高中物理人教版 (2019)必修 第二册第八章 机械能守恒定律2 重力势能备课ppt课件

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思考：打桩机的重锤从高处落下时，可以把水泥桩打进地里，为什么?
打桩机的重锤从高处落下时，重锤具有重力势能。
初中我们已经定性地学习了重力势能，物体的质量越大、所处的位置越高，重力势能就越大。这一节我们来进一步定量地研究重力势能。
一、重力做的功功与能是两个密切联系的物理量。物体的高度发生变化，重力势能发生变化，重力要做功。
物体被举高时重力做负功，势能增大。
物体下降时重力做正功，势能减小；
例1（1）设一个质量为 m 的物体，从与地面高度为 h1 的位置 A，竖直向下运动到高度为 h2 的位置 B，求这个过程中重力做的功。
W G ＝ mgΔh ＝ mgh1 － mgh2
（2）如图所示，质量为 m 的物体从上向下运动，沿着一个斜面向下运动到 B′，再水平运动到 B，高度由 h1 降为 h2 。求这个过程中重力做的功。
上面情况中，尽管物体运动的路径不同，但高度的变化是一样的，而且重力做的功也是一样的。
从 B′沿水平方向运动到 B 的过程中，重力不做功。即这个过程中重力做的功： W G＝ mgh1 － mgh2
1、重力做功的特点物体运动时，重力对它做的功只跟它的起点和终点的位置有关，而跟物体运动的路径无关。
h1，h2分别代表始、末两个位置的高度。
W G =mgh1 － mgh2
2、重力的功功等于物体所受的重力跟起点高度的乘积 mgh1 与跟终点高度的乘积 mgh2 两者之差。
二、重力势能定义：物体由于被举高而具有的能叫重力势能。2. 决定重力势能大小的相关因素：物体的重力势能的大小跟物体的质量和所在的高度有关3. 大小: E=mgh; 单位： 焦耳（J），是标量，其单位与功的单位相同，在国际单位制中都是焦耳，符号为 J。1 J ＝ 1 kg·m·s -2 ·m ＝ 1 N·m
3、重力做功与重力势能变化的关系重力做功与重力势能：WG＝Ep1－Ep2其中 Ep1 表示物体在初位置的重力势能，Ep2 表示物体在末位置的重力势能。（1）重力做正功，重力势能减少，重力做了多少正功，重力势能就减少多少。 WG＝Ep1－Ep2 WG> 0，Ep1 > Ep2
（2）重力做负功，重力势能增加，物体克服重力做了多少功，重力势能就增加多少。
（3）重力做的功等于重力势能的减少量
WG < 0， Ep1 < Ep2
WG＝Ep1－Ep2
WG＝Ep1－Ep2 =-△Ep
物体向上运动时重力势能增加
总结：物体上升，重力做负功，重力势能Ep增加，物体克服重力做的功等于重力势能的增加。物体下降，重力做正功，重力势能Ep减少，物体重力做的功等于重力势能的增减少。
若重力做的功与路径有关，即对应于同样的起点和终点，重力对同一物体所做的功，随物体运动路径的不同而不同，我们还能把mgh叫作物体的重力势能吗？为什么？参考答案：如果重力做的功与路径有关时，我们不能把mgh叫作物体的重力势能。因为重力做功对应着重力势能的改变。当重力功与路径有关时则h不能与重力的位移相对应，不能称为重力势能。
我们把整个路径分成许多段很短的间隔，经过的路程分别为AA1 ，A 1 A 2 ，A 2 A 3 ，…，由于每一段都很小，因而都可以近似地看作一段倾斜的直线。设每段小斜线的高度差分别是Δh1 ，Δh2 ，Δh3 ，…，则物体通过每段小斜线时重力做的功分别为mgΔh1 ，mgΔh2 ，mgΔh3 ，…
物体沿曲面滑下时重力做的功
物体通过整个路径时重力做的功，等于重力在每小段上做的功的代数和。
WG＝ W1+ W2+ W3+…= mgΔh1 +mgΔh2 +mgΔh3 +…=mg(Δh1 +Δh2 +Δh3 +…)＝ mgΔh ＝ mgh1 － mgh2
三、重力势能的相对性由于高度具有相对性，所以重力势能也具有相对性。1、参考平面物体的重力势能总是相对于某一水平面来说的，这个水平面叫作参考平面，物体的重力势能取为0。
注意：零势能面可任意选择的，选择哪个平面为参考平面，可视研究问题的方便而定，通常选择地面或较低的位置作为参考平面。
以二楼的地面作为参考平面，二楼房间里 A 处的物体具有正的重力势能，一楼房间里 B 处的物体具有负的重力势能。
2、重力势能的正负（1）在参考平面上方的物体，重力势能是正值；（2）在参考平面下方的物体，重力势能是负值。
例题：质量为3kg的物体放在高4m的平台上，g取10m/s2，求：（1）以平台为参考平面，物体的重力势能是多少？（2）以地面为参考平面，物体的重力势能是多少？（3）物体从平台落到地面上，重力势能变化了多少？重力做功是多少？
【分析】（1）（2）重力势能的计算公式为EP=mgh，h是物体相对于参考平面的高度，根据这个公式直接计算。（3）重力做功只与物体的初末位置有关，与路径无关，且重力做功和重力势能变化数值相等。
【解答】（1）小球放在平台上，相对于平台表面的重力势能是0．（2）小球相对于地面的高度为：h=4m，相对于地面的重力势能是：EP=mgh=3×10×4J=120J
（3）小球从平台落到地面，则在整个过程中，高度下降h=4m，重力势能减少量为：△EP=mgh=3×10×4J=120J则重力势能减少是：△EP=120J答：（1）小球相对于平台表面的重力势能是0；（2）小球相对于地面的重力势能是120J； （3）物体从平台落到地面上，重力势能减少120J，重力做功是120J。
说明：1、重力势能是相对的，大小与零势能位置的选择有关，而重力势能的变化是绝对的，它与零势能位置无关,其变化值是与重力对物体做功多少有关。2、重力势能是由地球和地面上物体的相对位置决定的，是物体和地球所组成的系统所具有的
1、物体由于发生弹性形变每个物体的各部分之间都有力的相互作用，这样的力叫做弹力。
撑竿跳高运动员手中弯曲的竿
2、弹性势能发生弹性形变的物体各部分之间由于弹力的相互作用而具有的势能，叫做弹性势能。3、弹性势能跟形变的大小有关系（1）在弹性限度内，弹簧的弹性势能跟弹簧被拉伸或压缩的长度有关。被拉伸或压缩的长度越长，恢复原状过程中对外做的功就越多，弹簧的弹性势能就越大。
（2）弹簧的弹性势能还跟弹簧的劲度系数有关。不同的弹簧发生同样大小的形变，劲度系数越大，弹簧恢复原状过程中对外做的功就越多，因而弹簧的弹性势能就越大。4、弹簧弹力做功与弹性势能变化的关系（1）弹簧弹力做正功：弹性势能减少。（2）弹簧弹力做负功：弹性势能增加。
势能也叫位能，与相互作用的物体的相对位置有关。重力势能是由地球和地面上物体的相对位置决定的，弹性势能是由发生弹性形变的物体各部分的相对位置决定的。
1、弹性势能的表达式:
（1）一般规定弹簧在原长时，弹簧的弹性势能为零。（2）L为弹簧的伸长量或压缩量。（3）L，Ep具有相对性。
2、弹簧弹力做功与弹性势能变化的表达式：
1、关于重力势能，下列说法中正确的是（　　）A．某一物体的位置一旦确定，它的重力势能的大小也随之确定 B．重力势能的减少量等于重力对物体做的功 C．一个物体的重力势能从-5J变化到-3J，重力势能减少了 D．物体与零势能面的距离越大，它的重力势能也越大
2、（2019春•沙雅县校级期末）物体在运动过程中，重力做功50J，则下列说法正确的是（　　）A．物体的高度一定是降低了 B．物体的高度一定是升高了 C．物体的重力势能一定是50J D．物体的重力势能一定增加50J
3、关于重力势能，下列说法正确的是（　　）A．重力势能的大小只由重物本身决定 B．一物体的重力势能从-6J变为-2J，重力势能变小了 C．在地面上的物体，它具有的重力势能一定等于零 D．距地面有一定高度的物体，其重力势能可能为零
4、（2019春•秦州区校级期末）下列关于重力势能的说法中正确的是（　　）A．重力势能是地球和物体共同具有的，而不是物体单独具有的 B．重力势能的大小与零势能面的选择无关 C．重力势能等于零的物体，不可能对别的物体做功 D．在地面上方的物体，它的重力势能不可能小于零
1、（2019秋•徐州期中）质量为m的小物块，从离桌面高H处由静止下落，桌面离地面高为h，如图所示。如果以桌面为参考平面那么小物块落地时的重力势能及整个过程中重力势能的变化分别是（　　）A．mgh，减少mg（H-h） B．mgh，增加mg（H+h） C．-mgh，增加mg（H-h） D．-mgh，减少mg（H+h）
2、（2019春•湖南期末）关于功与能，下列说法正确的是（　　）A．在某一过程中，物体的重力势能的变化量与零势能参考平面的选取有关 ；B．若弹簧被拉伸后的弹性势能为正值，则弹簧被压缩后的弹性势能为负值 ；C．物体从定点A运动到定点B，重力对物体所做的功，与物体所受的其它力有关； D．作用力F与反作用力F′可能都做正功 。
3、一个质量为2kg的小球，从倾角a=30°的光滑斜面上静止释放，运动到底端，斜面长L=10m（g取10m/s2），求：（1）全程小球重力势能的变化量△Ep（2）小球到达底端瞬间重力做功的功率P
参考答案：全程小球重力势能的变化量△Ep为100J；小球到达底端瞬间重力做功的功率P为100W。
1、物体运动时，重力对它做的功只跟它的起点和终点的位置有关，而跟物体运动的路径无关。WG =mgh1 － mgh22、重力做功与重力势能变化的关系WG＝Ep1－Ep23、重力势能的正负:在参考平面上方的物体，重力势能是正值；在参考平面下方的物体，重力势能是负值。4、弹性势能在弹性限度内，劲度系数越大，被拉伸或压缩的长度越长，弹簧的弹性势能就越大。