它们都是系统共有的 ，都具有类似的功能规律。20六、势能是系统所共有的。六、势能是系统所共有的。重力势能(自整理小 结一、重力做功的特点：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与路径无关，只与起点和终点的高度差有关二、重力势能：二、重力势能：物体由于被举高而具有的能量物体由于被举高而具有的能量 表达式表达式 三、重力做功与重力势能变化的关系三、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正功，重力势能减少 重力做负功，重力势能增加重力做负功，重力势能增加四、重力势能是相对的四、重力势能是相对的 ，正负表示大小。重力势能的变化
18、是绝对的。，正负表示大小。重力势能的变化是绝对的。 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。面。五、势能是系统所共有的。五、势能是系统所共有的。WG=EP29重力势能(自整理小结：小结：1物体的高度物体的高度发生生变化化时，重力要做功，物，重力要做功，物体被体被举高高时，重力做，重力做_功，物体下落功，物体下落时，重，重力做力做_功功2重力做功的特点重力做功的特点物体运物体运动时，重力，重力对它做的功只跟它的它做的功只跟它的_和和_的位置有关，而跟物体运的位置有关，而跟物体运动的的_无无关关负正正起点起点终点点
19、路径路径WG mg h mgh1mgh2重力势能(自整理二、重力势能二、重力势能1定义：物体由于定义：物体由于_而具有的能量而具有的能量2大小：物体的重力势能等于它所受大小：物体的重力势能等于它所受_与所处与所处_的乘积，表达式为的乘积，表达式为_.3单位：单位：_，与功的单位相同，与功的单位相同4重力做功与重力势能变化的关系重力做功与重力势能变化的关系被被举高高重力重力高度高度Epmgh焦耳焦耳重力势能(自整理表达式：表达式： WG mgh1mgh2 =EP1EP2(1)当物体从高处运动到低处时，重力做当物体从高处运动到低处时，重力做_功，重力势能功，重力势能_，即，即WG0，Ep1Ep2.
20、(2)当物体由低处运动到高处时，重力做当物体由低处运动到高处时，重力做_功，重力势能功，重力势能_，即，即WG0，Ep1Ep2.重力重力做负功也叫做物体做负功也叫做物体_正正减小减小增加增加负负克服重力做功克服重力做功重力势能(自整理三、重力势能的相对性三、重力势能的相对性1参考平面：物体的重力势能总是相对于参考平面：物体的重力势能总是相对于某一某一_来说的，这个来说的，这个_叫做参考平叫做参考平面，在参考平面，物体的重力势能等于面，在参考平面，物体的重力势能等于0.2参考平面的选取：参考平面的选取：(1)选择不同的参考平面，物体的重力势能选择不同的参考平面，物体的重力势能数值数值_，但物体在
21、某固定的两点间的重力，但物体在某固定的两点间的重力势能的差值势能的差值_水平面水平面水平面水平面不同不同相同相同重力势能(自整理(2)参考平面上方的物体重力势能为正，下参考平面上方的物体重力势能为正，下方的物体重力势能为负，负号表示物体在这方的物体重力势能为负，负号表示物体在这个位置具有的重力势能比在参考平面上具有个位置具有的重力势能比在参考平面上具有的少的少说明：选择哪一个面为参考平面，要根据具说明：选择哪一个面为参考平面，要根据具体情况而定，一般是以解决问题方便为原则体情况而定，一般是以解决问题方便为原则重力势能(自整理四、势能是系统所共有的四、势能是系统所共有的重力势能不是地球上的物体单
22、独具有的，重重力势能不是地球上的物体单独具有的，重力势能是地球与物体所组成的力势能是地球与物体所组成的“系统系统”共有的共有的说明：任何一种形式的势能，如分子势能、说明：任何一种形式的势能，如分子势能、电势能等都是系统所共有的电势能等都是系统所共有的重力势能(自整理1 1、下列关于重力势能的说法，正确的是、下列关于重力势能的说法，正确的是( )( )A A重力势能只跟物体所处的初末位置有关，与重力势能只跟物体所处的初末位置有关，与物体实际经过的路径无关物体实际经过的路径无关B B重力势能的变化，只跟重力做功有关，和其重力势能的变化，只跟重力做功有关，和其他力做功多少无关他力做功多少无关C C重
23、力势能是矢量，当重力对物体做正功时，重力势能是矢量，当重力对物体做正功时，物体的重力势能减少物体的重力势能减少D D重力势能是物体和地球共有的，而不是物体重力势能是物体和地球共有的，而不是物体单独具有的单独具有的第第第第章章章章 机机机机械械械械能能能能守守守守恒恒恒恒定定定定律律律律高中物理高中物理高中物理高中物理必修必修必修必修2 2 2 2七七七七重力势能(自整理2 2、物物体体在在运运动动过过程程中中，克克服服重重力力做做功功为为5050J J，则：则：A A、重力做功为重力做功为5050J J；B B、物物体体的的重重力力势势能能一一定定增增加加了了5050J J；C C、物体的重力
24、势能为物体的重力势能为5050J J；D D、重力做了重力做了5050J J的负功。的负功。BD第第第第章章章章 机机机机械械械械能能能能守守守守恒恒恒恒定定定定律律律律高中物理高中物理高中物理高中物理必修必修必修必修2 2 2 2七七七七BD重力势能(自整理3、井深8m，井上支架高为2m，在支架上用一根3m长的绳子系住一个重100N的物体，则物体的重力势能是(以地面为参考平面)（ ）A100JB700JC100JD无法确定第第第第章章章章 机机机机械械械械能能能能守守守守恒恒恒恒定定定定律律律律高中物理高中物理高中物理高中物理必修必修必修必修2 2 2 2七七七七重力势能(自整理4、质量是、
25、质量是50kg的人沿着长的人沿着长L=150m、倾角为、倾角为30的坡路走上土丘，重力对他所做的功是的坡路走上土丘，重力对他所做的功是多少？他克服重力所做的功是多少？他的多少？他克服重力所做的功是多少？他的重力势能增加了多少？（重力势能增加了多少？（g取取10m/s2）解析：解析：重力对人做的功为重力对人做的功为WG = mgLcos 120 = 5010150(0.5)J = 3.75104J人克服重力所做的功为人克服重力所做的功为3.75104J由由WG= Ep得：得： 重力势能增加了重力势能增加了3.75104J30300 0重力势能(自整理5 5、用定滑轮从井中向上提水，已知一桶水的重
26、量、用定滑轮从井中向上提水，已知一桶水的重量为为200N200N，以地面为参考平面，以地面为参考平面，1 1）当水桶在井下）当水桶在井下5m 5m 深处时，水的重力势能为多深处时，水的重力势能为多少？少？2 2）将水桶提到离地面）将水桶提到离地面0.8m0.8m高处时，水的重力势能高处时，水的重力势能为多少？为多少？3 3）在这个过程中，水的重力对水做的功为多少？）在这个过程中，水的重力对水做的功为多少？-1000J 160J -1160J-1000J 160J -1160J第第第第章章章章 机机机机械械械械能能能能守守守守恒恒恒恒定定定定律律律律高中物理高中物理高中物理高中物理必修必修必修必
27、修2 2 2 2七七七七重力势能(自整理课堂练习课堂练习P13问题与练习问题与练习1、 4、2 课外练习课外练习 P13 问题与练习问题与练习 2、3重力势能(自整理54 重力势能重力势能 问题与练习参考解答问题与练习参考解答 重力势能(自整理 1.证明：设斜面高度为证明：设斜面高度为h，对应于倾角为，对应于倾角为1、2、3的斜面长分别为的斜面长分别为l1、l2、l3。 由功的公式可知，在倾角为由功的公式可知，在倾角为1的斜面，重力与位的斜面，重力与位移的夹角为移的夹角为(/21)，重力所做的功为：，重力所做的功为：WG=mgl1cos(/21)=mgl1sin1=mgh。 同理可证，在倾角为
28、同理可证，在倾角为2、3的斜面上，的斜面上，重力所做的重力所做的功都等于功都等于mgh，与斜面倾，与斜面倾角无关。角无关。重力势能(自整理2.答答：（1）足球由位置）足球由位置1运动到位置运动到位置2时，时，重力所做的功重力所做的功为为mgh，足球克服重力所做的功为足球克服重力所做的功为mgh，足球的足球的重力势能增加重力势能增加mgh。（2）足球由位置）足球由位置2运动到位置运动到位置3时，时，重力做的功为重力做的功为mgh，足球的重力势能减少了足球的重力势能减少了mgh。v（3）足球由位置）足球由位置1运动到位置运动到位置3时，时，重力做功为重力做功为0，重力重力势能变化为势能变化为0。重
29、力势能(自整理h1h2ABv3.答答：（：（1）见下表）见下表（2）如果下落过程中有空气阻力）如果下落过程中有空气阻力,表格中表格中的数据不变。的数据不变。说明：本题的意图是使学生认识，重力势说明：本题的意图是使学生认识，重力势能跟能跟0势面的选取有关，而重力势能的变化势面的选取有关，而重力势能的变化跟重力的功相对应，与跟重力的功相对应，与0势面的选取无关。势面的选取无关。重力做的功只跟物体位置的变化有关，与重力做的功只跟物体位置的变化有关，与是否存在其他力无关。是否存在其他力无关。重力势能(自整理重力势能(自整理4.答：答：A正确。例如：物体在向上的拉力作用下，如果做正确。例如：物体在向上的
30、拉力作用下，如果做匀加速直线运动，这时拉力的功大于重力势能的增匀加速直线运动，这时拉力的功大于重力势能的增加量。如果物体做匀减速直线运动，这时拉力的功加量。如果物体做匀减速直线运动，这时拉力的功小于重力势能的减少量。小于重力势能的减少量。B错误。物体匀速上升，拉力的大小等于重力，拉错误。物体匀速上升，拉力的大小等于重力，拉力的功一定等于重力势能的增加量。力的功一定等于重力势能的增加量。C错误。根据错误。根据WG=EP1-EP2可知，重力做可知，重力做-1J的功，的功，重力势能的增加量为重力势能的增加量为1J。D错误。重力做功只与起点和终点的位置有关，与错误。重力做功只与起点和终点的位置有关，与路径无关，路径无关，A、B两点的位置不变，从两点的位置不变，从A点到点到B点的点的过程中，无论经过什么路径，重力的功都是相同的。过程中，无论经过什么路径，重力的功都是相同的。重力势能(自整理练习题：起重机以5m/s2的加速度将质量为1t的物体匀减速地沿竖直方向提升高度10m，则起重机钢索的拉力对物体做的功为多少？物体克服重力做功为多少？物体的重力势能变化了多少？ 重力势能(自整理
