高中物理人教版 (2019)必修 第二册2 重力势能教学ppt课件

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册2 重力势能教学ppt课件，共43页。PPT课件主要包含了课前·自主预习，重力做的功，mgΔh，mg·h1－h2，mgh，克服重力做功，水平面，弹性势能，劲度系数，课堂·重难探究等内容，欢迎下载使用。

1．特点物体运动时，重力对它做的功只跟它的________和________位置有关，而跟物体运动的______无关．2．表达式WG＝_________＝______________，其中h1、h2分别表示物体起点和终点的高度．
将一个物体由A移至B，重力做功(　　)A．与运动过程中是否存在阻力有关B．与物体沿直线或曲线运动有关C．与物体是做加速、减速或匀速运动有关D．与物体初、末位置高度差有关【答案】D【解析】将物体由A移至B，重力做功只与物体初、末位置高度差有关，A、B、C错误，D正确．
1．定义物体所受的________与它所处位置的________的乘积叫作物体的重力势能．2．表达式Ep＝________.3．单位______，与功的单位相同．重力势能是______(填“标量”或“矢量”)．
重力势能　重力势能的相对性
4．重力做功与重力势能变化的关系(1)表达式：WG＝Ep1－Ep2＝－ΔEp.(2)两种情况①当物体从高处运动到低处时，重力做______，重力势能______，即WG＞0，Ep1＞Ep2.②当物体由低处运动到高处时，重力做负功，重力势能________，即WG＜0，Ep1＜Ep2.重力做负功也叫作__________________．
5．重力势能的相对性(1)参考平面：物体的重力势能总是相对于某一________来说的，在参考平面上，物体的重力势能取为________．(2)相对性：选择不同的参考平面，物体重力势能的数值________ (填“相同”或“不同”)．(3)正、负的含义：参考平面上方物体的高度是正值，重力势能也是_______；参考平面下方物体的高度是负值，重力势能也是_______．(4)两定点的重力势能差不随参考平面的改变而发生变化．
(2021年娄星区名校期中)如图，质量0.5 kg的小球，从桌面以上h1＝1.2 m的A点落到地面的B点，桌面高h2＝0.8 m．若以桌面所处平面为零势能面．g取10 m/s2，求：(1)小球在A、B点时的重力势能；(2)小球下落过程中重力做的功.【答案】(1)6 J　－4 J　(2)10 J
【解析】(1)小球在A点的重力势能为Ep1＝mgh1＝0.5×10×1.2 J＝6 J，小球在B点的重力势能为Ep2＝－mgh2＝－0.5×10×0.8 J＝－4 J.(2)重力做的功为W＝mg(h1＋h2)＝0.5×10×(1.2＋0.8) J＝10 J.
1．定义发生弹性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．2．影响因素弹性势能的大小跟__________的大小有关，如弹簧被________或________的长度，还和弹簧的_____________有关．
下列与弹簧具有的弹性势能无关的因素是(　　)A．弹簧的质量B．弹簧的伸长量C．弹簧的压缩量D．弹簧的劲度系数【答案】A 【解析】弹簧由于发生弹性形变而具有的能量叫弹性势能．影响弹簧的弹性势能的因素有弹簧的劲度系数、弹簧的伸长量或压缩量．在弹性限度内，弹簧的伸长量或压缩量越大，弹簧的劲度系数越大，则具有的弹性势能越大．可知与弹簧具有的弹性势能无关的因素是弹簧的质量，本题选择弹性势能无关的因素，故选A．
1．重力所做的功跟物体的运动路径无关，跟物体初位置和末位置的高度差有关．2．重力是恒力，大小不变，方向总是竖直向下，根据恒力做功的公式可知，重力做功的多少由重力大小和在重力方向上位移的大小，即竖直方向的高度差决定，与沿什么路径无关．
例1　在高处的某一点将三个质量相同的小球以相同的速率v0分别上抛、平抛、斜抛，那么以下说法正确的是(　　)A．从抛出到落地过程中，重力对它们所做的功都相等B．因物体的轨迹不同，重力做功不相等C．从抛出到落地过程中，重力对它们做功的平均功率都相等D．如果考虑空气阻力，则从抛出到落地过程中，重力做功不相等
【答案】A【解析】由于重力做功与路径无关，只与初、末位置高度差有关，三个小球初、末位置的高度差相同，所以重力做功都相等，A正确，B、D错误；三个小球在空中运动时间不一样，所以平均功率不相等，C错误．
变式1　如图所示，足球从草皮上的①位置被踢出后落到草皮上③位置，空中到达的最高点为②位置，则(　　)A．②位置足球动能等于0B．①位置到③位置的过程只有重力做功C．①位置到②位置的过程足球的动能全部转化为重力势能D．②位置到③位置的过程重力做正功
【答案】D【解析】由图可知，小球由②到③位置过程中具有水平位移，则说明小球在②位置存在速度，A错误；①到②位置的水平位移大于②到③位置的水平位移，则说明小球受到的阻力做功，B错误；因存在阻力做功，因此①到②位置的过程足球的动能转化为重力势能和内能，C错误；②到③位置的过程足球的动能变大，重力做正功，D正确．
重力势能的相对性、标矢性和系统性
例2　如图所示，桌面距地面0.8 m，一物体质量为2 kg，放在距桌面0.4 m高的支架(图中未画出)上．(g取10 m/s2)(1)以地面为参考平面，计算物体具有的重力势能，并计算物体由支架下落到桌面的过程中，重力势能变化了多少？
(2)以桌面为参考平面，计算物体具有的重力势能，并计算物体由支架下落到桌面的过程中，重力势能变化了多少？
【答案】(1)24 J　减少了8 J　(2)8 J　减少了8 J【解析】(1)以地面为参考平面，物体的高度h1＝(0.4＋0.8) m＝1.2 m，因而物体具有的重力势能为Ep1＝mgh1＝2×10×1.2 J＝24 J，物体落至桌面时，重力势能Ep2＝mgh2＝2×10×0.8 J＝16 J，物体重力势能的变化量为ΔEp＝Ep2－Ep1＝16 J－24 J＝－8 J，即重力势能减少了8 J.
(2)以桌面为参考平面，物体距参考平面的高度h1′＝0.4 m，因而物体具有的重力势能为Ep1′＝mgh1′＝2×10×0.4 J＝8 J，物体落至桌面时，重力势能Ep2′＝0，物体重力势能的变化量为ΔEp′＝Ep2′－Ep1′＝－8 J，即重力势能减少了8 J.
变式2　(多选)下列关于重力势能的说法中，正确的是(　　)A．物体的重力势能是属于物体和地球所共有的，离开地球，单独一个物体谈不上存在重力势能B．重力对物体做正功，物体的重力势能就会增加C．质量为m的物体距离地面高度为h，其具有的重力势能一定为mghD．物体重力势能的改变量只与物体始、末位置的高度差有关【答案】AD
【解析】重力势能是物体和地球共有的，而不是物体单独具有的，离开地球物体将不再具有重力势能，A正确；重力对物体做正功，物体的重力势能就会减小，B错误；重力势能的大小取决于零势能面的选择，若选择物体所在平面为零势能面，则重力势能为零，C错误；物体重力势能的改变只与物体始、末位置的高度差有关，D正确．
(1)物体的重力势能的大小是相对的，其数值与参考平面的选取有关．(2)重力势能的变化是绝对的，与参考平面的选取无关，其变化量仅由重力对物体做功的多少来决定．
1．重力势能的计算式是Ep＝mgh，式中h是物体重心相对参考平面的高度．2．求解绳、链条类物体的重力势能时，重心位置的确定是关键．粗细均匀、质量分布均匀的长直绳子或链条，其重心在全长的一半处．
科学思维——绳、链条等物体的重力势能问题
3．两种情况下重力势能的求解(1)当绳子、链条呈直线状(水平、竖直或倾斜)放置时，Ep＝mgh中的h表示重心相对参考平面的高度；(2)当绳子、链条不以直线状(如折线状)放置时，应当分段(使其每段都是直线状)表示重力势能再求和．
1．如图所示，某物块分别沿三条不同的轨道由离地面高h的A点滑到同一水平面上，轨道1、2是光滑的，轨道3是粗糙的，则(　　)A．沿轨道1滑下重力做的功多B．沿轨道2滑下重力做的功多C．沿轨道3滑下重力做的功多D．沿三条轨道滑下重力做的功一样多【答案】D【解析】重力做功与路径无关，取决于初、末位置高度差h，故D正确．
2．(2021年香洲区名校期中)一物体以初速度v竖直向上抛出，做竖直上抛运动，则物体的重力势能—路程(Eps)图像应是下列四个图中的(　　)
【答案】A【解析】设物体能上升的最大高度为H，则上升过程，重力势能为Ep＝mgs，即重力势能随路程的增大而增大；下降过程中，重力势能为Ep＝mg(2H－s)，即重力势能随路程的增大而减小，故A正确，B、C、D错误．
3．如图所示，一轻弹簧一端固定于O点，另一端系一重物，将重物从与悬点O在同一水平面且使弹簧保持原长的A点静止释放，让它自由摆下，不计空气阻力，在重物由A点摆向最低点B的过程中(　　)A．重力做正功，弹力不做功B．重力做正功，弹力做正功，弹性势能增加
C．若用与弹簧原长相等的细绳代替弹簧后，重力做正功，弹力不做功D．若用与弹簧原长相等的细绳代替弹簧后，重力做正功，弹力做负功【答案】C【解析】用细绳拴住重物向下摆动时重力做正功，弹力不做功，C正确；用弹簧拴住重物下摆时，弹簧要伸长，重物轨迹不是圆弧，弹力做负功，弹性势能增加，重力做正功，且做功多，所以A、B、D错误．
4．如图所示，摆球质量为m，悬线的长为L，把悬线拉到水平位置后放手．设在摆球从A点运动到B点的过程中空气阻力f的大小不变，则下列说法正确的是(　　)A．重力做功为mgLB．悬线拉力做负功C．空气阻力做功为－fLD．空气阻力f做功为－πfL
5．(多选)(2022年深圳一模)我国风洞技术世界领先．如图所示，在模拟风洞管中的光滑斜面上，一个小物块受到沿斜面方向的恒定风力作用，沿斜面加速向上运动，则从物块接触弹簧至到达最高点的过程中(　　)A．物块的速度先增大后减小B．物块加速度一直减小到零C．弹簧弹性势能先增大后减小D．物块和弹簧组成的系统机械能一直增大
【答案】AD【解析】接触弹簧之前，物块受的合力F＝F风－mgsin θ，接触弹簧后，开始时弹力F弹小于合力F，物块仍加速向上运动，随着弹力增加，加速度减小，当加速度减小到零时速度最大，以后当弹力F弹大于合力F时，加速度反向，物块做减速运动直到停止，此时加速度反向最大，则此过程中，物块的速度先增加后减小，加速度先减小后增加，弹簧的弹性势能一直变大，因风力做正功，则物块和弹簧组成的系统机械能一直增大．
6．摩天轮是一种大型转轮状的机械游乐设施，挂在轮边缘的是供搭乘的座舱．乘客坐在摩天轮座舱里，摩天轮慢慢地往上转，可以从高处俯瞰四周景色．我国目前最高的摩天轮——南昌之星的高度达到160 m.(1)乘客重力做功为多少？(2)乘客的重力势能变化了多少？(3)由(1)、(2)可知，重力做功与重力势能的变化有什么关系？
假设一个50 kg的乘客从地面乘坐该摩天轮到达最高点，g取10 m/s2，问：