2018年高中物理 第七章 機械能守恒定律 7.4 重力勢能課件 新人教版必修2.ppt

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1、4.重力勢能,自我檢測,自主閱讀,一、重力做的功1.特點:只跟物體運動的起點和終點的位置有關,而跟物體運動的路徑無關。2.什么情況下重力做正功?什么情況下重力做負功?答案:物體下降時重力做正功;物體上升時重力做負功。3.表達式:WG=mgh=mg(h1-h2),其中h1、h2分別表示物體起點和終點的高度。,,,,,自我檢測,自主閱讀,二、重力勢能1.定義:物體由于被舉高而具有的能量叫重力勢能。2.大小:物體的重力勢能等于它所受重力與所處高度的乘積,表達式為Ep=mgh。3.單位:焦耳。4.重力做功和重力勢能變化有什么關系?請寫出重力做功與重力勢能變化的關系式。答案:重力做正功,重力勢能減小,重

2、力做負功,重力勢能增加。關系式:WG=Ep1-Ep2=-ΔEp。,,,,,,自我檢測,自主閱讀,三、重力勢能的性質1.相對性:重力勢能總是相對選定的參考平面而言的(該平面常稱為零勢能面)。2.標矢性:重力勢能為標量,其正負表示重力勢能的大小。物體在參考平面上方時,重力勢能為正值;在參考平面下方時,重力勢能為負值。3.系統(tǒng)性:重力勢能是地球與物體所組成的系統(tǒng)共有的。,,,,,,,,自我檢測,自主閱讀,1.正誤辨析(1)只要物體的高度發(fā)生變化,其重力一定做功。()答案:√(2)同一物體在不同高度的重力勢能為Ep1=2J,Ep2=-3J,則Ep1>Ep2。()答案:√(3)重力做功多少取決于物體的重

3、力和它通過的位移。()解析:重力做功多少取決于物體的重力大小和它在初、末位置的高度差。答案:(4)重力勢能Ep1=2J,Ep2=-3J,則Ep1與Ep2方向相反。()解析:重力勢能是標量,沒有方向。答案:,自我檢測,自主閱讀,2.某物體從某一位置運動到另一位置,重力一定做功嗎?答案:不一定。判斷物體運動過程中重力是否做功,主要是看運動的初、末位置是否在同一高度上,若初、末位置在同一高度上,則重力不做功;若初、末位置不在同一高度上,則重力做功。3.物體從高度和傾角相同的斜面滑下,一個斜面光滑,一個斜面不光滑,重力做的功相等嗎?為什么?答案:相等。重力做功只跟物體運動的起點和終點的位置有關。,知識

4、點一,知識點二,知識點三,問題導引如圖所示,一個質量為m的物體,從高度為h1的位置A分別按下列三種方式運動到高度為h2的位置B,在這個過程中思考并討論以下問題:(1)根據(jù)功的公式求出甲、乙兩種情況下重力做的功。(2)求出丙中重力做的功。(3)重力做功有什么特點?要點提示(1)甲中WG=mgh=mgh1-mgh2,,知識點一,知識點二,知識點三,要點提示(1)甲中WG=mgh=mgh1-mgh2,乙中WG=mglcosθ=mgh=mgh1-mgh2。(2)把整個路徑AB分成許多很短的間隔AA1、A1A2、……,由于每一段都很小,每一小段都可以近似地看作一段傾斜的直線,設每段小斜線的高度差分別為Δ

5、h1、Δh2、……,則物體通過每小段斜線時重力做的功分別為mgΔh1、mgΔh2……物體通過整個路徑時重力做的功WG=mgΔh1+mgΔh2+…=mg(Δh1+Δh2+…)=mgh=mgh1-mgh2。(3)物體運動時,重力對物體做的功只跟物體的起點和終點的位置有關,而跟物體運動的路徑無關。,知識點一,知識點二,知識點三,知識歸納1.重力做的功WG=mg(h1-h2),其中h1、h2分別是初、末位置的高度。物體由高處運動到低處時,重力做正功。物體由低處運動到高處時,重力做負功。2.重力做功的特點:物體運動時,重力對物體所做的功只與物體初、末位置的高度差有關,與物體運動的路徑無關。,知識點一,知

6、識點二,知識點三,典例剖析【例1】物體沿不同的路徑從A運動到B,如圖所示,則()A.沿路徑ACB重力做的功大些B.沿路徑ADB重力做的功大些C.沿路徑ACB和路徑ADB重力做功一樣多D.條件不足,無法判斷解析:重力做功與路徑無關,只與初、末位置的高度差有關,故兩種情況下重力做功一樣多,C正確。答案:C,知識點一,知識點二,知識點三,變式訓練1某游客領著孩子游泰山時,孩子不小心將手中的皮球滑落,球從A點滾到了山腳下的B點,高度標記如圖所示,則下列說法正確的是()A.從A到B的曲線軌跡長度不知道,無法求出此過程中重力做的功B.從A到B過程中阻力大小不知道,無法求出此過程中重力做的功C.從A到B重力

7、做功mg(H+h)D.從A到B重力做功mgH解析:重力做功與物體的運動路徑無關,只與初末狀態(tài)物體的高度差有關,從A到B的高度是H,故從A到B重力做功mgH,D正確。答案:D,知識點一,知識點二,知識點三,問題導引如圖所示,起重機把樓板從地面上吊到樓頂上。樓板的重力勢能怎么變化?樓板從地面吊到樓頂?shù)倪^程中,重力勢能的變化與參考平面的選取有關嗎?要點提示起重機把樓板從地面上吊到樓頂上時,高度升高,重力勢能增大,樓板重力勢能的變化是絕對的,與參考平面的選取無關。,知識點一,知識點二,知識點三,知識歸納1.重力勢能的正負重力勢能是標量,其數(shù)值可正可負可為零,表示的是相對大小,如圖所示。物體在A、B、C

8、三點重力勢能的正負如表所示。,知識點一,知識點二,知識點三,2.重力勢能的三個性質(1)重力勢能的相對性由于重力勢能表達式為Ep=mgh,高度h的相對性決定了重力勢能具有相對性。選取不同的水平面作為零勢能面,其重力勢能具有不同的數(shù)值,即重力勢能的大小與零勢能面的選取有關。(2)重力勢能變化的絕對性物體在這兩個高度不同的位置時,由于高度差一定,重力勢能之差也是一定的,即物體的重力勢能的變化與參考平面的選取無關。(3)重力勢能的系統(tǒng)性重力是地球對物體吸引而產生的,如果沒有地球對物體的吸引,就不會有重力,也不存在重力勢能,所以重力勢能是這個系統(tǒng)共同具有的,平時所說的“物體”的重力勢能只是一種簡化的說

9、法。,知識點一,知識點二,知識點三,畫龍點睛物體的重力勢能是相對的,而重力勢能的變化量是絕對的。(物體的重力勢能與參考平面的選取有關,而重力勢能的變化量與參考平面的選取無關。),知識點一,知識點二,知識點三,典例剖析【例2】質量為m的均勻鏈條長為L,開始放在光滑的水平桌面上時,有的長度懸在桌邊緣,如圖所示,松手后,鏈條滑離桌面,問從開始到鏈條剛滑離桌面過程中重力勢能變化了多少?(桌面離地面高度大于L),知識點一,知識點二,知識點三,知識點一,知識點二,知識點三,規(guī)律方法鏈條(繩索)模型1.建模背景:柔軟鏈條(繩索)在運動過程中形體會發(fā)生變化,重心也就會發(fā)生變化,從而給計算帶來障礙,因此如何確定

10、重心位置是解決含有鏈條(繩索)問題的關鍵。2.模型特點:(1)粗細均勻、質量分布均勻的長直鏈條(繩索),其重心在長度的一半處。(2)柔軟鏈條(繩索)的形體變化,導致了重心位置的變化,從而使其重力勢能也發(fā)生變化。(3)選取合理的勢能零點,可以使計算更方便。,知識點一,知識點二,知識點三,變式訓練2下列關于重力勢能的說法正確的是()A.物體的位置一旦確定,它的重力勢能的大小也隨之確定B.物體與零勢能面的距離越大,它的重力勢能也越大C.一個物體的重力勢能從-5J變化到-3J,重力勢能增加了D.在地面上的物體具有的重力勢能一定等于零解析:物體的重力勢能與參考面有關,同一物體在同一位置相對不同的參考面的

11、重力勢能不同,A選項錯;物體在零勢能面以上,距零勢能面的距離越大,重力勢能越大,物體在零勢能面以下,距零勢面的距離越大,重力勢能越小,B選項錯;重力勢能中的正、負號表示大小,-5J的重力勢能小于-3J的重力勢能,C選項對;只有選地面為零勢能面時,地面上的物體的重力勢能才為零,否則不為零,D錯誤。答案:C,知識點一,知識點二,知識點三,問題導引如圖所示,幼兒園小朋友們正在興高采烈地玩滑梯。若某位小朋友的質量為20kg,滑梯高2.5m,g取10m/s2。(1)小朋友從梯子爬上滑梯頂?shù)倪^程中,重力勢能變化了多少?重力做了多少功?(2)小朋友從滑梯滑下的過程中,重力勢能變化了多少?重力做了多少功?(3

12、)重力做功與重力勢能的變化存在什么關系?,知識點一,知識點二,知識點三,要點提示(1)取地面為零勢能面。小朋友從梯子爬上滑梯頂?shù)倪^程中,初勢能Ep1=0,末勢能Ep2=mgh=500J,重力勢能變化量ΔEp=Ep2-Ep1=500J。重力做功WG=-mgh=-500J。(2)取地面為零勢能面。小朋友從滑梯滑下的過程中,初勢能Ep1=500J,末勢能Ep2=mgh=0,勢能變化量ΔEp=Ep2-Ep1=-500J。重力做功WG=mgh=500J。(3)重力勢能的變化量等于重力做功的負值。,知識點一,知識點二,知識點三,知識歸納1.重力做功與重力勢能的比較,知識點一,知識點二,知識點三,知識點一,

13、知識點二,知識點三,2.重力做功與重力勢能變化關系的理解、應用(1)無論物體是否受其他力的作用,無論物體做何種運動,關系式WG=-ΔEp總是成立的。(2)利用關系式WG=-ΔEp可由重力做功的正負及大小判斷重力勢能的增減及大小,反之也可以由重力勢能的增減及大小判斷重力做功的正負及大小。,知識點一,知識點二,知識點三,典例剖析【例3】(多選)用拉力F將一個重為5N的小球勻速提升3m,如圖所示,在這個過程中,下列說法正確的是()A.小球的重力做了15J的功B.拉力F對小球做了15J的功C.小球的重力勢能增加了15JD.合力對小球做的功是15J,知識點一,知識點二,知識點三,解析:小球上升,重力做負

14、功,WG=-mgh=-53J=-15J,選項A錯誤;因為小球勻速上升,所以拉力F=G=5N,則拉力做功WF=Fh=53J=15J,選項B正確;因小球克服重力做功15J,故小球重力勢能增加15J,選項C正確;因為小球勻速上升,合力為零,則合力不做功,選項D錯誤。答案:BC規(guī)律方法1.功是能量轉化的量度,重力勢能的變化是由重力做功引起的,重力做功的多少是重力勢能變化的量度。2.重力勢能變化量的多少與參考系的選擇無關,重力做功的多少也與參考平面的選擇無關。,知識點一,知識點二,知識點三,變式訓練3大型拱橋的拱高為h,弧長為L,如圖所示。質量為m的汽車在以不變的速率v由A點運動到B點的過程中,以下說法

15、正確的是()A.由A到B的過程中,汽車的重力勢能始終不變,重力始終不做功B.汽車的重力勢能先減少后增加,總的變化量為0,重力先做負功,后做正功,總功為零C.汽車的重力勢能先增大后減小,總的變化量為0,重力先做正功,后做負功,總功為零D.汽車的重力勢能先增大后減小,總的變化量為0,重力先做負功,后做正功,總功為零,知識點一,知識點二,知識點三,解析:前半階段,汽車向高處運動,重力勢能增加,重力做負功;后半階段,汽車向低處運動,重力勢能減小,重力做正功。選項D正確。答案:D,1,2,3,4,1.如圖所示,某物塊分別沿三條不同的軌道由離地面高h的A點滑到同一水平面上,軌道1、2是光滑的,軌道3是粗糙

16、的,則()A.沿軌道1滑下重力做的功多B.沿軌道2滑下重力做的功多C.沿軌道3滑下重力做的功多D.沿三條軌道滑下重力做的功一樣多解析:重力做功只與初末位置的高度差有關,與路徑無關,D選項正確。答案:D,1,2,3,4,2.一個100g的球從1.8m的高處落到一個水平板上又彈回到1.25m的高度,則整個過程中重力對球所做的功及球的重力勢能的變化是(g取10m/s2)()A.重力做功為1.8JB.重力做了0.55J的負功C.物體的重力勢能一定減少0.55JD.物體的重力勢能一定增加1.25J解析:整個過程中重力做功WG=mgΔh=0.1100.55J=0.55J,故重力勢能減少0.55J,所以選項

17、C正確。答案:C,1,2,3,4,3.質量為20kg的薄鐵板平放在二樓的地面上,二樓地面與樓外地面的高度差為5m。這塊鐵板相對二樓地面的重力勢能為J,相對樓外地面的重力勢能為J;將鐵板提高1m,若以二樓地面為參考平面,則鐵板的重力勢能變化了J;若以樓外地面為參考平面,則鐵板的重力勢能變化了J。(g取10m/s2)解析:根據(jù)重力勢能的定義式,以二樓地面為參考平面:Ep=0。以樓外地面為參考平面:Ep=mgh=20105J=103J。以二樓地面為參考平面:ΔEp=Ep2-Ep1=mgh1-0=20101J=200J。以樓外地面為參考平面:ΔEp=Ep2-Ep1=mg(h+h1)-mgh=mgh1=

18、20101J=200J。答案:0103200200,1,2,3,4,4.如圖所示,桌面距地面的高度為0.8m,一物體質量為2kg,放在桌面上方0.4m的支架上,求:(g取10m/s2)(1)以桌面為零勢能參考平面,計算物體具有的重力勢能,并計算物體由支架下落到地面過程中重力勢能減少多少?(2)以地面為零勢能參考平面,計算物體具有的重力勢能,并計算物體由支架下落到地面過程中重力勢能減少多少?(3)以上計算結果說明什么?,1,2,3,4,解析:(1)以桌面為零勢能參考平面,物體距離零勢能參考平面的高度h1=0.4m,因而物體具有重力勢能。Ep1=mgh1=2100.4J=8J。物體落至地面時,物體

19、重力勢能Ep2=210(-0.8)J=-16J。因此物體在此過程中重力勢能減小量ΔEp=Ep1-Ep2=8J-(-16)J=24J。(2)以地面為零勢能參考平面,物體的高度h1=(0.4+0.8)m=1.2m。因而物體具有的重力勢能Ep1=mgh1=2101.2J=24J。物體落至地面時重力勢能Ep2=0。在此過程中物體重力勢能減小量ΔE=Ep1-Ep2=24J-0=24J。,1,2,3,4,(3)通過上面的計算可知,重力勢能是相對的,它的大小與零勢能參考平面的選取有關,而重力勢能的變化是絕對的,它與零勢能參考平面的選取無關,其變化值與重力對物體做功的多少有關。答案:(1)8J24J(2)24J24J(3)見解析,