高中物理人教版 (2019)必修 第二册第八章 机械能守恒定律2 重力势能教课内容课件ppt

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册第八章 机械能守恒定律2 重力势能教课内容课件ppt，共51页。PPT课件主要包含了课前·基础认知，课堂·重难突破，素养·目标定位，随堂训练，素养•目标定位，目标素养，知识概览等内容，欢迎下载使用。

1.知道重力做功与路径无关的特点,培养学生对物理问题的科学思维过程。2.理解重力势能的概念,形成正确的物理观念。3.知道重力做功与重力势能变化的关系。4.理解重力势能的相对性。5.知道弹性势能与弹簧的劲度系数和形变量有关。
一、重力做的功1.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。 2.表达式:WG=mgΔh=　mgh1-mgh2　。 
二、重力势能1.大小:Ep=　mgh　,其中h表示物体的高度。 2.单位:　焦耳　,与功的单位相同。 3.重力做功与重力势能变化的关系:(1)表达式:WG=　Ep1-Ep2　。 (2)重力做正功,重力势能　减少　;重力做负功,重力势能　增加　。 
微思考 如图所示,幼儿园小朋友们正在兴高采烈地玩滑梯,请思考以下问题:(1)同一个小朋友沿不同的路径从滑梯上端滑到下端,重力做的功是否相同?(2)小朋友从最高点滑落到地面过程中重力势能是增加还是减少?提示:(1)相同。重力做功与路径无关。(2)根据重力势能的表达式知,小朋友沿滑梯下滑时,高度变低,重力势能减少。
三、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　水平面　来说的,这个　水平面　叫作参考平面。在参考平面上,物体的重力势能取为　0　。 2.重力势能的相对性:选择不同的参考平面,物体重力势能的数值是　不同　的。对选定的参考平面而言,上方物体的重力势能是　正　值,下方物体的重力势能是　负　值。负值的重力势能,表示物体在这个位置具有的重力势能要比在参考平面上具有的重力势能　小　。 
微判断1 1.不同物体在同一高度,重力势能可能不同。(　　)2.同一物体的重力势能Ep1=2 J,Ep2=-3 J,则Ep1>Ep2。(　　)3.在同一高度的质量不同的两个物体,它们的重力势能一定不同。(　　)
四、弹性势能1.定义:发生弹性形变的物体的各部分之间,由于有　弹力　的相互作用,也具有势能,这种势能叫作弹性势能。 2.大小:弹性势能跟　形变　的大小有关,在弹性限度内,形变量越大弹性势能　越大　。也跟弹簧的劲度系数有关,在同样形变量的情况下,劲度系数越大,弹性势能　越大　。 3.系统性: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,是物体与地球所组成的系统共有的。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。 
微判断2 1.弹性势能与弹簧的弹性形变量和劲度系数有关。(　　)2.只要弹簧的形变量相同,弹性势能就相同。(　　)3.弹簧被压缩时,弹性势能为负;弹簧被拉伸时,弹性势能为正。(　　)
一 重力做功和重力势能
重难归纳1.重力做功与重力势能的比较。
2.重力做功与重力势能变化的关系。(1)无论物体是否受其他力的作用,无论物体做何种运动,关系式WG=-ΔEp总是成立的。(2)利用关系式WG=-ΔEp可由重力做功的正负及大小判断重力势能的增减及大小,反之也可以由重力势能的增减及大小判断重力做功的正负及大小。
滑雪运动员从雪山高处高速滑下,运动员的重力做了正功还是负功?其重力势能增大了还是减小了?提示:运动员从高处滑下,位移向下,重力做了正功,由于高度降低,其重力势能减小。
典例剖析【例1】右图为水上滑梯示意图,它由斜槽AB和水平槽BC构成,AB与BC圆滑连接,斜槽AB的竖直高度为h',BC面高出水面的距离为h,一个质量为m的游玩者从滑梯顶端A点由静止滑下,重力加速度为g。(1)以水面为参考平面,求游玩者在A点时的重力势能Ep。(2)求从A点运动到C点的过程中,重力做的功。(3)求从A点运动到C点的过程中,重力势能的变化量。答案:(1)mgh'　(2)mg(h'-h)　(3)-mg(h'-h)
解析:(1)以水面为参考平面,重力势能为Ep=mgh'。(2)从A点运动到C点,游玩者下落的高度为hAC=h'-h故重力做功WG=mghAC=mg(h'-h)。(3)重力势能的变化量ΔEp=-WG=-mg(h'-h)负号表示游玩者的重力势能减少了。
规律总结 求重力做功的两种方法(1)根据功的定义式求解:先求初、末位置的高度差,再求出重力与此高度差的乘积,即为重力做的功。(2)根据重力势能的变化与重力做功的关系求解:重力做的功等于重力势能变化量的负值。
学以致用1.如图所示,质量为m的小球,用一长为l的细线悬于O点,将悬线拉直成水平状态,并给小球一个向下的速度让小球向下运动,O点正下方D处有一钉子,小球运动到B处时会以D为圆心做圆周运动,并经过C点,若已知OD= l,则小球由A点运动到C点的过程中,重力做功为多少?重力势能减少了多少?
二 对重力势能的理解
重难归纳1.重力势能的三个性质。
2.重力势能变化的绝对性: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。
打夯时,夯锤被拉起,然后砸向地面,设夯锤质量为m,抬起高度为h。(1)若选择地面为参考平面,夯锤在地面上的重力势能是多少?夯锤从地面被拉高h后,重力势能是多少?拉起夯锤的过程中,夯锤重力势能的改变是多少?(2)若选择离地面高度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?拉起夯锤的过程中,夯锤重力势能的改变是多少?
提示:(1)0　mgh　mgh(2)-mgh　0　mgh
典例剖析【例2】如图所示,质量为m的小球,从离桌面h'高处由静止下落,桌面离地高度为h。若以桌面为参考平面,那么小球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)答案:D
解析:以桌面为参考平面,落地时物体的重力势能为-mgh,初状态重力势能为mgh',即重力势能的变化量ΔEp=-mgh-mgh'=-mg(h'+h),所以重力势能减少了mg(h'+h),选项D正确。
规律总结 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)重力势能变化量法:重力势能的变化量ΔEp=Ep2-Ep1,故Ep2=Ep1+ΔEp或Ep1=Ep2-ΔEp。
学以致用2.在离地面80 m处无初速度地释放一小球,小球质量为m=200 g,不计空气阻力,g取10 m/s2,取释放点所在水平面为参考平面。求:(1)在第2 s末小球的重力势能;(2)在第3 s内重力所做的功和重力势能的变化。答案:(1)-40 J　(2)50 J,小球的重力势能减少了50 J
三 对弹性势能的理解
重难归纳1.当弹簧的形变量为零时,它的弹性势能为零,弹簧被拉长或被压缩后,都具有弹性势能。2.影响弹性势能的因素(从弹力做功的角度考虑):①弹簧的形变量(拉伸或压缩的变化量)。因为形变量越大,用力也越大,做功越多。②弹簧的劲度系数k。拉伸相同的长度,不同弹簧的“软硬”不一样,做功不一样。
3.弹力做正功,弹性势能减少;弹力做负功,弹性势能增加。弹性势能的变化量总等于弹力做功的负值,表达式为W弹=-ΔEp。
如图所示,撑竿跳是运动会上常见的比赛项目,用于撑起运动员的竿要求具有很好的弹性。请思考:在什么时候撑竿的弹性势能最大?提示:撑竿形变量最大时,弹性势能最大,故运动员撑竿触地后上升到最高点之前某时刻,撑竿弹性势能最大。
典例剖析【例3】关于弹性势能,下列说法正确的是(　　)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k越大的弹簧,它的弹性势能越大D.弹簧的形变量越大,它的劲度系数k值越大答案:C
解析:当弹簧被压缩时,弹簧再变长,弹性势能减少,弹簧再变短,弹性势能增加,选项A、B错误;在拉伸长度相同时,劲度系数k越大的弹簧,它的弹性势能越大,选项C正确;劲度系数k是由弹簧本身的因素决定的,和形变量没关系,选项D错误。规律总结 1.所有发生弹性形变的物体都具有弹性势能。2.弹性势能具有相对性(一般取形变量为零的位置为零势能点),但其变化量具有绝对性,因此,在判断弹性势能的变化时不必考虑零势能的位置。
学以致用3.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l,将物体缓缓提高h,拉力F做功为WF,不计弹簧的质量,则下列说法正确的是(　　)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FlD.重力势能增加mgh,弹性势能增加WF-mgh答案:D
解析:可将整个过程分为两个阶段:一是弹簧伸长到m刚要离开地面的阶段,拉力克服弹力做功WF1=-W弹,等于弹性势能的增加;二是弹簧长度不变,物体上升h,拉力克服重力做功WF2=-WG=mgh,等于重力势能的增加,又由WF1+WF2=WF可知选项D正确,A、B、C错误。
1.关于重力做功与重力势能,下列叙述正确的是(　　)A.重力对物体做正功,物体的重力势能减少B.物体克服重力做功,物体的重力势能减少C.重力对物体不做功,物体的重力势能一定为零D.物体克服重力做功,物体的重力势能一定为负值答案:A解析:重力对物体做正功,物体的重力势能减少,重力对物体不做功,物体的重力势能不变,但不一定等于零,选项A正确,C错误;物体克服重力做功,物体的重力势能增加,但与重力势能的正负无关,选项B、D错误。
2.物体在运动过程中,克服重力做功50 J,则(　　)A.重力做功为50 JB.物体的重力势能一定增加50 JC.物体的重力势能一定减小50 JD.物体的重力势能一定是50 J答案:B解析:克服重力做功50 J,即重力做功为-50 J,物体的重力势能一定增加50 J,选项B正确。
3.关于弹簧的弹性势能,下列说法正确的是(　　)A.当弹簧变长时,它的弹性势能一定增大B.当弹簧变短时,它的弹性势能一定减小C.若选弹簧自然长度时的弹性势能为0,则其他长度的弹性势能均为正值D.若选弹簧自然长度时的弹性势能为0,则伸长时弹性势能为正值,压缩时弹性势能为负值答案:C
解析:如果弹簧原来处在压缩状态,当它变长且未恢复到原长前,它的弹性势能应该减小,当它变短时,它的弹性势能应该增大,在原长处它的弹性势能最小,选项A、B错误。由于弹簧处于自然长度时的弹性势能最小,若选弹簧自然长度时的弹性势能为0,则其他长度时的弹性势能均为正值,选项C正确,选项D错误。
4.(多选)如图所示,物体沿不同的路径从A运动到B,其中按不同的路径:①有摩擦作用;②无摩擦作用;③无摩擦,但有其他外力拉它。比较这三种情况下重力做的功W1、W2、W3,重力势能的变化量ΔEp1、ΔEp2、ΔEp3的关系,以下正确的是(　　)A.W1>W2>W3B.W1=W2=W3C.ΔEp1=ΔEp2=ΔEp3D.ΔEp1<ΔEp2<ΔEp3答案:BC
解析:重力做功与路径无关,取决于物体初、末位置,且与物体受不受其他力无关。重力势能的变化量只取决于重力做的功,因此,三种情况下重力做功相同,重力势能的变化量也相同。
5.物体从某高度处做自由落体运动,以地面为重力势能零点,下列所示图像中,能正确描述物体的重力势能与下落高度的关系的是(　　)答案:B
解析:设物体开始下落时的重力势能为Ep0,物体下落高度h过程中重力势能减少量ΔEp=mgh,故物体下落高度h时的重力势能Ep=Ep0-ΔEp=Ep0-mgh,即Ep-h图像为倾斜直线,选项B正确。