必修 第二册2 重力势能备课课件ppt

这是一份必修 第二册2 重力势能备课课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了重力势能，目标体系构建，课前预习反馈，知识点1，重力做功与重力势能，mgΔh，mgh，知识点2，重力势能的相对性，某一水平面等内容，欢迎下载使用。

1．重力做的功(1)功的大小：WG＝_______。(2)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_______，而跟物体运动的路径_______。
2．重力势能(1)大小：Ep＝______。(2)单位：在国际单位制中，重力势能的单位是_______，符号为____。(3)重力做的功与重力势能的关系：WG＝Ep1－Ep2重力做正功，重力势能_______，重力做负功，重力势能_______。
1．参考平面：物体的重力势能总是相对于_____________来说的，这个________叫作参考平面，在参考平面上物体的重力势能取为____。2．重力势能的相对性：Ep＝mgh中的h是物体重心相对___________的高度。选择不同的参考平面，物体重力势能的数值是_______的，但重力势能的差值_______。(后两空选填“相同”或“不同”)3．标矢性：重力势能为_____量，其正负表示重力势能的大小。物体在参考平面上方时，物体的高度为正值，重力势能为_____值；在参考平面下方时，物体的高度为负值，重力势能为_____值。
1．定义：发生_______形变的物体的各部分之间，由于有_______的相互作用而具有的势能，叫弹性势能。2．影响弹性势能的因素(1)弹性势能跟形变大小有关：同一弹簧，在弹性限度内，形变大小_______，弹簧的弹性势能就越大。(2)弹性势能跟劲度系数有关：在弹性限度内，不同的弹簧发生同样大小的形变，劲度系数_______，弹性势能越大。
『判一判』(1)重力做功一定与路径无关，只与该物体初、末位置的高度差有关。(　　)(2)重力势能Ep1＝10 J，Ep2＝－10 J，则Ep1与Ep2方向相反。(　　)(3)同一物体在不同位置的重力势能分别为Ep1＝3J，Ep2＝－10 J，则Ep1(4)重力做功WG＝－20 J时，物体的重力势能减小20 J。(　　)(5)物体由高处到低处，重力一定做正功，重力势能一定减少。(　　)(6)弹簧的长度越长，弹性势能一定越大。(　　)
『选一选』(2021·江苏南通市高一月考)下列物理量中，属于矢量的是(　　)A．动能　　B．速度C．重力势能　　D．功解析：动能、重力势能、功均为标量。速度是矢量。故选B。
『想一想』设想你要从某座高楼的第17层下到第8层，你可以乘电梯下，也可以沿楼梯走下。两种方式下楼，重力对你做的功是否相等？答案：相等，重力是恒力，利用恒力做功表达式可推导。
如图所示，一个质量为m的物体，从高度为h1的位置A分别按下列三种方式运动到高度为h2的位置B，在这个过程中，思考并讨论以下问题：
(1)求出图甲情形中重力做的功；(2)求出图乙情形中重力做的功；(3)求出图丙情形中重力做的功；(4)重力做功有什么特点？提示：(1)图甲中WG＝mgΔh＝mgh1－mgh2。(2)图乙中WAB′＝mglcs θ＝mgΔh＝mgh1－mgh2，WB′B＝0，故WAB＝mgΔh＝mgh1－mgh2。
(3)图丙中把整个路径AB″分成许多很短的间隔AA1、A1A2…，由于每一段都很小，每一小段都可以近似地看成一段倾斜的直线，设每段小斜线的高度差分别为Δh1、Δh2…，则物体通过每段小斜线时重力做的功分别为mgΔh1、mgΔh2…。WAB″＝mgΔh1＋mgΔh2＋…＝mg(Δh1＋Δh2＋…)＝mgΔh，WB″B＝0，故WAB＝mgΔh＝mgh1－mgh2。(4)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。
1．重力做功的特点：重力做功与路径无关，只与始末位置的高度差有关。2．重力做功特点的理解：重力是恒力，而恒力做功等于力F与在力F方向上的位移的乘积，重力方向是竖直向下的，因此重力做功只与重力方向上的位移有关，也就是竖直方向上的位移(即高度差Δh)有关。往高处运动，竖直方向上的位移与重力方向相反，重力做负功，往低处运动，竖直方向上的位移与重力方向相同，重力做正功，其大小都为mgΔh(Δh为始末位置的高度差)。
(1)物体在同一水平面上运动时，重力总是不做功。(2)物体的竖直位移等于零，说明重力做功的代数和等于零，但过程中重力并不一定不做功。
3．重力做功特点的推广：恒力做功特点与重力做功的特点类似：与具体路径无关，只与起点和终点两个位置有关，恒力做的功等于力与沿着力方向的位移的乘积。
解析：解法一　分段法。小球由A→B，重力做正功W1＝mgh小球由B→C，重力做功为0，
在物体运动的过程中重力可能会反复做正功、负功，但是这些正功、负功高度差相同的部分就会抵消，无论往复多少，最后只看始末位置的高度差；往上运动重力做负功，往下运动重力做正功，其大小都为mgΔh，Δh为始末位置的高度差。
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，重力做的功相等解析：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。
1．如图所示，打夯时，夯锤被高高举起，然后砸向地面，设夯锤质量为m，重力加速度大小为g。(1)选择地面为参考平面，夯锤在地面上的重力势能是多少？夯锤从地面被举高h后重力势能是多少？(2)选择离地面高度h处为参考平面，夯锤在地面上的重力势能是多少？夯锤在h高处重力势能是多少？
2．如图所示，幼儿园小朋友们正在玩滑梯：(1)小朋友从最高点滑落到地面的过程中重力做正功还是负功？重力势能是增加还是减少？(2)小朋友从地面爬上滑梯最高点的过程中重力做正功还是负功？重力势能是增加还是减少？
提示：1.(1)0　mgh　(2)－mgh　02．(1)小朋友沿滑梯滑下的过程中重力做正功，重力势能减少。(2)小朋友从地面爬上滑梯最高点的过程中重力做负功，重力势能增加。
1．重力势能的“四性”(1)系统性重力是地球与物体相互吸引而产生的，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。(2)相对性：重力势能Ep＝mgh与参考平面的选择有关，式中的h是物体重心到参考平面的高度。重力势能是标量，只有大小而无方向，但有正负之分。当物体在参考平面上方时，Ep为正值；当物体在参考平面下方时，Ep为负值。注意物体重力势能的正负是表示比零势能大，还是比零势能小。
(3)参考平面选择的任意性：视处理问题的方便而定，一般选择地面或物体运动时所达到的最低点为零势能面。(4)重力势能变化的绝对性：物体从一个位置运动到另一个位置的过程中，重力势能的变化与参考平面的选取无关，它的变化量是绝对的。2．重力势能是标量物体的重力势能为负值表示物体的重力势能比在参考平面上时具有的重力势能要少，这跟用正负表示温度高低是相似的。
3．重力做功与重力势能的关系
重力势能的求解方法(1)定义法：选取参考平面，确定物体相对参考平面的高度h，代入Ep＝mgh求解重力势能。(2)WG和Ep关系法：由WG＝Ep1－Ep2知Ep2＝Ep1－WG或Ep1＝WG＋Ep2。(3)变化量法：重力势能的变化量ΔEp＝Ep2－Ep1，故Ep2＝Ep1＋ΔEp或Ep1＝Ep2－ΔEp。
2．(2021·三门峡市外国语高级中学高一期末)质量为m的小球，从离桌面H高处由静止下落，桌面离地面高度为h，如图所示，若以地面为参考平面，那么小球落地时的重力势能及下落过程中重力势能的变化分别为(　　)A．mgh，减少mg(H－h)B．mgh，增加mg(H＋h)C．－mgh，增加mg(H－h)D．0，减少mg(H＋h)
解析：以地面为参考平面，地面离零势能点的高度为0，所以重力势能为0；物体下落的高度为(H＋h)，重力做功为W＝mg(h＋H)，所以重力势能减少mg(h＋H)，故选D。
如图所示，某人正在用拉力器锻炼臂力。(1)人不用力时，弹簧不伸长，此时弹簧有弹性势能吗？(2)人拉弹簧时对弹簧做什么功？弹簧的弹性势能怎么变化？(3)在弹簧弹性限度内，人将弹簧拉得越长，克服弹力做功越多吗？弹性势能越大吗？
提示：(1)弹簧不伸长，没有弹性势能。(2)人对弹簧做正功，弹性势能增加。(3)在弹性限度内，将弹簧拉得越长，克服弹力做功越多，弹性势能越大。
1．对弹性势能的理解(1)(弹簧)弹性势能的影响因素：①弹簧的形变量x；②弹簧的劲度系数k。(2)相对性：弹性势能的大小与选定的弹性势能为零的位置有关，对于弹簧，一般规定弹簧处于原长时的弹性势能为零。
2．弹性势能与弹力做功的关系如图所示，O为弹簧的原长处。 (1)弹力做负功：如物体由O向A运动(压缩)或者由O向A′运动(伸长)时， 弹性势能增大，其他形式的能转化为弹性势能。(2)弹力做正功：如物体由A向O运动或者由A′向O运动时，弹性势能减小，弹性势能转化为其他形式的能。(3)弹力做功与弹性势能变化的关系：弹性势能的变化量总等于弹力对外做功的负值，表达式为W弹＝－ΔEp。
(2021·北京昌平区高一期末)如图所示，在光滑的水平面上有一小车，它的左端连一弹簧，弹簧的另一端固定在墙上，在力F作用下小车处于静止状态。当撤去力F后，小车向右运动，在小车向右运动的过程中，下列说法正确的是(　　)A．弹簧的弹性势能逐渐减小B．弹簧的弹性势能逐渐增大C．弹簧的弹性势能先增大再减小D．弹簧的弹性势能先减小再增大
解析：当撤去力F后，小车向右运动的过程中，弹簧先由压缩状态恢复到原长，然后再伸长，所以形变量先减小后增大，则弹簧的弹性势能先减小再增大。
理解弹性势能时应注意的三个问题(1)弹簧的弹性势能的大小由弹簧的劲度系数和形变量(拉伸或压缩的长度)共同决定，劲度系数越大，形变量越大，弹簧的弹性势能越大。(2)弹簧处于原长时，弹性势能为零，将弹簧拉长或压缩，弹簧的弹性势能均为正值。(3)弹性势能具有相对性，但其变化量具有绝对性，因此，在判断弹性势能的变化量时不必考虑零势能的位置。
3．(多选)(2021·安徽师大附中高一下期中)如图所示，一位游客玩“蹦极”游戏，将一根长为AB的弹性绳子一端系在身上，另一端固定在高处，然后从高处跳下，其中AB为弹性绳子的原长，C点是弹力与重力平衡的位置，D点是该游客所到达的最低点。对于游客离开跳台至最低点的过程中，下列说法正确的是(　　)A．重力对该游客一直做正功B．该游客的重力势能一直减小C．该游客通过C点之后，弹性绳子才具有弹性势能D．从A到D的过程中，弹性绳子的弹性势能先不变后一直增加
解析：对于游客离开跳台至最低点的整个过程中，重力一直做正功，根据重力做正功重力势能减少可知游客的重力势能一直减小，故A、B正确；该游客从高空落下到弹性绳子达到原长的过程中，弹性绳子没有伸长，当该游客达到B点以后，弹性绳子开始伸长，才具有弹性势能，故C错误；该游客从高空落下到弹性绳子达到原长的过程中，即从A到B的过程中，弹性绳子不做功，弹性势能不变，从B到D的过程中，弹力一直做负功，弹性绳子的弹性势能一直增加，故D正确。
易错点：盲目套用公式Ep＝mgh而致错如图所示，一人造卫星绕地球做椭圆运动，试比较该卫星在近地点与远地点时的重力势能的大小。
易错分析：设A、B两点与地球的距离分别为hA和hB。错解一：因为 EpA＝mghA，EpB＝mghB，hA正确解答：在AB连线上取A′点，使A与A′同处于以地心为圆心的同一圆弧上，则在A′和A处物体的重力势能大小相等。另外，卫星由B至A′时，引力做正功，重力势能减小，故有EpB>EpA′，即EpB>EpA。
素养警示重力势能计算式Ep＝mgh适用于地球表面及附近g值不变的情况，若在物体运动过程中，g值随物体的位置变化，此公式就不再适用，因此，在求解问题时，注意物理公式的适用范围至关重要。
1．(多选)(2022·辽宁大连高一期中)如图所示，质量为m的跳高运动员先后用背越式和跨越式两种跳高方式跳过某一高度，该高度比他起跳时的重心高出h，则他从起跳后至越过横杆的过程中克服重力所做的功(　　)A．用背越式可能小于mgh，用跨越式必须大于mghB．用背越式必须大于mgh，用跨越式可能大于mghC．不论何种起跳方式，运动员在最高点处于平衡状态D．不论何种起跳方式，运动员起跳前最后一脚对地压力大小大于自身重力大小
解析：从图中可看出，用背越式越过横杆时运动员的重心可能在腰部下方，即重心可能在横杆的下方，运动员克服重力所做的功不一定大于mgh。而跨越式跨过横杆时，运动员的重心一定在横杆之上，运动员克服重力所做的功必须大于mgh，故A正确，B错误；不论何种起跳方式，运动员在最高点只受重力，不是处于平衡状态，故C错误；运动员起跳时，有向上的加速度，地面对他的支持力大于他的重力，所以不论何种起跳方式，运动员起跳前最后一脚对地压力大小大于自身重力大小，故D正确。
2．(2022·江苏淮海高一期中)物体做自由落体运动，Ep表示重力势能，h表示下落的距离，以水平地面为零势能面，下列图像中能正确反映Ep和h之间关系的是(　　)解析：设初始位置距地面的高度为H，则Ep＝mg(H－h)，整理得Ep＝mgH－mgh，Ep－h图像是一次函数。故选B。
3．(2022·河北省晋州市高一月考)如图所示，质量相等的两木块中间连有一竖直轻弹簧，木块A静止在弹簧上面，设弹簧的弹性势能为Ep1。现用力缓慢向上提A，直到B恰好离开地面；B刚要离开地面时，设弹簧的弹性势能为Ep2，则关于Ep1、Ep2的大小关系及弹性势能的变化ΔEp，下列说法中正确的是 (　　)A．Ep1＝Ep2　　B．Ep1>Ep2C．ΔEp>0　　D．ΔEp<0
解析：对于确定的弹簧，其弹性势能的大小只与形变量有关。设开始时弹簧的形变量为x1，有kx1＝mg，设B刚要离开地面时弹簧的形变量为x2，有kx2＝mg，可知x1＝x2，所以Ep1＝Ep2，ΔEp＝0，A正确，B、C、D错误。
(1)吊车钢索的拉力对物体做的功；(2)物体重力做的功；(3)物体的重力势能变化了多少。