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1、3势势 能能1认识重力做功与路径无关的特点，理解重力势能的概念认识重力做功与路径无关的特点，理解重力势能的概念2理解重力做功与重力势能变化的关系理解重力做功与重力势能变化的关系3知道重力势能具有相对性，知道重力势能是物体和地球系知道重力势能具有相对性，知道重力势能是物体和地球系统所共有的统所共有的4了解弹性势能的概念了解弹性势能的概念5理解弹力做功与弹性势能变化的关系理解弹力做功与弹性势能变化的关系一、重力势能一、重力势能重力势能的概念重力势能的概念 物体由于位于高处而具有的能量叫做重力势能物体由于位于高处而具有的能量叫做重力势能重重力力做做功功与与 无无关关，仅仅由由物物体体的的 和和 、
2、两两个个位位置置的的高高度度决决定定，即即：WGmgh1mgh2式式中中h1，h2分分别别代代表表始始、末两个位置的高度末两个位置的高度路径路径质量质量始始末末重力势能及其物理意义重力势能及其物理意义(1)重力势能的公式：重力势能的公式：Ep _(2)单位：单位： ，与功的单位相同，与功的单位相同(3)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：表达式：表达式：WG _重力做正功，重力势能重力做正功，重力势能 ；重力做负功，重力势能；重力做负功，重力势能 (4)重力势能的相对性和系统性重力势能的相对性和系统性相相对对性性：重重力力势势能能总总是是相相对对于于选选定定的的 而而言
3、言的的(该平面常称为零势面该平面常称为零势面)系系统统性性：重重力力势势能能是是 所所组组成成的的物物体体“系系统统”共有的共有的mgh焦耳焦耳Ep减少减少增加增加水平面水平面地球和物体地球和物体二、弹性势能二、弹性势能定定义义：发发生生弹弹性性形形变变的的物物体体具具有有的的与与 有有关关的的能能量量，叫弹性势能叫弹性势能弹弹性性势势能能的的大大小小：弹弹性性势势能能的的大大小小跟跟形形变变的的大大小小有有关关，形形变量越大，弹性势能也越大变量越大，弹性势能也越大弹性势能的特点弹性势能的特点弹弹性性势势能能是是跟跟弹弹力力有有关关的的势势能能，也也是是 所所具具有有的的，弹弹性性势能的变化是
4、由势能的变化是由 来量度来量度势能：重力势能和弹性势能都是势能势能：重力势能和弹性势能都是势能它的形变它的形变弹力做功的多少弹力做功的多少系统系统一、对重力势能的理解与辨析一、对重力势能的理解与辨析(1)相相对对性性：物物体体的的重重力力势势能能总总是是相相对对于于某某一一水水平平参参考考面面，在在参考面以上为正值，以下为负值，位于参考面时为零参考面以上为正值，以下为负值，位于参考面时为零(2)重重力力势势能能是是标标量量物物体体负负的的势势能能时时只只是是表表示示物物体体的的重重力力势势能能比比在在参参考考面面上上时时具具有有的的重重力力势势能能要要少少，这这跟跟用用正正负负表表示示温温度高
5、低是一样的度高低是一样的(3)重重力力势势能能的的定定义义式式是是Epmgh，在在国国际际单单位位制制中中的的单单位位是是焦焦(J)(4)变变化化量量：物物体体的的重重力力势势能能大大小小虽虽然然与与参参考考面面的的选选择择有有关关，但对应于某一过程的变化量大小与参考面的选择无关但对应于某一过程的变化量大小与参考面的选择无关自主学习自主学习课堂对点演练课堂对点演练名师解疑名师解疑分类例析分类例析金手指驾校 http:/ 金手指驾驶员考试2016金手指驾校 http:/ 金手指驾驶员考试2016科目一金手指驾校 http:/ 金手指驾驶员考试2016科目四金手指驾校 http:/ 金手指驾驶员科
6、目一模拟考试金手指驾考 http:/ 金手指驾驶员科目四模拟考试二二、重重力力做做功功与与重重力力势势能能变变化化的的关关系系重重力力势势能能变变化化多多少少是是由由重重力力做做的的功功多多少少唯唯一一量量度度的的如如图图431所所示示，质质量量为为m的物体从的物体从A点下落到点下落到B点，点，A点的点的 高高度度为为h1，B点点的的高高度度为为h2.在在这这个个过过程程中中，重重力力做做功功WGmgh1mgh2mgh.图图431在在这这个个过过程程中中，重重力力势势能能的的改改变变量量EpEpBEpAmgh2mgh1mgh，所所以以重重力力做做功功与与重重力力势势能能改改变变量量的的关关系系
7、为为WGEp，这也正说明：，这也正说明：当当物物体体向向下下运运动动时时，重重力力做做正正功功，WG0，则则Ep1Ep2，即即重重力力势势能能减减少少，重重力力势势能能减减少少的的数数量量等等于于重重力力所所做做的的功功；当当物物体体向向上上运运动动时时，重重力力做做负负功功(物物体体克克服服重重力力做做功功)，WG0，则则Ep1Ep2，即即重重力力势势能能增增加加，重重力力势势能能增增加加的的数数量量等等于于克克服服重重力所做的功力所做的功三、弹力做功跟弹性势能变化的关系三、弹力做功跟弹性势能变化的关系如图如图432所示，所示，O为弹簧的原长处为弹簧的原长处弹力做负功时：如物体由弹力做负功时
8、：如物体由O向向A运动运动 (压缩压缩)或者由或者由O向向A运动运动(伸长伸长)时，时， 弹性势能增大，其他形式能转化为弹性势能弹性势能增大，其他形式能转化为弹性势能弹弹力力做做正正功功时时：如如物物体体由由A向向O运运动动，或或者者由由A向向O运运动动时时，弹性势能减小，弹性势能转化为其他形式的能弹性势能减小，弹性势能转化为其他形式的能弹力做功与弹性势能的关系为弹力做功与弹性势能的关系为W弹弹Ep.图图432弹性势能与弹簧长度的对应性：虽然弹簧的伸长量弹性势能与弹簧长度的对应性：虽然弹簧的伸长量(或压或压缩量缩量)不同，弹簧的弹性势能不同，但伸长和压缩相同的不同，弹簧的弹性势能不同，但伸长和
9、压缩相同的长度时弹性势能是一样的所以弹性势能和弹簧的形变量长度时弹性势能是一样的所以弹性势能和弹簧的形变量之间不是一一对应的关系，而是某个弹性势能可能对应着之间不是一一对应的关系，而是某个弹性势能可能对应着伸长和压缩两个不同的状态伸长和压缩两个不同的状态重力做功与重力势能的变化重力做功与重力势能的变化 【典例典例1】 如图如图433所示，所示，一个质量为一个质量为M的物体，放的物体，放在水平地面上，物体上方在水平地面上，物体上方安装一个长度为安装一个长度为L、劲度系、劲度系数为数为k的轻弹簧处于原长，的轻弹簧处于原长，现用手拉着弹簧上端的现用手拉着弹簧上端的P点缓慢向上移动，直到物体离开点缓慢
10、向上移动，直到物体离开地面一段距离，在这一过程中，地面一段距离，在这一过程中，P点的位移点的位移(开始时弹簧处开始时弹簧处于原长于原长)是是H，则物体重力势能的增加量为，则物体重力势能的增加量为 () 图图433答案答案C借借题题发发挥挥(1)求求重重力力势势能能的的变变化化关关键键是是找找出出重重心心位位置置的的变变化化(2)巧巧用用“分分解解过过程程”的的方方法法求求得得物物体体重重心心高高度度变变化化，如如先先弹弹簧簧长长度度不不变变物物体体升升高高H，后后弹弹簧簧伸伸长长x，物物体体下下降降x，最最终终物物体重心上升高度为体重心上升高度为Hx.【变式变式1】挂挂在在竖竖直直墙墙壁壁上上
11、的的长长1.80 m的的画画，画画面面的的质质量量为为100 g，下下面面卷卷轴轴的的质质量量为为300 g，今今将将它它沿沿墙墙壁壁卷卷起起，需需做做功功_J.答案答案6.3弹力做功与弹性势能的变化弹力做功与弹性势能的变化 【典例典例2】 在水平地面上放一个在水平地面上放一个竖直轻弹簧，弹簧上端与一竖直轻弹簧，弹簧上端与一个质量为个质量为m的木块相连，若在的木块相连，若在木块上再作用一个竖直向下的木块上再作用一个竖直向下的力力F，使使木木块块缓缓慢慢向向下下移移动动h，力力F做做功功W1，此此时时木木块块再再次次处于平衡状态，如图处于平衡状态，如图434所示求：所示求：(1)在木块下移在木块
12、下移h的过程中重力势能的减少量；的过程中重力势能的减少量；(2)在木块下移在木块下移h的过程中弹性势能增加量的过程中弹性势能增加量图图434解析解析(1)据重力做功与重力势能变化的关系有据重力做功与重力势能变化的关系有Ep减减WGmgh.(2)据弹力做功与弹性势能变化的关系有：据弹力做功与弹性势能变化的关系有：Ep增增W弹弹又又因因木木块块缓缓慢慢下下移移，力力F与与重重力力mg的的合合力力与与弹弹力力等等大大、反反向向，所以所以W弹弹W1WGW1mgh.所以弹性势能增量：所以弹性势能增量：Ep增增W1mgh.答案答案(1)mgh(2)W1mgh借题发挥功是能量转化的量度，因此确定某一过程中某
13、力借题发挥功是能量转化的量度，因此确定某一过程中某力做的功，是研究该过程能量转化的重要方法做的功，是研究该过程能量转化的重要方法【变式变式2】如图如图435所示，在光滑所示，在光滑的水平面上有一物体，它的左端的水平面上有一物体，它的左端连一弹簧，弹簧的另一端固定在连一弹簧，弹簧的另一端固定在墙上，在力墙上，在力F作用下物体处于静止作用下物体处于静止状状态态，当当撤撤去去F后后，物物体体将将向向右右运运动动，在在物物体体向向右右运运动动的的过程中，下列说法正确的是过程中，下列说法正确的是 ()A弹簧的弹性势能逐渐减小弹簧的弹性势能逐渐减小B弹簧的弹性势能逐渐增大弹簧的弹性势能逐渐增大C弹簧的弹性
14、势能先增大后减小弹簧的弹性势能先增大后减小D弹簧的弹性势能先减小后增大弹簧的弹性势能先减小后增大图图435解解析析撤撤去去F后后物物体体向向右右运运动动的的过过程程中中，弹弹簧簧的的弹弹力力先先做做正正功后做负功，故弹簧的弹性势能先减小后增大功后做负功，故弹簧的弹性势能先减小后增大答案答案D潮汐发电潮汐发电 简单地说，潮汐发电就是在海湾简单地说，潮汐发电就是在海湾或有潮汐的河口建筑一座拦水堤坝，或有潮汐的河口建筑一座拦水堤坝，形成水库，并在坝中或坝旁放置水形成水库，并在坝中或坝旁放置水轮发电机组，利用潮汐涨落时海水轮发电机组，利用潮汐涨落时海水水水位位的的升升降降，使使海海水水通通过过水水轮轮
15、机机时时推推动动水水轮轮发发电电机机组组发发电电，如如图图436所所示示从从能能量量的的角角度度说说，就就是是利利用用海海水水的的势势能能和动能，通过水轮发电机转化为电能和动能，通过水轮发电机转化为电能图图436由于引潮力的作用，使海水不断地涨潮、落潮涨潮时，由于引潮力的作用，使海水不断地涨潮、落潮涨潮时，大量海水汹涌而来，具有很大的动能；同时，水位逐渐升高，大量海水汹涌而来，具有很大的动能；同时，水位逐渐升高，动能转化为势能落潮时，海水奔腾而归，水位陆续下降，动能转化为势能落潮时，海水奔腾而归，水位陆续下降，势能又转化为动能海水在运动时所具有的动能和势能统称势能又转化为动能海水在运动时所具有
16、的动能和势能统称为潮汐能为潮汐能 1913年德国在北海海岸建立了年德国在北海海岸建立了第一座潮汐发电站第一座潮汐发电站.1957年我国在年我国在山东建成了第一座潮汐发电站山东建成了第一座潮汐发电站.1978年年8月月1日山东乳山县白沙口潮汐日山东乳山县白沙口潮汐电站开始发电，年发电量电站开始发电，年发电量230万千万千瓦时瓦时.1980年年8月月4日我国第一座日我国第一座“单库双向单库双向”式潮汐电站式潮汐电站江厦潮汐试验电站正式发电，如图江厦潮汐试验电站正式发电，如图437所示，装机容量所示，装机容量为为3 000千瓦，年平均发电千瓦，年平均发电1 070万千瓦时，其规模仅次于法万千瓦时，其
17、规模仅次于法国朗斯潮汐电站国朗斯潮汐电站(装机容量为装机容量为24万千瓦，年发电万千瓦，年发电5.4亿千瓦时亿千瓦时)，是当时世界第二大潮汐发电站，是当时世界第二大潮汐发电站江厦潮汐试验电站江厦潮汐试验电站图图437【典例典例3】 如图如图438所示，某海所示，某海湾共占面积湾共占面积 1.0107 m2，涨潮，涨潮时水深时水深20 m，此时关上水坝闸，此时关上水坝闸门，可使水位保持门，可使水位保持20 m不变；不变；退潮时，坝外水位降至退潮时，坝外水位降至18 m也保持不变，假如利用此水也保持不变，假如利用此水坝建水电站，且重力势能转变为电能的效率是坝建水电站，且重力势能转变为电能的效率是1
18、0%，每，每天有两次涨潮，问该电站一天最多能发出多少电能？天有两次涨潮，问该电站一天最多能发出多少电能？(g取取10 m/s2，假设只有退潮时发电，假设只有退潮时发电)图图438答案答案41010 J 重力做功与重力势能的变化重力做功与重力势能的变化1一条柔软的均匀链条质量为一条柔软的均匀链条质量为m，长度为，长度为l，平放在水平桌，平放在水平桌面面上上用用力力提提链链条条的的一一端端，将将链链条条慢慢慢慢提提起起，直直至至末末端端将要离开桌面的过程中，拉力做的功为多少？将要离开桌面的过程中，拉力做的功为多少？2如图如图439所示，桌面距地面所示，桌面距地面0.8 m，一物体质量为，一物体质量
19、为2 kg，放在，放在距桌面距桌面0.4 m的支架上的支架上(1)以地面为零势能面，计算物体以地面为零势能面，计算物体具具有有的的势势能能，并并计计算算物物体体由由支支架架下下落落到到桌桌面面的的过过程程中中，势能减少多少？势能减少多少？(2)以以桌桌面面为为零零势势能能面面，计计算算物物体体具具有有的的势势能能，并并计计算算物物体由支架下落到桌面过程中势能减少多少？体由支架下落到桌面过程中势能减少多少？图图439解解析析(1)以以地地面面为为零零势势能能面面，物物体体的的高高度度h11.2 m，因因而而物物体的重力势能：体的重力势能：Ep1mgh123.52 J.物体落到桌面时重力势能：物体
20、落到桌面时重力势能：Ep2mgh215.68 J物体重力势能的减少量：物体重力势能的减少量：EpEp1Ep27.84 J.(2)以以桌桌面面为为零零势势能能面面，物物体体的的高高度度h10.4 m，因因而而物物体体的的重重力力势势能能：Ep1mgh17.84 J，物物体体落落至至桌桌面面过过程程中中，重重力力势势能的减少量：能的减少量：Ep7.84 J.答案答案(1)23.52 J7.84 J(2)7.84 J7.84 J弹力做功与弹性势能的变化弹力做功与弹性势能的变化3如图如图4310所示，质量为所示，质量为m的物体静止在地面上，物体的物体静止在地面上，物体上面连着一个轻弹簧，用手上面连着一
21、个轻弹簧，用手拉住弹簧上端上移拉住弹簧上端上移H，将物，将物体缓缓提高体缓缓提高h，拉力，拉力F做功做功WF， 不计弹簧的质量，则下列说法正确的是不计弹簧的质量，则下列说法正确的是 ()A重力做功重力做功mgh，重力势能减少，重力势能减少mghB弹力做功弹力做功WF，弹性势能增加，弹性势能增加WFC重力势能增加重力势能增加mgh，弹性势能增加，弹性势能增加FHD重力势能增加重力势能增加mgh，弹性势能增加，弹性势能增加WFmgh图图4310解解析析可可将将整整个个过过程程分分为为两两个个阶阶段段：一一是是弹弹簧簧伸伸长长到到m刚刚要要离离开开地地面面阶阶段段，拉拉力力克克服服弹弹力力做做功功W
22、F1W弹弹，等等于于弹弹性性势势能能的的增增加加，二二是是弹弹簧簧长长度度不不变变，物物体体上上升升h，拉拉力力克克服服重重力力做做功功WF2WGmgh，等等于于重重力力势势能能的的增增加加，又又由由WF1WF2WF可知可知A、B、C错，错，D对对答案答案D4如图如图4311所示，质量相等所示，质量相等的的A、B两物体之间连接一轻弹两物体之间连接一轻弹簧，竖直放在水平地面上今簧，竖直放在水平地面上今用力用力F缓慢向上拉缓慢向上拉A，直到，直到B刚要刚要离开地面，设开始时弹簧的弹性势能为离开地面，设开始时弹簧的弹性势能为Ep1，B刚要离开刚要离开地面时弹簧的弹性势能为地面时弹簧的弹性势能为Ep2，试比较，试比较Ep1、Ep2的大小的大小图图4311答案答案Ep1Ep2
