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1、4 4 4 4重力势能教学目标1理解重力势能的概念，会用重力势能的定义进行计算。2理解重力势能的变化和重力做功的关系，知道重力做功与路径无关。3知道重力势能的相对性，知道重力势能是物体和地球系统共有的 蓬松的白雪，给人以恬静、美丽的感觉。然而雪崩爆发时，以排山倒海之势，推毁沿途一切，给人类、自然界带来灾难！ 2002年月日上午，俄罗斯高加索年月日上午，俄罗斯高加索北奥塞梯地区的一个村庄发生雪崩，造成至少北奥塞梯地区的一个村庄发生雪崩，造成至少人失踪。人失踪。 雪雪崩崩2 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3
2、050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，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。 陨陨石石坑坑美美国国内内华华达达州州亚亚利利桑桑那那3（1 1
3、）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? ? （
4、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
5、电站“和平号和平号”空间站残片空间站残片 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 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有关，又如何定量表示呢?本节课我们就来学习这个问题 请同学们分别计算以下三种情况重力所做的功请同学们分别计算以下三种情况重力所做的功第一种情况第一种情况重力做的功重力做的功：WGmgh=mgh1mgh2第二种情况第二种情况重力做的功重力做的功：WG mglcos mgh mgh1mgh2第三种情况第三种情
6、况重力做的功重力做的功：WGmgh1mgh2 mg(h1 h2 ) mgh mgh1mgh2通过分析我们知道重力做功的特点通过分析我们知道重力做功的特点 1、重力做功的特点是与运动的具体路径无关，、重力做功的特点是与运动的具体路径无关，只与初末状态物体的高度差有关只与初末状态物体的高度差有关，不论光滑路径还，不论光滑路径还是粗糙路径，也不论是直线运动还是曲线运动，只是粗糙路径，也不论是直线运动还是曲线运动，只要初末状态的高度差相同，重力做的功就相同要初末状态的高度差相同，重力做的功就相同 2、“ mgh”是一个具有特殊意义的物理量。是一个具有特殊意义的物理量。 这是因为这是因为mgh这个物理量
7、的特殊意义在于它一这个物理量的特殊意义在于它一 方面与重力做功密切相关，另一方面它随高度的变方面与重力做功密切相关，另一方面它随高度的变化而变化恰与势能的基本特征一致。化而变化恰与势能的基本特征一致。我们把物理量我们把物理量mghmgh叫做物体的重力势能叫做物体的重力势能 物体的重力势能等于它所受到的重力与所处高物体的重力势能等于它所受到的重力与所处高度的乘积度的乘积Ep=mgh说明：重力势能是标量说明：重力势能是标量 单位：焦耳，单位：焦耳，1J=1kgms-2m=1Nm 重力势能和重力做功的表达式非常相似，它们之间的关系是什么呢 ？ WG=Ep1-Ep2 当物体受到的重力做正功时，物体重力
8、势能减当物体受到的重力做正功时，物体重力势能减少；少； 当物体克服重力做功时，物体重力势能增加，当物体克服重力做功时，物体重力势能增加，所以说重力势能的变化量和重力做功之间的关系应所以说重力势能的变化量和重力做功之间的关系应该是互为相反数该是互为相反数 塔吊把一质量为塔吊把一质量为200kg的物体，从距地面高为的物体，从距地面高为h1=10m的高度的高度匀速运到高为匀速运到高为h2=3m的地方，重力做了多少功？物体的重力势能如的地方，重力做了多少功？物体的重力势能如何变化？若物体加速或减速下降呢？何变化？若物体加速或减速下降呢？(g=10m/s-2)分析：重力做功为：分析：重力做功为： WG=
9、mg(h1-h2)=14000J WG=Ep1-Ep2=mgh1-mgh2=14000J重力势能减少了重力势能减少了14000J请同学们完成重力做正功重力势能减少重力做正功重力势能减少 塔吊把一质量为塔吊把一质量为200kg的物体，从距地面高为的物体，从距地面高为h1=3m的高度匀的高度匀速运到高为速运到高为h2=10m的地方，重力做了多少功？物体的重力势能如的地方，重力做了多少功？物体的重力势能如何变化？若物体加速或减速上升呢？何变化？若物体加速或减速上升呢？(g=10m/s-2)分析：重力做功为：分析：重力做功为： WG=mg(h1-h2)=14000J WG=Ep1-Ep2=mgh1-m
10、gh2=14000J重力势能增加了重力势能增加了14000J请同学们完成重力做负功重力势能增加重力做负功重力势能增加 当然不能，因为此时这个能量不能表示物体重力做功的实际情况当摩擦力对物体做功时，我们能不能定义有一个摩擦力势能存在呢?为什么? 不行，摩擦力做功与路径有关。高度h是相对于谁的呢？ 重力势能总是相对于某个水平面来说的，这个水平重力势能总是相对于某个水平面来说的，这个水平面叫参面叫参考平面考平面 参考平面选取不同，重力势能的数值就不同可见，重力势能具有相对性选择哪个水平面作为参考平面，可视研究问题的方便而定，通常选择地面作为参考平面选择不同的参考平面，物体的重力势能的数值是不同的，但
11、并不影响研究有关重力势能的问题，因为在有关的问题中，有确定意义的是重力势能的差值，这个差值并不因选择不同的参考平面而有所不同 重力势能的正负表示大小重力势能的正负表示大小对选定的参考平面而言，上方物体对选定的参考平面而言，上方物体的高度是正值，重力势能也是正值；的高度是正值，重力势能也是正值；下方物体的高度是负值，重力势能下方物体的高度是负值，重力势能也是负值。重力势能为负，表示物也是负值。重力势能为负，表示物体在这个位置具有的重力势能比在体在这个位置具有的重力势能比在参考平面上具有的重力势能少。参考平面上具有的重力势能少。重力势能：3J 5J例题、如图，质量例题、如图，质量m = 0.5kg
12、的小球，从桌面上方高的小球，从桌面上方高h1 = 1.2m的的A点下点下落到地面上的落到地面上的B点，桌面离地面的高度点，桌面离地面的高度h2 = 0.8m请按要求填写下表请按要求填写下表(g=10m/s)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 h1h2AB总结：总结：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，重力做功和重力势能变化与参考面对一个确定的过程，重力做功和重力势能变化与参考面的选择无关。的选择无关。6J- 4J10J减少减少10J10J010J减少减少
13、10J我们已经体会到：1、重力做正功重力势能减少，而且重力、重力做正功重力势能减少，而且重力做了多少功，重力势能就减少了多少。做了多少功，重力势能就减少了多少。2、重力做负功重力势能增加，而且克服重、重力做负功重力势能增加，而且克服重力做了多少功，重力势能就增加多少。力做了多少功，重力势能就增加多少。体会“功是能量转化的量度”即重力势能的变化唯一有重力做功引起3.重力势能是相对的，重力势能的变化时绝对的.那么重力势能是谁具有的呢? 重力势能应该是物体与地球组成的系统共同具有的，重力势能应该是物体与地球组成的系统共同具有的，而不是地球上某一个物体单独具有的。而不是地球上某一个物体单独具有的。不只
14、是重力势能，任何形式的势能，都是相应的物体系统由于其中各物体之间，或物体内的各部分之间存在相互作用而具有的能，是由各物体的相对位置决定的五、如何理解重力势能是物体与地球这个五、如何理解重力势能是物体与地球这个“系统系统”所共有的所共有的 总结：物体重力势能与重力有关，而重力是地球与物体间的总结：物体重力势能与重力有关，而重力是地球与物体间的相互作用力，若离开了地球，就谈不上重力，所以，重力势相互作用力，若离开了地球，就谈不上重力，所以，重力势能是物体与地球所组成的能是物体与地球所组成的“系统系统”所共有的。所共有的。 A.重力势能等于零的物体，一定不会对别的物体做功 B.放在地面上的物体，它的
15、重力势能一定等于零 C.在不同高度将某一物体抛出，落地时重力势能相等 D相对不同的参考平面，物体具有不同数值的重力势 能，但并不影响研究有关重力势能1 1、关于重力势能的几种理解，正确的是、关于重力势能的几种理解，正确的是 ( )( ) A重力做功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 B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 C重力势能是矢量，在地球表面以上为正，在地球表面以下为负 D重力势能的变化量等于重力对物体做的功2下列关于重力势能的说法，正确的是 ( ) 一、重力做功：与起点和终点的位置有关一、重力做功：与起点和终点的位置有关与物体的路径无关与物体的路径无关 二、重力势能：物体的重力势能等于它所受二、重力势能：物体的重力势能等于它所受的重力和所处高度的乘积的重力和所处高度的乘积 三、重力势能的相对性三、重力势能的相对性 重力势能与参考平面的选取有关但重力势重力势能与参考平面的选取有关但重力势能的变化量与参考平面的选取无关能的变化量与参考平面的选取无关 四、重力势能的系统性四、重力势能的系统性 势能是物体和地球所共有的势能是物体和地球所共有的
