人教版（2019）物理必修第二册 8.2 重力势能课件(共40张PPT)

(共40张PPT)
8.2重力势能
1. 知道重力做功与运动的路径无关。
2. 理解重力势能的概念,会用重力势能的定义式进行计算。
3. 知道重力势能具有相对性，理解重力做功与重力势能变化的关系。
4.理解弹性势能的概念会分析决定弹性势能大小的相关因素。
学习重点：重力势能的概念及重力做功跟物体重力势能改变的关系。
学习难点：重力做功与路径无关，重力势能的概念，重力势能的变化和重力做功的关系。
打桩机的重锤从高处落下时，重锤具有重力势能。
思考：打桩机的重锤从高处落下时，可以把水泥桩打进地里，你知道这是为什么吗
思考：你认为重力势能的表达式应该是怎样的呢？
这一节我们来进一步定量地研究重力势能。
一、重力做功特点
功与能是两个密切联系的物理量。物体的高度发生变化，重力势能发生变化，重力要做功。
物体下降时重力做_____，势能_____；物体升高时重力做_____，势能______。
正功
减小
负功
增大
（1）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，求这个过程中重力做的功。
mg
Δh
h1
h2
W G ＝ mgΔh ＝ mgh1 － mgh2
Δh
h1
B
B′
θ
A
mg
（2）若沿着一个斜面向下运动到 B′，再水平运动到 B，高度由 h1 降为 h2 。求这个过程中重力做的功。
物体沿斜面运动的距离是 L，在这一过程中重力做的功是：
W G ＝（mgcosθ）L
＝ mgΔh
＝ mgh1 － mgh2
L
从 B′沿水平方向运动到 B 的过程中，重力不做功。
即这个过程中重力做的功： W G＝ mgh1 － mgh2
Δh
h1
B
B′
θ
A
mg
思考：根据(1)、(2)说明重力做功的特点？
1.重力做功的表达式
WG=mgΔh=mgh1-mgh2，式中Δh指初位置与末位置的_______。h1、h2
分别指_______、_______的高度。物体由高处运动到低处时，重力做______ 功.物体由低处运动到高处时，重力做_______ 功.
2.重力做功的特点：物体运动时，重力对物体所做的功只与物体初、末位置的 有关，与物体运动的 无关.
路径
正
负
高度差
高度差
初位置
末位置
思考：若物体沿曲面滑下时重力做的功你会计算吗？
物体沿曲面滑下时重力做的功
Δh1
Δh2
Δh3
A
C
h1
h2
Δh
把整个路径AB分成许多很短的间隔AA1、A1A2……，由于每一段都很小，每一小段都可以近似地看作一段倾斜的直线，设每段小斜线的高度差分别为Δh1、Δh2……，则物体通过每小段斜线时重力做的功分别为mgΔh1、mgΔh2…….
Δh1
Δh2
Δh3
A
C
h1
h2
Δh
物体通过整个路径时重力做的功
WG＝mgΔh1＋mgΔh2＋……
＝mg(Δh1＋Δh2＋……)＝mgh
＝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。
例1. 一个100 g的球从1.8 m的高处落到一水平板上又弹回到1.25 m的高度，则整个过程中重力对球所做的功及球的重力势能的变化是（g取10 m/s2）（　　）
A. 重力做了1.8 J的功
B. 重力做了0.55 J的负功
C. 物体的重力势能一定减少了0.55 J
D. 物体的重力势能一定增加了1.25 J
C
变式训练：
某游客领着孩子游泰山时,孩子不小心将手中的皮球滑落,球从A点滚到了山脚下的B点,高度标记如图所示,则下列说法正确的是 (　　)
A.从A到B的曲线轨迹长度不知道,无法求出此过程重力做的功
B.从A到B过程中阻力大小不知道,无法求出此过程重力做的功
C.从A到B重力做功mg(H+h)
D.从A到B重力做功mgH
D
技法点拨：
计算重力做功时，找出初、末位置的高度差h,直接利用公式利用公式WG=mgh=mgh1-mgh2 h即可,无需考虑中间的复杂运动过程。
二、重力势能
1、定义：物体由于被举高而具有的能叫重力势能。
2.表达式：EP＝mgh
物体的重力势能等于它所受的重力与所处高度的乘积。
3. 重力势能是标量，单位是焦耳（J）
1 J ＝ 1 kg·m·s -2 ·m ＝ 1 N·m
思考：知道了重力势能的表达式，那么重力做的功与重力势能的关
系应该怎样写呢？
4.重力做功与重力势能变化的关系
（1）重力做正功，重力势能减少，重力做了多少正功，重力势能就减少多少。
WG＝Ep1－Ep2 WG> 0，Ep1 > Ep2
重力做功与重力势能的关系：WG＝Ep1－Ep2
其中 Ep1 表示物体在初位置的重力势能，Ep2 表示物体在末位置的重力势能。
WG＝Ep1－Ep2 = －△Ep
（2）重力做负功，重力势能增加，物体克服重力做了多少功，重力势能就增加多少。
WG < 0， Ep1 < Ep2
WG＝Ep1－Ep2
归纳总结：物体上升，重力做负功，重力势能Ep增加，物体下降，重力做正功，重力势能Ep减少，即：重力做的功等于重力势能的减少量。
思考讨论：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叫作物体的重力势能吗？为什么？
不能
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。
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水平面来说的，这个水平面叫作参考平面。
（2）处于参考平面的物体的重力势能取为零。
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是负数。
h
EpA=0
h
h
EpB=mgh
EpC=-mgh
A
B
C
参考平面
（3）选择不同的参考平面,物体重力势能的数值是不同的。
h
EpA=0
h
h
EpB=2mgh
A
B
h
h
h
EpB=mgh
EpA=-mgh
A
B
参考平面
参考平面
思考：选择不同的参考平面影响重力势能的变化吗？
EpB－EpA ＝2mgh
不影响，选择不同的参考平面重力势能的变化都是一样的。
注意：
（1）零势能面可任意选择的，选择哪个平面为参考平面，可视研究问题的方便而定，通常选择地面或较低的位置作为参考平面。
（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。
例2.质量为4kg的物体放在高3m的平台上，g取10m/s2，求：
（1）以平台为参考平面，物体的重力势能是多少？
（2）以地面为参考平面，物体的重力势能是多少？
（3）物体从平台落到地面上，重力势能变化了多少？重力做功是多少？
h=3m
解:（1）小球放在平台上，相对于平台表面的重力势能是0．
（2）小球相对于地面的高度为：h=3m，相对于地面的重力势能是：
EP=mgh=4×10×3J=120J
h=3m
（3）小球从平台落到地面，则在整个过程中，高度下降h=4m，重力势能减少量为：△EP=mgh=3×10×4J=120J
则重力势能减少是：△EP=120J
变式训练：
如图，桌面距地面高0.8m，一物体质量为2kg,放在距桌面0.4m 的支架上，（g取10m/s2）
（1）以地面为零势能面位置，求物体具有的势能,并求物体由支架下落到桌面过程中，势能减少多少
0.4m
0.8m
（2）以桌面为零势能面位置，求物体具有的势能，并求物体由支架下落到桌面过程中，势能减少多少
（3）比较以上结果，说明什么问题
参考答案：
（1）8J
（2）8J
（3）比较以上结果,说明重力势能是相对的,大小与零势能位置的选择有关,而重力势能的变化是绝对的,它与零势能位置无关,其变化值是与重力对物体做功多少有关。
技法点拨：
1.重力势能的计算公式为EP=mgh，h是物体相对于参考平面的高度，根据这个公式直接计算。
2.重力做功只与物体的初末位置有关，与路径无关，且重力做功和重力势能变化数值相等。
三、弹性势能
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叫弹性势能
撑竿跳高运动员手中弯曲的竿，被拉开的弓弦都具有弹性势能。
2、影响弹性势能的因素
（1）在弹性限度内，弹簧的弹性势能跟弹簧被拉伸或压缩的长度有关。被拉伸或压缩的长度越长，恢复原状过程中对外做的功就越多，弹簧的弹性势能就越大。
（2）弹簧的弹性势能还跟弹簧的劲度系数有关。
劲度系数越大，弹簧恢复原状过程中对外做的功就越多，因而弹簧的弹性势能就越大。
4.势能也叫位能，与相互作用的物体的相对位置有关。
（1）重力势能是由地球和地面上物体的相对位置决定的，
（2）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。
3.弹力做功与弹性势能变化的关系
（1）弹簧弹力做正功,弹性势能就减少;
（2）弹簧弹力做负功,弹性势能就增加。
弹性势能的表达式：
（1）k表示弹簧的劲度系数， L表示弹簧的伸长量或者压缩量。L，Ep具有相对性。
（2）弹簧弹力做功与弹性势能变化的表达式：
知识拓展
例3.如图所示,将弹簧拉力器用力拉开的过程中,弹簧的弹力和弹性势能的变化情况是 (　　)
A.弹力变大,弹性势能变小
B.弹力变小,弹性势能变大
C.弹力和弹性势能都变大
D.弹力和弹性势能都变小
C
变式训练：
如图所示，在光滑的水平面上有一小车，它的左端连一弹簧，弹簧的另一端固定在墙上，在力F作用下小车处于静止状态。当撤去力F后，小车向右运动，在小车向右运动的过程中，下列说法正确的是（　　）
A. 弹簧的弹性势能逐渐减小
B. 弹簧的弹性势能逐渐增大
C. 弹簧的弹性势能先增大再减小
D. 弹簧的弹性势能先减小再增大
D
技法点拨：
当撤去力F后，小车向右运动的过程中，弹簧先由压缩状态恢复到原长，然后再伸长，所以形变量先减小后增大，则弹簧的弹性势能先减小再增大。
重力势能
重力做功特点:只与物体初、末位置的高度差有关.
重力做功与重力势能的关系：WG＝Ep1－Ep2
重力势能的相对性。
重力势能
弹性势能定义
表达式：EP＝mgh
1. 关于重力势能，下列说法中正确的是 ( )
A. 物体的位置一旦确定，它的重力势能的大小也随之确定
B. 物体与参考平面的距离越大，它的重力势能也越大
C. 一个物体的重力势能从-5 J变化到-3 J，重力势能变小了
D. 重力势能的减少量等于重力对物体做的功 .
D
2. 关于重力做功和重力势能，下列说法正确的是（ ）
A. 重力做功与物体运动的路径有关
B. 重力对物体做负功时，物体的重力势能一定减小
C. 重力势能为负值说明物体在零势能面以下
D. 重力势能的变化量与零势能面的选取有关
C
3前一段时间朝鲜连续进行导弹试验，威胁半岛安全，受到国际社会的谴责。导弹在发射升空过程中，有关重力做功和导弹重力势能说法正确的是（ ）
A. 重力做正功，重力势能增加
B. 重力做正功，重力势能减少
C. 重力做负功，重力势能增加
D. 重力做负功，重力势能减少 .
C
4. (多选) 下列关于重力势能的说法正确的是(　　)
A.重力势能是地球和物体共同具有的,不是物体单独具有的
B.重力势能的大小是相对的
C.重力势能等于零的物体一定不具有对别的物体做功的本领
D.在地面上方的物体,它的重力势能一定大于零
AB
5. (多选)一升降机箱底部装有若干个弹簧，设在某次事故中，升降机吊索在空中断裂，忽略摩擦和空气阻力的影响，则升降机在从弹簧下端触地直到最低点的运动过程中（ ）
A.升降机的速度不断减小
B.升降机的加速度不断变大
C.先是弹力做的负功小于重力做的正功，然后是
弹力做的负功大于重力做的正功
D.重力势能减小，弹性势能增大
CD
再见