8.2 重力势能 课件（共27张PPT）

(共27张PPT)
重力势能
学习目标
1、通过不同路径重力做功的分析，归纳出重力做功与路径无关的特点；
2、理解重力势能的表达式。通过重力做功与重力势能变化的关系体会功能关系；
3、知道重力势能的大小与参考面的选取有关，即重力势能具有相对性，但重力势能的变化量与参考面的选取无关。
4、理解重力势能的系统性
1、学习重点：
重力做功与路径无关；重力势能的概念；重力做功跟物体重力势能变化的关系。
2、学习难点：
重力做功与重力势能变化的关系；重力势能的相对性和系统性。
学习重、难点
2002年9月21日上午，俄罗斯高加索北奥塞梯地区的一个村庄发生雪崩，造成至少100人失踪。
陨石划过天空，放出耀眼的光芒，在地上留下巨大的陨石坑
新课引入
在初中的时候，我们学过物体由于被举高而具有的能量叫重力势能。那么重力势能与哪些因素有关呢？
重力势能跟物体的质量和高度都有关系，且物体的质量越大，高度越大，重力势能就越大.
那么，怎样定量地表示重力势能呢
θ
h1
一、重力做功
1.探究重力做功的特点
物体竖直下落
物体沿斜线运动
物体沿曲线运动
L
h2
Δh
A
A
A
B
B
B
竖直下落
沿斜线运动
沿曲线运动
A
A
A
A
Δh
A
A
物体竖直下落 从 A 到 B
A
Δh
B
h1
h2
WG=mgΔh
=mg(h1－h2)
=mgh1－mgh2
G
物体沿斜线运动 从A到B
A
B
Δh
θ
L
h1
h2
WG=mgLcos θ
=mgΔh
=mg(h1－h2)
=mgh1－mgh2
G
物体沿曲线运动 从A到B
A
B
W1=mglcosθ1=mg △h 1
W=W1+W2+W3+ ……
W=mg △h 1+ mg △h 2 + mg △h 3 +……
=mg （△h 1+ △h 2 + △h 3 ……)
=mgΔh
=mgh1－mgh2
A
△h 1
θ
l
放大
Δh1
Δh2
Δh3
Δh
h1
h2
微元法
h
起 点
A
B
mg
甲
A
B
θ
mg
乙
B
A
丙
终 点
= mg(h1－h2)
ＷＧ= mgΔh
=mgh1－mgh2
以上三种类型总结：
微元法
重力做功的特点：
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。即重力做功数值等于重力与高度差的乘积。
表达式：
WG ＝ mgΔh =mgh1－mgh2
Δh
h2
h1
A
B
★重力做功的特点是与运动的具体路径无关，只与初末状态物体的高度差有关，不论光滑还是粗糙路径，也不论是直线还是曲线运动，不论是否受到其他力的作用，只要初末状态的高度差相同，重力做的功就相同．
例1：如图所示，质量为m的小球从高度为h处的斜面上的A点滚下经过水平面BC后，再滚上另一斜面，当它达到高度为h/4的D点时，速度为零，在这个过程中，重力做功为 （ ）
A. mgh/4
B. 3mgh/4
C. mgh
D. 0
B
A
D
B
C
特殊意义在于：
（1）与重力做功密切相关
（2）随高度的变化而变化．
恰与势能的基本特征一致
分析表达式 WG=mgΔh=mgh1-mgh2，请思考“mgh”具有什么特殊意义？
h
h2
h1
A
B
可见,重力做的功等于mgh这个量的变化.在物理学中， mgh 是一个有特殊意义的物理量.就用这个物理量表示物体的重力势能。
二、重力势能
1. 定义：物体由于被举高而具有的能量叫重力势能。
大小：物体的重力势能等于它所受重力与所处高度的乘积。
（参考平面──零势能面）
3. 单位：焦（耳）J 1 J = 1 kg m s-2 m = 1 N m
4. 重力势能是标量：只有大小没有方向，但有正、负，其正、负表示大小。
（h ─物体重心到零势能面的高度）
Ep= mgh
5.重力势能的相对性：
（1）由于高度h是相对的，所以重力势能也是相对的，计算重力势能之前需要先选定0势能参考平面。
（4）参考平面（零势能面）的选取是任意的，通常选择地面作为参考平面。
（2）参考平面：选定某一个水平面，并把这个水平面的高度定为零，则物体在该平面上的重力势能为零。(又称零势能面)
（3）对选定的参考平面而言：在参考平面上方的物体，高度是正值，重力势能也是正值；在参考平面下方的物体，高度是负值，重力势能也是负值。若物体具有负的重力势能，表示物体在该位置具有的重力势能比在参考平面上具有的重力势能要少。
参考平面
0
0
h > 0
Ep > 0
h < 0
Ep < 0
高度h
重力势能EP
零势能面
　 珠穆朗玛峰海拔高度8848.86米
死海的海拔高度- 430.5米
EPA= 5J：表示比0势能面多5J
EPB=-5J：表示比0势能面少5J
哪一点的重力势能大
h
h
h
A
EPA=2mgh
EPA= 0
EPA= -mgh
参考面
参考面
参考面
例2 ：如图，质量 0.5 kg 的小球，从桌面以上 h1 = 1.2 m 的 A 点落到地面的 B 点，桌面高 h2 = 0.8 m。关于小球的重力势能，请按要求填写下表。( g = 10 m/s2 )
参考平面 在A点 在 B点 下落过程重力做功 重力势能变化
桌面
地面
6 J
10 J
─4 J
0
10 J
10 J
减少10 J
减少10 J
h1
h2
A
B
★选择不同的参考平面，物体的重力势能不同。
相对性
★重力做功和重力势能的变化与参考平面的选择无关。
绝对性
三、重力做功与重力势能变化的关系
A
Δh
B
h1
h2
WG ＝ mgh1－ mgh2＝ EP1－EP2 ＝－ΔEP
表达式：
重力做功与重力势能变化的关系：
重力做的功等于重力势能的减少量。
(1)物体下降，重力做正功，WG>0，则EP1>EP2 ,重力势能减少，重力势能减少的数量等于重力做的功。
(2)物体上升，重力做负功，WG<0，则EP1重力做功是重力势能变化的量度！
说明：
【例3】情景一：小明中午回到宿舍，在离地高为h1 = 0.4m的下铺脱鞋之后，爬上离地高为h2 = 1.8m的上铺睡觉。已知小明的质量m = 50kg，g = 10 m/s2。
请问：这个过程中，
（1）小明的重力做了多少功？
（2）小明的重力势能变化量多少？
解（1）重力做负功：WG = - mgΔh = -700 J
（2）ΔEp = mgh末 - mgh初 = mg (h末 - h初) = 700 J
情景二：小明午睡结束后，从离地高为h1 = 1.8m的上铺，爬到离地高为h2 = 0.4m的下铺穿鞋。已知小明的质量m = 50kg，g = 10 m/s2。
请问：这个过程中，
（1）小明的重力做了多少功？
（2）小明的重力势能变化量多少？
解（1）重力做正功：WG = mgΔh = 700 J
（2）ΔEp = mgh末 - mgh初 = mg (h末 - h初) = -700 J
分析：Ep＝mgh
G＝mg
m——
g——　　
h——
由于地球对物体的吸引而产生的
决定于物体　
决定于地球
反映了物体与地球间的相对位置关系
四、重力势能的系统性
想一想：重力势能跟重力做功密切相关， 如果没有了重力，物体还有重力势能吗？
没有！
提示：
严格地说，重力势能是地球与物体所组成的“系统”所共有的，平常所说的“物体”的重力势能，只是一种简化的说法。
当摩擦力对物体做功时，我们能不能定义有一个摩擦力势能存在呢 为什么
不行，摩擦力做功与路径有关。
高空抛物的危害，你知道吗？
一个约60克的鸡蛋从4楼抛下来就会让人起肿包，从8楼抛下就可以让人头皮破裂，从18楼抛下来就可以砸破行人的头骨，从25楼抛下可使人当场死亡;一个拇指大的小石块，在4楼抛下时可能伤人头皮，从25楼抛下，可能会让路人当场送命。
课堂小结
1、重力做功的特点：重力做功只与物体的初、末位置的高度差有关，与物体运动的路径无关
2、重力势能：EP=mgh
3、重力做功与重力势能变化的关系：重力做的功等于重力势能的减少量
4、重力势能的系统性