鲁科版 (2019)必修 第二册第1章 功和机械能第4节 势能及其改变学案

这是一份鲁科版 (2019)必修 第二册第1章 功和机械能第4节 势能及其改变学案，共5页。学案主要包含了重力势能，重力做功与重力势能改变的关系，弹性势能及其改变，势能等内容，欢迎下载使用。
1.4 势能及其改变1.理解重力势能的定义，并记住其公式、单位等。2.理解重力势能与重力势能改变的不同。3.理解弹性势能的概念。一、重力势能1．定义：物体因为处于一定的高度而具有的能量．2．公式：Ep＝mgh，式中h是物体重心到参考平面的高度．3．标矢性：重力势能是标量，单位：焦耳；符号：J．4.相对性(1)参考平面：高度规定为零的水平面。任何物体在该平面上的重力势能为零。参考平面的选取是任意的，通常情况下选取地面为参考平面。(2)相对性：物体的重力势能是相对的，它是相对于零势能参考面而言的。物体的重力势能可以取正、零、负值，其正负不表示方向，只表示物体位于参考平面的上方或下方。二、重力做功与重力势能改变的关系1．重力做功的表达式：WG＝mgh1－mgh2．2．重力做功的特点：重力做功与始末位置的高度差有关，与路径无关．3．重力做功与重力势能改变的关系：WG＝Ep1－Ep2＝－ΔEp．重力对物体做多少功，重力势能就减少多少；物体克服重力做多少功，重力势能就增大多少．三、弹性势能及其改变1．定义：物体因为发生弹性形变而具有的能量．2．弹簧的弹性势能：弹簧的弹性形变越大，具有的弹性势能越大；在同样的形变下，弹簧的劲度系数越大，具有的弹性势能越大．3．弹簧弹力做功与弹性势能改变的关系：弹簧弹力对外做多少功，弹性势能就减少多少；物体克服弹力做多少功，弹簧弹性势能就增大多少．四、势能1．定义：由相对位置决定的能量称为势能．2．系统性：势能是存储于一个物体系统内的能量，不是物体单独具有的，而是相互作用的物体所共有的．一、重力势能1．重力势能的“四性”(1)标量性：重力势能是标量，只有大小，没有方向，但有正、负．重力势能正、负的含义：正、负值分别表示物体处于参考平面上方和下方．(2)相对性选取不同的水平面作为参考平面，其重力势能具有不同的数值，即重力势能的大小与参考平面的选取有关．(3)绝对性物体在两个高度不同的位置时，由于高度差一定，重力势能之差也是一定的，即物体的重力势能的变化与参考平面的选取无关．(4)系统性重力是地球对物体吸引而产生的，如果没有地球对物体的吸引，就不会有重力，也不存在重力势能，所以重力势能是这个系统共同具有的，平时所说的“物体”的重力势能只是一种简化的说法．二、重力做功与重力势能的改变 重力做功重力势能物理意义重力对物体做功由物体与地球的相互作用产生，且由它们之间的相对位置决定的能表达式WG＝mgΔhEp＝mgh影响大小的因素重力mg和初、末位置的高度差Δh重力mg和参考平面的高度特点只与初、末位置的高度差有关，与路径及参考平面的选择无关与参考平面的选择有关，同一位置的物体，选择不同的参考平面，其重力势能的值不同过程量状态量联系重力做功的过程是重力势能改变的过程，重力做正功，重力势能减少，重力做负功，重力势能增加，且重力做了多少功，重力势能就改变多少，即WG＝Ep1－Ep2＝－ΔEp三、弹性势能的改变1．弹簧弹性势能大小的影响因素(1)弹簧的劲度系数．(2)弹簧的形变量．2．弹力做功与弹性势能变化的关系(1)弹力做功和重力做功一样也和路径无关，弹力对其他物体做了多少功，弹性势能就减少多少．克服弹力做多少功，弹性势能就增加多少．(2)弹性势能的变化只与弹力做功有关，弹力做负功，弹性势能增大，反之则减小．弹性势能的变化量总等于弹力做功的相反数．(3)弹性势能的增加量与减少量由弹力做功多少来量度．典例1、如图所示，一物体从A点出发，分别沿粗糙斜面AB和光滑斜面AC下滑及斜向上抛出，运动后到达同一水平面上的B、C、D三点．关于重力的做功情况，下列说法正确的是(　　)A．沿AB面滑下时，重力做功最多B．沿AC面滑下时，重力做功最多C．沿AD抛物线运动时，重力做功最多D．三种情况下运动时，重力做的功相等解析：选D.由于重力做功与路径无关，只与初、末位置的高度差有关，故D正确．典例2、如图所示，桌面距地面的高度为0.8 m，一物体质量为2 kg，放在桌面上方0.4 m的支架上，则：(g取9.8 m/s2) (1)以桌面为参考平面，计算物体具有的势能，并计算物体由支架下落到地面过程中重力势能减少多少？(2)以地面为参考平面，计算物体具有的势能，并计算物体由支架下落到地面过程中重力势能减少多少？(3)比较以上计算结果，说明什么问题？[解析]　(1)以桌面为参考平面，物体距参考平面的高度为h1＝0.4 m，因而物体具有的重力势能Ep1＝mgh1＝2×9.8×0.4 J＝7.84 J.物体落至地面时，物体的重力势能为Ep2＝mgh2＝2×9.8×(－0.8) J＝－15.68 J，因此物体在此过程中的重力势能减少量ΔEp＝Ep1－Ep2＝7.84 J－(－15.68) J＝23.52 J.(2)以地面为参考平面，物体距参考平面的高度为h′1＝(0.4＋0.8)m＝1.2 m，因而物体具有的重力势能E′p1＝mgh′1＝2×9.8×1.2 J＝23.52 J.物体落至地面时，物体的重力势能为E′p2＝0.在此过程中，物体的重力势能减少量为ΔE′p＝E′p1－E′p2＝23.52 J－0＝23.52 J.(3)通过上面的计算，说明重力势能是相对的，它的大小与参考平面的选择有关．而重力势能的变化是绝对的，它与参考平面的选择无关，其变化值与重力对物体做功的多少有关．典例3、关于弹簧的弹性势能，下列说法中正确的是(　　)A．当弹簧变长时，它的弹性势能一定增加B．当弹簧变短时，它的弹性势能一定减少C．在拉伸长度相同时，劲度系数越大的弹簧，它的弹性势能越大D．弹簧拉伸时的弹性势能一定大于压缩时的弹性势能[解析]　如果弹簧原来处于压缩状态，那么当它恢复原长时，它的弹性势能减小，当它变短时，它的弹性势能增大，弹簧拉伸时的弹性势能可能大于、小于或等于压缩时的弹性势能，需根据形变量来判定，选项A、B、D错误；当拉伸长度相同时，劲度系数越大的弹簧，需要克服弹力做的功越多，弹簧的弹性势能越大，选项C正确．[答案]　C1.(2019·福建莆田期中)下列说法中正确的是(　　)A．地面上的物体重力势能一定为零B．质量大的物体重力势能一定大C．不同的物体中离地面最高的物体其重力势能最大D．离地面有一定高度的物体其重力势能可能为零2．(2019·北师大附中期中)北京时间2019年2月25日，在巴西进行的2019年跳水世界杯比赛中，中国选手邱波获得十米跳台冠军．在邱波离开跳台到入水的过程中，他的重心先上升后下降．在这一过程中，邱波所受重力做功和重力势能变化的情况是(　　)A．始终做负功，重力势能一直增大B．始终做正功，重力势能一直减小C．先做负功再做正功，重力势能先增大后减小D．先做正功再做负功，重力势能先增大后减小3.如图所示，静止的物体沿不同的光滑轨道由同一位置滑到水平桌面上，轨道高度为H，桌面距地面高为h，物体质量为m，重力加速度为g，则以下说法正确的是(　　)A.物体沿竖直轨道下滑到桌面上，重力势能减少最少B.物体沿曲线轨道下滑到桌面上，重力势能减少最多C.以桌面为参考平面，物体重力势能减少mgHD.以地面为参考平面，物体重力势能减少mg(H＋h)4.如图所示，质量为m的物体静止在地面上，物体上面连着一个轻弹簧，用手拉住弹簧上端上移H，将物体缓缓提高h，拉力F做功WF，不计弹簧的质量，则下列说法中正确的是　(　　) A．重力做功－mgh，重力势能减少mghB．弹力做功－WF，弹性势能增加WFC．重力势能增加mgh，弹性势能增加FHD．重力势能增加mgh，弹性势能增加WF－mgh 参考答案：1.D 2.C 3. C 4.D