人教版(2019)新教材高中物理必修2 第8章机械能守恒定律第2节重力势能(2)课件(共22张PPT)

(共22张PPT)
重力势能
重力势能的表达式应该是怎样的呢？
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初中我们已经定性地学习了重力势能，物体的质量越大、所处的位置越高，重力势能就越大。
这一节我们来进一步定量地研究重力势能。你认为重力势能的表达式应该是怎样的呢？
设一个质量为m的物体，从与地面高度为h1的位置A，竖直向下运动到高度为h2的位置B（图甲），这个过程中重力做的功是
WG＝mgΔh＝mgh1－mgh2
重力做的功
再看另一种情况。质量为m的物体仍然从上向下运动，高度由h1降为h2，但这次不是沿竖直方向，而是沿着一个斜面向下运动到B′，再水平运动到B（图乙）。
物体沿斜面运动的距离是l，在这一过程中重力做的功是
WG＝（mgcosθ）l＝mgΔh＝mgh1－mgh2
注意：B′沿水平方向运动到B的过程中，重力不做功。
物体沿曲面滑下时重力做的功
假设这个物体沿任一路径由高度是h1 的起点A，运动到高度是h2的终点B，如图。我们把整个路径分成许多很短的间隔AA1，A1A2，A2A3 ，…
由于每一段都很小，因而都可以近似地看做一段倾斜的直线。设每段小斜线的高度差分别是 h1， h2， h3 …则物体通过每段小斜线时重力所做的功分别为 mg h1，mg h2，mg h3， …
物体通过整个路径时重力所做的功，等于重力在每小段上所做的功的代数和，即
WG＝mg h1＋mg h2＋mg h3＋…
＝mg( h1＋ h2＋ h3+ …)
＝mgh
＝mgh1－mgh2
分析表明，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。也就是说，只要起点和终点的位置不变，不论物体沿什么路径运动，重力所做的功都相同。功等于物体所受的重力跟起点高度的乘积mgh1与跟终点高度的乘积mgh2两者之差。
WG=mgh1-mgh2
物体所受的重力mg与它所处位置的高度h的乘积 mgh，具有特殊的意义。
h1
h2
mgh1
mgh2
高度不同，数值不同；
质量不同，数值不同；
影响因素：高度、质量
定义：物体所受的重力mg与它所处位置的高度h的乘积mgh叫重力势能。
重力势能
符号：EP
标量，单位是焦耳（J）
1J ＝1kg·m·s-2·m ＝1N·m
重力势能的改变和重力做功之间有怎样的关系呢？
WG＝EP1－EP2
重力做负功
重力做正功
重力势能的“四性”
标量性：重力势能是标量，只有大小，没有方向，但有正负。
相对性：选取不同的水平面作为参考平面，其重力势能具有不同的数值，即重力势能的大小与参考平面的选取有关。
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，即物体重力势能的变化与参考平面的选取无关。
系统性：重力是地球对物体吸引而产生的，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。
重力做功 重力势能
物理意义 重力对物体做功 由物体与地球的相互作用产生，且由它们之间的相对位置决定的能
表达式 WG＝mgΔh Ep＝mgh
影响大小的因素 重力mg和初、末位置的高度差Δh 重力mg和相对参考平面的高度h
特点 只与初、末位置的高度差有关，与路径及参考平面的选择无关 与参考平面的选择有关，同一位置的物体，选择不同的参考平面，其重力势能的值不同
过程量 状态量
联系 重力做功的过程是重力势能改变的过程，重力做正功，重力势能减少，重力做负功，重力势能增加，且重力做了多少功，重力势能就改变多少，即WG＝Ep1－Ep2＝－ΔEp
重力做功与重力势能的关系
若重力做的功与路径有关，即对应于同样的起点和终点，重力对同一物体所做的功，随物体运动路径的不同而不同，我们还能把mgh叫做物体的重力势能吗？为什么？
分析：如果重力的功与路径有关，我们就不能把mgh叫做物体的重力势能了。
解：因为重力做功对应着重力势能的改变。当重力功与路径有关时则h不能与重力的位移相对应，不能称为重力势能。
思考与讨论
h
h
h
A
h
h
h
A
h
h
h
A
B
B
B
EpB=-3mgh
EpA=2mgh
EpB=-2mgh
EpA=0
EpA=-mgh
EpB=0
1.为了比较势能的大小我们通常选一个参考面，处在参考面的物体的重力势能为0 ，参考面上方的物体的重力势能是正数，参考面下方的物体的重力势能是负数。
重力势能的相对性
2.参考面的选取不影响重力势能的变化： EpB－EpA ＝-2mgh
1、参考面（0势能面）的选取是任意的。
2、选不同的参考面,物体的重力势能各不相同(相对）,但对重力势能的变化没有影响（绝对）。
3、通常选地面为参考面。
说明：
1、定义：发生弹性形变的物体各部分之间由于弹力的相互作用而具有的势能。
弹性势能
2.表达式：
l为弹簧的形变量
k为弹簧的劲度系数
l
3.性质：
①相对性：弹簧处于原长时为零势能点。
②系统性：弹性势能是整个系统所具有的。
4．弹性势能的产生原因
(1)物体发生了弹性形变
(2)各部分间的弹力作用
5．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l(形变量是指拉伸或压缩的变化量)。因为形变量越大，用力越大，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。
6．弹性势能与弹力做功的定性关系
(1)弹力做负功时，弹性势能增大，其他形式的能转化为弹性势能．
(2)弹力做正功时，弹性势能减小，弹性势能转化为其他形式的能．
7．弹性势能与弹力做功的定量关系：弹力做功与弹性势能的关系式为W弹＝－ΔEp＝Ep1－Ep2.

弹性势能与重力势能的区别
重力势能是由地球和地面上物体的相对位置决定的。
势能也叫位能与相互作用的物体的相对位置有关。
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。
1、下列关于重力势能的说法中正确的是 (　　)
①重力势能是物体和地球共同具有的，而不是物体单独具有的
②在同一高度，将同一物体以v0向不同方向抛出，落地时物体减少的重力势能一定相等
③重力势能等于零的物体，不可能对别的物体做功
④在地面上的物体，它的重力势能一定为零
A．①②　　　　 B．③④
C．①③　　　　　 D．②④
A　
随堂练习
2、关于弹簧的弹性势能，下列说法中正确的是 (　　)
A．当弹簧变长时，它的弹性势能一定增大
B．当弹簧变短时，它的弹性势能一定变小
C．在拉伸长度相同时，k越大的弹簧，它的弹性势能越大
D．弹性势能是弹簧和使它发生形变的物体所共有的
思路引导：明确弹性势能大小的变化关系是解题的关键。弹性势能与劲度系数k有关，还与形变量有关，形变量越大，弹性势能越大。
C　
课堂小结