江苏省兴化市第一中学教科版高中物理必修二学案：4.3势能
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| 名称 | 江苏省兴化市第一中学教科版高中物理必修二学案：4.3势能 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 44.7KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 教科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2015-10-21 09:40:11 | ||
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班级： 姓名：
§4.3《势能》预习案
【预习目标】
1、理解重力热能的概念，会用重力势能的定义进行计算。
2、理解重力势能的变化和重力做功的关系，知道重力做功与路径无关 。
3、知道重力势能的相对性。
4、了解弹性势能。
【预习思考】
1．重力势能是怎样定义的？如何计算重力势能？
2．重力做功有何特点？
3．重力势能的变化和重力做功有何关系？
4．弹性势能的大小与哪些因素有关？
【预习自测】
1、物体由于 而具有的能量叫做重力 ( http: / / www.21cnjy.com )势能，表达式EP= 。重力势能是 量，有正负之分。重力势能具有相对性，与参考面选择有关，式中的h是指物体重心到 的高度。通常选择 作为参考面，也可以选物体系中的最低点为重力势能零点，这样可以避免出现负势能问题。
2、重力做功的特点是 。重力做正功，物体的重力势能 ，重力做负功（也称物体克服重力做正功）时，物体的重力势能 。用公式表示可写成 。
3、发生 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。弹性势能和重力势能一样，也具有相对性。
4、弹性势能的大小与弹性的劲度系数、弹簧形变量有关，为了研究弹性势能与劲度系数的关系，应控制________不变；为了研究弹性势能与弹簧形变量的关系，应控制________不变。这种研究方法叫做________，是物理学中的常用方法。
5、势能的改变量与零势能的选取________，这称为势能改变是绝对的。
6、势能也叫位能，是由 决定的，因而重力势能是物体和地球组成的系统共有的。
【我思我疑】
____________________________________________________________
_____________________________________________________________
【典型例题】
例1 边长为L，质量为m的立方体物体静止放在地面，在其旁边有一高为H的水平桌面,如图所示.
（1）若选地面为零势点，立方体物体的重力势能为多少？
（2）若选桌椅面为零势点，立方体物体的重力势能为多少？
例2沿着高度相同，坡度不同，粗糙程度也不同的斜面向上拉同一物体到顶端，以下说法中正确的是： ( )
A．沿着坡度小、长度大的斜面上升克服重力做的功多；
B．沿长度大、粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功多；
C．沿长度大、粗糙程度小的斜面上升克服重力做的功多；
D．上述几种情况重力做功同样多。
例3 在高处的某一点将三 ( http: / / www.21cnjy.com )个质量相同的小球以相同的速率v0分别上抛、平抛、下抛，那么以下说法正确的是 ( )
A、从抛出到落地过程中，重力对它们所做的功都相等
B、从抛出到落地过程中，重力对它们做功的平均功率都相等
C、三个球落地时，重力的瞬时功率相同
D、如果考虑空气阻力，则从抛出到落地过程中，重力势能变化不相等
拓展竖直上抛一球，球又落回原处，若空气阻力的大小正比于球的速度则( )
A、上升过程中克服重力做的功大于下降过程中重力做的功
B、上升过程中克服重力做的功等于下降过程中重力做的功
C、上升过程中克服重力做功的平均功率大于下降过程中重力的平均功率
D、上升过程中克服重力做功的平均功率等于下降过程中重力的平均功率
例4 如图所示，粗细均匀的U形管内装有 ( http: / / www.21cnjy.com )总质量为m、总长度为3h的同种液体，开始时两边液面的高度差是h,管底阀门T处于关闭状态，现将阀门打开，当两管液面相等时，液体的重力势能变化了多少？
拓展 本题利用了等效原理，即认为整体中只有局部液体的重心发生了变化，可以使问题简化。
某海湾共占面积1.0×107m2， ( http: / / www.21cnjy.com )涨潮时平均水深20m，此时关上水坝闸门，可使水位保持20m不变。退潮时，坝外水位降至18m，如图5-4-2所示，利用此水坝建立一座水力发电站，重力势能转化为电能的效率为10%，每天有两次涨潮，该电站每天能发出多少电能？
【当堂训练】
1、如图所示，桌面高为h，质量为m ( http: / / www.21cnjy.com )的小球从离桌面高H处自由落下，不计空气阻力，假设桌面处重力势能为零，则小球落地前瞬间的重力势能为( )
A. -mgh B. mgH C. mg(H+h) D. mg(H-h)
2、若物体m沿不同的路径Ⅰ和Ⅱ从A滑到B，如图所示，则重力所做的功为( )
A．沿路径Ⅰ重力做功最大
B．沿路径Ⅱ重力做功最大
C．沿路径Ⅰ和Ⅱ重力做功一样大
D．条件不足不能判断
3、如图所示，桌面距地面0.8m，一物体质量为2kg，放在距桌面0.4m的支架上．
(1)以地面为零势能位置，计算物体具有的势能，并计算物体由支架下落到桌面过程中，势能减少多少
(2)以桌面为参考平面，计算物体具有的势能，并计算物体由支架下落到桌面过程中势能减少多少 (g＝10 m/s2)
【巩固练习】
1、关于重力做功和物体重力势能的变化，下列说法中正确的是 ( )
A、当重力对物体做正功时，物体的重力势能一定减少
B、当物体克服重力做功时，物体的重力势能一定增加
C、重力做功的多少与参考平面的选取无关
D、重力势能的变化量与参考平面的选取有关
2、井深8m，井上支架高2m，在支架上用一根 ( http: / / www.21cnjy.com )长3m的绳子系住一个重100N的物体，若以地面为参考平面，则物体的重力势能为 ；若以井底面为参考平面，则物体的重力势能为 。
3、在水平地面上平铺n块砖，每块砖的质量为m，厚度为h，如将砖一块一块地叠放起来，至少需要做多少功？
4、下列关于重力势能的说法中正确的是 ( )
A、重力势能是物体和地球所共有的
B、重力势能的变化，只跟重力做功有关系，和其它力做功多少无关
C、重力势能是矢量，在地球表面以下为负
D、重力势能的增量等于重力对物体做的功
5、关于弹性势能，下列说法中正确的是 ( )
A、任何发生弹性形变的物体都具有弹性势能
B、物体只要发生形变，就一定具有弹性势能
C、外力对弹性物体做功，物体的弹性势能就发生变化
D、发生弹性形变的物体，在它们恢复原状时都能对外界做功
6、一实心的正方体铁块与一 ( http: / / www.21cnjy.com )实心的正方体木块质量相等，将它们放在水平地面上，下列结论正确的是（以地面处重力势能为零） ( )
A．铁块的重力势能大于木块的重力势能
B．铁块的重力势能等于木块的重力势能
C．铁块的重力势能小于木块的重力势能
D．上述三种情况都有可能
7、选择不同的水平面作为参考平面，物体在某一位置的重力势能和某一程中重力势能的改变量 ( )
A．都具有不同的数值 B．都具有相同的数值
C．前者具有相同的数值，后者具有不同的数值
D．前者具有不同的数值，后者具有相同的数值
8、如图所示，在光滑水平 ( http: / / www.21cnjy.com )面上有一物体，它的左端连一弹簧，弹簧的另一端固定在墙上，在力 F 作用下物体处于静止状态，当撤去 F 后，物体将向右运动，在物体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少
B、弹簧的弹性势能逐渐增加
C、弹簧的弹性势能先增加再减少
D、弹簧的弹性势能先减少再增加
9、一根长2m、重200N的均匀木杆，放在水平地面上，现将它的一端从地面向上抬高0.5m，另一端仍搁在地面上，则所需的功为 。若该杆系不均匀木杆，仍作相同的抬高，则所需功为 （若无确定值，可写出功值的范围）。
10、如图所示，圆柱形水箱高为5m，容 ( http: / / www.21cnjy.com )积50m3，水箱底部接通水管A，顶部接通水管B．开始时箱中无水，若仅使用A管或仅使用B管慢慢地将水注入，直到箱中水满为止，试计算两种情况下外界各需做多少功，并解释功值为何有差别．（设被注入的水开始时位置均与箱底等高）
§4.3《势能》预习案
参考答案
【典型例题】
例1 EP=mgL/2. EP= -mg(H-L/2).
例2 D
例3 A
解析 由于重力做功与路径无关，只是与初末位置高度差有关，三个小球初末位置高度差相同，所以重力做功都相等，A正确。
三个球在空中运动时间不一样，它们时间关系是t上抛＞t平抛＞t下抛，而平均功率F=W/t ，所以平均功率不相等，B错。
落地时三个球的速率相等，但速度方向不同，瞬时功率P瞬=Fvcosα=mgvcosα，上抛和下抛α=00，而平抛物体落体时α≠00，故瞬时功率不相等，C错。重力势能的变化只与重力做功有关，重力做功相等，三个球的重力势能变化应该相等，故D也错。
正确答案：A。
拓展 BC
例4 减少mgh/12
解析 液体的重力势能变化对应着其重心的位置的变化，如图所示，左右液面等高时，等效于h/2高度的液体柱下降了h/2，而其它的液体的重心没有变化。h/2的液体柱的质量为m/6，由于重力做正功，故重力势能减少，-ΔEP=(mg/6)×h/2=mgh/12.
拓展 4×1010J
【当堂训练】
1、A 2、C 3、（1）24J，8J （2）8J ， 8J
【巩固练习】
1、ABC 2、－100J，700J 3、n(n－1)mgh
4、AB 5、AD 6、C 7、D 8、D
9、50J，0－100J 10、1.225×106J，2.45×106J
0.4m
0.8m
§4.3《势能》预习案
【预习目标】
1、理解重力热能的概念，会用重力势能的定义进行计算。
2、理解重力势能的变化和重力做功的关系，知道重力做功与路径无关 。
3、知道重力势能的相对性。
4、了解弹性势能。
【预习思考】
1．重力势能是怎样定义的？如何计算重力势能？
2．重力做功有何特点？
3．重力势能的变化和重力做功有何关系？
4．弹性势能的大小与哪些因素有关？
【预习自测】
1、物体由于 而具有的能量叫做重力 ( http: / / www.21cnjy.com )势能，表达式EP= 。重力势能是 量，有正负之分。重力势能具有相对性，与参考面选择有关，式中的h是指物体重心到 的高度。通常选择 作为参考面，也可以选物体系中的最低点为重力势能零点，这样可以避免出现负势能问题。
2、重力做功的特点是 。重力做正功，物体的重力势能 ，重力做负功（也称物体克服重力做正功）时，物体的重力势能 。用公式表示可写成 。
3、发生 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。弹性势能和重力势能一样，也具有相对性。
4、弹性势能的大小与弹性的劲度系数、弹簧形变量有关，为了研究弹性势能与劲度系数的关系，应控制________不变；为了研究弹性势能与弹簧形变量的关系，应控制________不变。这种研究方法叫做________，是物理学中的常用方法。
5、势能的改变量与零势能的选取________，这称为势能改变是绝对的。
6、势能也叫位能，是由 决定的，因而重力势能是物体和地球组成的系统共有的。
【我思我疑】
____________________________________________________________
_____________________________________________________________
【典型例题】
例1 边长为L，质量为m的立方体物体静止放在地面，在其旁边有一高为H的水平桌面,如图所示.
（1）若选地面为零势点，立方体物体的重力势能为多少？
（2）若选桌椅面为零势点，立方体物体的重力势能为多少？
例2沿着高度相同，坡度不同，粗糙程度也不同的斜面向上拉同一物体到顶端，以下说法中正确的是： ( )
A．沿着坡度小、长度大的斜面上升克服重力做的功多；
B．沿长度大、粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功多；
C．沿长度大、粗糙程度小的斜面上升克服重力做的功多；
D．上述几种情况重力做功同样多。
例3 在高处的某一点将三 ( http: / / www.21cnjy.com )个质量相同的小球以相同的速率v0分别上抛、平抛、下抛，那么以下说法正确的是 ( )
A、从抛出到落地过程中，重力对它们所做的功都相等
B、从抛出到落地过程中，重力对它们做功的平均功率都相等
C、三个球落地时，重力的瞬时功率相同
D、如果考虑空气阻力，则从抛出到落地过程中，重力势能变化不相等
拓展竖直上抛一球，球又落回原处，若空气阻力的大小正比于球的速度则( )
A、上升过程中克服重力做的功大于下降过程中重力做的功
B、上升过程中克服重力做的功等于下降过程中重力做的功
C、上升过程中克服重力做功的平均功率大于下降过程中重力的平均功率
D、上升过程中克服重力做功的平均功率等于下降过程中重力的平均功率
例4 如图所示，粗细均匀的U形管内装有 ( http: / / www.21cnjy.com )总质量为m、总长度为3h的同种液体，开始时两边液面的高度差是h,管底阀门T处于关闭状态，现将阀门打开，当两管液面相等时，液体的重力势能变化了多少？
拓展 本题利用了等效原理，即认为整体中只有局部液体的重心发生了变化，可以使问题简化。
某海湾共占面积1.0×107m2， ( http: / / www.21cnjy.com )涨潮时平均水深20m，此时关上水坝闸门，可使水位保持20m不变。退潮时，坝外水位降至18m，如图5-4-2所示，利用此水坝建立一座水力发电站，重力势能转化为电能的效率为10%，每天有两次涨潮，该电站每天能发出多少电能？
【当堂训练】
1、如图所示，桌面高为h，质量为m ( http: / / www.21cnjy.com )的小球从离桌面高H处自由落下，不计空气阻力，假设桌面处重力势能为零，则小球落地前瞬间的重力势能为( )
A. -mgh B. mgH C. mg(H+h) D. mg(H-h)
2、若物体m沿不同的路径Ⅰ和Ⅱ从A滑到B，如图所示，则重力所做的功为( )
A．沿路径Ⅰ重力做功最大
B．沿路径Ⅱ重力做功最大
C．沿路径Ⅰ和Ⅱ重力做功一样大
D．条件不足不能判断
3、如图所示，桌面距地面0.8m，一物体质量为2kg，放在距桌面0.4m的支架上．
(1)以地面为零势能位置，计算物体具有的势能，并计算物体由支架下落到桌面过程中，势能减少多少
(2)以桌面为参考平面，计算物体具有的势能，并计算物体由支架下落到桌面过程中势能减少多少 (g＝10 m/s2)
【巩固练习】
1、关于重力做功和物体重力势能的变化，下列说法中正确的是 ( )
A、当重力对物体做正功时，物体的重力势能一定减少
B、当物体克服重力做功时，物体的重力势能一定增加
C、重力做功的多少与参考平面的选取无关
D、重力势能的变化量与参考平面的选取有关
2、井深8m，井上支架高2m，在支架上用一根 ( http: / / www.21cnjy.com )长3m的绳子系住一个重100N的物体，若以地面为参考平面，则物体的重力势能为 ；若以井底面为参考平面，则物体的重力势能为 。
3、在水平地面上平铺n块砖，每块砖的质量为m，厚度为h，如将砖一块一块地叠放起来，至少需要做多少功？
4、下列关于重力势能的说法中正确的是 ( )
A、重力势能是物体和地球所共有的
B、重力势能的变化，只跟重力做功有关系，和其它力做功多少无关
C、重力势能是矢量，在地球表面以下为负
D、重力势能的增量等于重力对物体做的功
5、关于弹性势能，下列说法中正确的是 ( )
A、任何发生弹性形变的物体都具有弹性势能
B、物体只要发生形变，就一定具有弹性势能
C、外力对弹性物体做功，物体的弹性势能就发生变化
D、发生弹性形变的物体，在它们恢复原状时都能对外界做功
6、一实心的正方体铁块与一 ( http: / / www.21cnjy.com )实心的正方体木块质量相等，将它们放在水平地面上，下列结论正确的是（以地面处重力势能为零） ( )
A．铁块的重力势能大于木块的重力势能
B．铁块的重力势能等于木块的重力势能
C．铁块的重力势能小于木块的重力势能
D．上述三种情况都有可能
7、选择不同的水平面作为参考平面，物体在某一位置的重力势能和某一程中重力势能的改变量 ( )
A．都具有不同的数值 B．都具有相同的数值
C．前者具有相同的数值，后者具有不同的数值
D．前者具有不同的数值，后者具有相同的数值
8、如图所示，在光滑水平 ( http: / / www.21cnjy.com )面上有一物体，它的左端连一弹簧，弹簧的另一端固定在墙上，在力 F 作用下物体处于静止状态，当撤去 F 后，物体将向右运动，在物体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少
B、弹簧的弹性势能逐渐增加
C、弹簧的弹性势能先增加再减少
D、弹簧的弹性势能先减少再增加
9、一根长2m、重200N的均匀木杆，放在水平地面上，现将它的一端从地面向上抬高0.5m，另一端仍搁在地面上，则所需的功为 。若该杆系不均匀木杆，仍作相同的抬高，则所需功为 （若无确定值，可写出功值的范围）。
10、如图所示，圆柱形水箱高为5m，容 ( http: / / www.21cnjy.com )积50m3，水箱底部接通水管A，顶部接通水管B．开始时箱中无水，若仅使用A管或仅使用B管慢慢地将水注入，直到箱中水满为止，试计算两种情况下外界各需做多少功，并解释功值为何有差别．（设被注入的水开始时位置均与箱底等高）
§4.3《势能》预习案
参考答案
【典型例题】
例1 EP=mgL/2. EP= -mg(H-L/2).
例2 D
例3 A
解析 由于重力做功与路径无关，只是与初末位置高度差有关，三个小球初末位置高度差相同，所以重力做功都相等，A正确。
三个球在空中运动时间不一样，它们时间关系是t上抛＞t平抛＞t下抛，而平均功率F=W/t ，所以平均功率不相等，B错。
落地时三个球的速率相等，但速度方向不同，瞬时功率P瞬=Fvcosα=mgvcosα，上抛和下抛α=00，而平抛物体落体时α≠00，故瞬时功率不相等，C错。重力势能的变化只与重力做功有关，重力做功相等，三个球的重力势能变化应该相等，故D也错。
正确答案：A。
拓展 BC
例4 减少mgh/12
解析 液体的重力势能变化对应着其重心的位置的变化，如图所示，左右液面等高时，等效于h/2高度的液体柱下降了h/2，而其它的液体的重心没有变化。h/2的液体柱的质量为m/6，由于重力做正功，故重力势能减少，-ΔEP=(mg/6)×h/2=mgh/12.
拓展 4×1010J
【当堂训练】
1、A 2、C 3、（1）24J，8J （2）8J ， 8J
【巩固练习】
1、ABC 2、－100J，700J 3、n(n－1)mgh
4、AB 5、AD 6、C 7、D 8、D
9、50J，0－100J 10、1.225×106J，2.45×106J
0.4m
0.8m