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人教版 (2019)必修 第二册2 重力势能评课ppt课件
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这是一份人教版 (2019)必修 第二册2 重力势能评课ppt课件，共55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，mgΔh，mgh，某一水平面，水平面，参考平面，课内互动探究，探究等内容，欢迎下载使用。
1．理解重力势能。2．理解重力势能的变化和重力做功的关系。3．定性了解弹性势能。
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_______。『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)重力做功WG＝－20 J时，物体的重力势能减小20 J。( )(3)物体由高处到低处，重力一定做正功，重力势能一定减少。( )
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。
『判一判』(1)重力势能Ep1＝10 J，Ep2＝－10 J，则Ep1与Ep2方向相反。( )(2)同一物体在不同位置的重力势能分别为Ep1＝3J，Ep2＝－10 J，则Ep1
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)弹簧的长度越长，弹性势能一定越大。( )(2)弹簧弹性势能也有正负。( )(3)弹力做正功弹性势能减小，弹力做负功，弹性势能增加。( )
『想一想』生活中常见的闭门器主要依靠弹性形变后储存的弹性势能自动将打开的门关闭，如图所示。当门打开和关闭时，弹簧的弹力分别对外做正功还是负功？能量又如何转化？答案：弹簧门依靠弹簧形变后储存的弹性势能能够自动将打开的门关闭。当将弹簧门打开时，需要克服弹簧的弹力做功，即弹簧的弹力对外做负功，弹性势能增大；当弹簧门关闭时，弹簧的弹力对外做正功，弹性势减小。
要点提炼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。
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。
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。
要点提炼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
典例剖析 北京时间2021年8月5日，14岁小将全红婵发挥完美，获得东京奥运会跳水女子单人10米台冠军，为中国代表团摘得第33枚金牌，在全红婵离开跳台到入水的过程中，她的重心先上升后下降。在这一过程中，全红婵所受重力做的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解析：在全红婵离开跳台到入水的过程中，她的重心先上升后下降，故重力势能先增大后减小；由WG＝－ΔEp，可知重力先做负功再做正功。
一物体以初速度v竖直向上抛出，做竖直上抛运动，抛出位置所在平面为零势能面，则下列选项能反映物体的重力势能Ep与路程s关系的图像是( )
解析：设物体能上升的最大高度为H，则上升过程，物体的重力势能为Ep＝mgs，即重力势能随路程的增大而增大；下降过程中，物体的重力势能为Ep＝mg(2H－s)，即重力势能随路程的增大而减小，且两者为线性关系，故选项A正确，B、C、D错误。
要点提炼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。
两个不同的弹簧A、B，劲度系数分别为k1、k2，且k1>k2。现用相同的力从自然长度开始拉弹簧，当弹簧稳定时，关于弹簧的弹性势能，下列说法正确的是( )A．A弹簧的弹性势能大B．B弹簧的弹性势能大C．两弹簧的弹性势能相同D．无法判断
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。
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。
一、重力做功与重力势能1．沿着高度相同、坡度不同、粗糙程度也不同的斜面将同一物体从底端拉到顶端，下列说法正确的是( )A．沿坡度小的斜面运动时，物体克服重力做的功多B．沿坡度大、粗糙程度大的斜面运动时，物体克服重力做的功多C．沿坡度小、粗糙程度大的斜面运动时，物体克服重力做的功多D．不管沿怎样的斜面运动，物体克服重力所做的功相同，物体重力势能的增加量也相同
解析：重力做的功与物体的运动路径无关，只与初、末位置的高度差有关，不论是光滑路径还是粗糙路径，也不论是直线运动还是曲线运动，物体克服重力做多少功是相同的，它的重力势能增加多少也是相同的，故选项D正确。
2．某高速行驶的汽车刹车失灵，司机将汽车驶入外侧的斜坡式避险车道，如图所示。在汽车冲上斜坡做减速运动的过程中，下列说法正确的是( )A．汽车的重力做正功B．汽车的重力做负功C．汽车的重力势能减小D．汽车的重力势能不变解析：重力竖直向下，汽车冲上斜坡做减速运动的过程中汽车位移方向斜向上，重力方向与位移方向夹角大于90°，汽车的重力做负功，汽车重力势能增加，故选项B正确，A、C、D错误。
二、重力势能的相对性3．如图所示，静止的小球沿不同的轨道由同一位置滑到水平桌面上，轨道高度为h，桌面距地面的高度为H，小球质量为m，则以下说法正确的是( )A．小球沿竖直轨道下滑到桌面上，重力做的功最少B．小球沿曲线轨道下滑到桌面上，重力做的功最多C．以桌面为零势能面，小球的重力势能的减少量为mghD．以地面为零势能面，小球的重力势能的减少量为mg(H＋h)
解析：静止的小球沿不同的轨道由同一位置滑到水平桌面上，由于高度差相同，所以重力做的功相同，选项A、B错误；重力势能的变化量与零势能面的选取无关，重力做的功等于重力势能的变化量的负值，重力做的功为mgh，则重力势能的减少量为mgh，选项C正确，D错误。
4．(2023·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图像是递减的一次函数。故选B。
(2)物体重力做的功WG＝－mgh。(3)ΔEp＝－WG＝mgh，因此物体的重力势能增加了mgh。
三、弹性势能6．关于弹性势能，下列说法正确的是( )A．只要发生形变，物体就具有弹性势能B．某一弹簧的长度越长，其弹性势能就越大C．在弹性限度内，弹簧的弹性势能大小与弹簧形变量有关D．弹簧的弹力做正功，其弹性势能增加
解析： 只有发生弹性形变，物体才具有弹性势能，不是所有的形变都能使物体具有弹性势能，故A错误；弹簧的弹性势能与其弹性形变的大小有关，与其本身长度无必然联系，故B错误；在弹性限度内，弹性形变越大，弹性势能越大，故C正确；弹簧的弹力做正功，则弹簧的形变量减小，所以其弹性势能减小，故D错误。
7．(2023·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
1．理解重力势能。2．理解重力势能的变化和重力做功的关系。3．定性了解弹性势能。
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_______。『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)重力做功WG＝－20 J时，物体的重力势能减小20 J。( )(3)物体由高处到低处，重力一定做正功，重力势能一定减少。( )
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。
『判一判』(1)重力势能Ep1＝10 J，Ep2＝－10 J，则Ep1与Ep2方向相反。( )(2)同一物体在不同位置的重力势能分别为Ep1＝3J，Ep2＝－10 J，则Ep1
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)弹簧的长度越长，弹性势能一定越大。( )(2)弹簧弹性势能也有正负。( )(3)弹力做正功弹性势能减小，弹力做负功，弹性势能增加。( )
『想一想』生活中常见的闭门器主要依靠弹性形变后储存的弹性势能自动将打开的门关闭，如图所示。当门打开和关闭时，弹簧的弹力分别对外做正功还是负功？能量又如何转化？答案：弹簧门依靠弹簧形变后储存的弹性势能能够自动将打开的门关闭。当将弹簧门打开时，需要克服弹簧的弹力做功，即弹簧的弹力对外做负功，弹性势能增大；当弹簧门关闭时，弹簧的弹力对外做正功，弹性势减小。
要点提炼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。
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。
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。
要点提炼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
典例剖析 北京时间2021年8月5日，14岁小将全红婵发挥完美，获得东京奥运会跳水女子单人10米台冠军，为中国代表团摘得第33枚金牌，在全红婵离开跳台到入水的过程中，她的重心先上升后下降。在这一过程中，全红婵所受重力做的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解析：在全红婵离开跳台到入水的过程中，她的重心先上升后下降，故重力势能先增大后减小；由WG＝－ΔEp，可知重力先做负功再做正功。
一物体以初速度v竖直向上抛出，做竖直上抛运动，抛出位置所在平面为零势能面，则下列选项能反映物体的重力势能Ep与路程s关系的图像是( )
解析：设物体能上升的最大高度为H，则上升过程，物体的重力势能为Ep＝mgs，即重力势能随路程的增大而增大；下降过程中，物体的重力势能为Ep＝mg(2H－s)，即重力势能随路程的增大而减小，且两者为线性关系，故选项A正确，B、C、D错误。
要点提炼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。
两个不同的弹簧A、B，劲度系数分别为k1、k2，且k1>k2。现用相同的力从自然长度开始拉弹簧，当弹簧稳定时，关于弹簧的弹性势能，下列说法正确的是( )A．A弹簧的弹性势能大B．B弹簧的弹性势能大C．两弹簧的弹性势能相同D．无法判断
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。
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。
一、重力做功与重力势能1．沿着高度相同、坡度不同、粗糙程度也不同的斜面将同一物体从底端拉到顶端，下列说法正确的是( )A．沿坡度小的斜面运动时，物体克服重力做的功多B．沿坡度大、粗糙程度大的斜面运动时，物体克服重力做的功多C．沿坡度小、粗糙程度大的斜面运动时，物体克服重力做的功多D．不管沿怎样的斜面运动，物体克服重力所做的功相同，物体重力势能的增加量也相同
解析：重力做的功与物体的运动路径无关，只与初、末位置的高度差有关，不论是光滑路径还是粗糙路径，也不论是直线运动还是曲线运动，物体克服重力做多少功是相同的，它的重力势能增加多少也是相同的，故选项D正确。
2．某高速行驶的汽车刹车失灵，司机将汽车驶入外侧的斜坡式避险车道，如图所示。在汽车冲上斜坡做减速运动的过程中，下列说法正确的是( )A．汽车的重力做正功B．汽车的重力做负功C．汽车的重力势能减小D．汽车的重力势能不变解析：重力竖直向下，汽车冲上斜坡做减速运动的过程中汽车位移方向斜向上，重力方向与位移方向夹角大于90°，汽车的重力做负功，汽车重力势能增加，故选项B正确，A、C、D错误。
二、重力势能的相对性3．如图所示，静止的小球沿不同的轨道由同一位置滑到水平桌面上，轨道高度为h，桌面距地面的高度为H，小球质量为m，则以下说法正确的是( )A．小球沿竖直轨道下滑到桌面上，重力做的功最少B．小球沿曲线轨道下滑到桌面上，重力做的功最多C．以桌面为零势能面，小球的重力势能的减少量为mghD．以地面为零势能面，小球的重力势能的减少量为mg(H＋h)
解析：静止的小球沿不同的轨道由同一位置滑到水平桌面上，由于高度差相同，所以重力做的功相同，选项A、B错误；重力势能的变化量与零势能面的选取无关，重力做的功等于重力势能的变化量的负值，重力做的功为mgh，则重力势能的减少量为mgh，选项C正确，D错误。
4．(2023·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图像是递减的一次函数。故选B。
(2)物体重力做的功WG＝－mgh。(3)ΔEp＝－WG＝mgh，因此物体的重力势能增加了mgh。
三、弹性势能6．关于弹性势能，下列说法正确的是( )A．只要发生形变，物体就具有弹性势能B．某一弹簧的长度越长，其弹性势能就越大C．在弹性限度内，弹簧的弹性势能大小与弹簧形变量有关D．弹簧的弹力做正功，其弹性势能增加
解析： 只有发生弹性形变，物体才具有弹性势能，不是所有的形变都能使物体具有弹性势能，故A错误；弹簧的弹性势能与其弹性形变的大小有关，与其本身长度无必然联系，故B错误；在弹性限度内，弹性形变越大，弹性势能越大，故C正确；弹簧的弹力做正功，则弹簧的形变量减小，所以其弹性势能减小，故D错误。
7．(2023·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
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