1.4势能及其改变（教学课件）(共31张PPT)-2024-2025学年鲁科版（2019）高中物理必修第二册

(共31张PPT)
第四节 势能及其改变
高中物理鲁科版（2019）必修第二册
教学课件
Teaching Courseware
20XX.XX.XX
第一章 功和机械能
PART.1
PART.2
PART.3
PART.4
素养目标
新课讲解
新课导入
经典例题
目录
CONTENTS
PART.2
PART.4
课堂练习
课堂小结
素养目标
1.理解重力势能的概念，会用重力势能的定义式进行计算。
2.能推导并理解重力做功与路径无关的特点。
3.过实验探究重力势能和弹性势能与哪些因素有关。
新课导入
陨石划过天空，放出耀眼的光芒， 在地上留下巨大的陨石坑，雪崩会以排山倒海之势摧毁沿途一切，它们具有的这种能量有什么特点？
新课讲解
New lesson explanation
新课讲解
高处的物体能对外做功
具有能量
一、重力势能
新课讲解
一、重力势能
1.定义：物体因为处于一定的高度而具有的能量称为重力势能。
2.表达式：
3.重力势能是标量，只有大小，没有方向，但有正负
4.单位：焦耳（J）
新课讲解
探究：影响小球重力势能大小的因素
准备两个大小相同、质量不同的光滑小球，在一盆中放入适量细沙。
在沙盆上方同一高度由静止释放两小球，小球落入细沙时会出现什么现象 是否质量大的小球陷得更深
让同一个小球分别从不同的高度由静止落下，又会出现什么现象 是否释放位置越高小球陷得越深
对比以上两种现象，你能得出什么结论
猜想与假设：质量 高度
实验方法：控制变量法
质量一定，高度越高，重力势能越大；高度一定，质量越大，重力势能越大
新课讲解
不相同，因为高度不同
选择一个水平面为参考面
h
h
h
B
h
h
h
A
5.系统性：重力势能是地球与物体组成系统所共有的。
（1）质量相同的两个小球，它们的重力势能相同么？
（2）如何准确的描述它们重力势能的大小？
新课讲解
（2）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。
6.重力势能具有相对性：
（1）为了比较势能的大小，应选同一个参考面，处在参考面的物体的重力势能为0 ，这个面叫做零势能面。
（3）零势能面的选取是任意的。
h
h
h
A
EPA=2mgh
EPA= 0
EPA= -mgh
参考面
参考面
参考面
新课讲解
二、重力做功与重力势能改变的关系
A
Δh
B
h1
h2
质量为 m 的小球从 A 位置运动到 B 位置
竖直向下
WG = mgΔh = mgh1－mgh2
θ
L
Δh
h1
h2
A
B
WG = mgLcos θ = mgΔh = mgh1－mgh2
沿倾斜直线向下
结论：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，而跟物体运动路径无关.
新课讲解
重力势能和重力做功的表达式非常相似，它们之间的关系是什么呢 ？
Δh
h2
h1
A
B
重力做的功等于重力势能的减小量
WG ＝ mgΔh＝ mgh1－ mgh2
WG ＝ Ep 1－ Ep 2 ＝ -ΔEp
①物体由高处运动到低处时，重力做正功，物体重力势能减少；重力势能减少的数量等于重力做的功。
②物体由低处运动到高处时，重力做负功，物体重力势能增加；重力势能增加的数量等于物体克服重力做的功。
新课讲解
三、弹性势能
在射箭比赛中，运动员的手一松开，拉开的弓在恢复原状的过程中就能把箭发射出去。可见发生弹性形变的物体在恢复原状的过程中能够做功，说明它具有能量。
1.定义：物体因为发生弹性形变而具有的能量。
2.弹性势能是标量，且只有正值。
3.单位：焦耳（J）
新课讲解
探究：影响弹簧弹性势能大小的因素
将圆珠笔里的弹簧取出，再用硬卡纸做个小纸帽，套在弹簧上，用力将小纸帽往下压，使弹簧产生一定的弹性形变，然后迅速放开手，看看小纸帽能弹多高。
（1）用大小不同的力，使弹簧产生大小不同的弹性形变，看小纸帽弹起的高度有什么不同？
（2）换用不同劲度系数的弹簧，看小纸帽弹起的高度有什么不同？
对于同一根弹簧，伸长量L越长，弹性势能越大.
伸长量L相同，劲度系数k越大，弹性势能也越大.
结论：与弹簧的被拉伸或被压缩的长度有关；与弹簧的劲度系数有关.
新课讲解
A
B
h2
h1
重力势能与物体的高度有关
弹性势能与物体各部分之间的相对位置有关
弹性势能和重力势能一样，都与物体间的相对位置有关：重力势能与物体和地球的相对位置有关，弹性势能与发生弹性形变的物体各部分的相对位置有关。
人们把这类由相对位置决定的能量称为势能 。势能是存储于一个物体系统内的能量，不是物体单独具有的，而是相互作用的物体所共有的。
新课讲解
4.弹性势能表达式
(1) x为弹簧的伸长量或压缩量（可称为形变量）， k为弹簧的劲度系数；
(2) 一般规定弹簧在原长时，弹簧的弹性势能为零,故没有负值；
(3) 弹形势能具有相对性，一般相对弹簧原长时的弹性势能；
(4) 弹形势能具有系统性。
在弹性限度内
经典例题
Classic Example
经典例题
1. 以下叙述中正确的是（ ）
A. 重力对物体做功越多，物体的重力势能越少
B. 物体克服重力做功越多，物体的重力势能越少
C. 重力对物体不做功，物体的重力势能一定为零
D. 物体没克服重力做功，物体的重力势能不一定为零
D
经典例题
2. 一举重运动员将质量为 160 g 的杠铃从地面举到了1.8 m的高度。取重力加速度 g＝10 m/s2。在此过程中，他对杠铃做了多少功 杠铃的重力势能改变了多少
解：重力对杠铃做功为：
WG＝－mgh＝－160×10×1.8J ＝－2880J，
由WG＝Ep1－Ep2得： Ep＝Ep2－Ep1＝－WG＝2880J
由于杠铃的动能变化量为零，由动能定理知人对杠铃做的功为2880J，杠铃重力势能增加了2880J。
经典例题
3.质量是50kg的人沿着长L=150m、倾角为30°的坡路从坡底跑到坡顶，重力对他所做的功是多少？他克服重力所做的功是多少？他的重力势能增加了多少？（g取10m/s2）
30
他克服重力所做的功为3.75×104J
他的重力势能增加了3.75×104J
解析：重力对他做的功为 WG =－ mgLsin30° =－3.75×104J
经典例题
4. 如图所示，水平桌面距地面 0.8 m，一质量为 2 kg 的小球放在距桌面 0.4 m 的支架上。小球可视为质点，取重力加速度 g＝10 m/s2。
设桌面距支架高度为h1，而h1＝0.4，设地面距桌面高度为加h2 ，h2＝0.8m。
(1) 以地面为零势能参考平面，计算小球具有的重力势能；若小球由支架落到桌面，重力势能减小多少
(2)以桌面为零势能参考平面，计算小球具有的重力势能；若小球由支架落到桌面，重力势能减小多少
经典例题
解：（1）以地面为参考平面，物体距参考平面
的高度为h＝h1＋h2＝(0.4＋0.8)m＝1.2m，因而物体具有的重力势能为Ep1＝mgh＝2×10×1.2J＝24J
物体落至地面时，物体的重力势能为Ep2在此过程中，物体的重力势能减少量为 Ep＝Ep1－Ep2＝24J－0＝24J。
（2）以桌面为参考平面，物体距参考平面的高度为h2＝0.4m，
因而物体具有的重力势能为 Ep1′＝mgh1＝2×10×0.4J＝8J。
物体落至地面时，物体的重力势能为：Ep2′＝mgh2＝2×10×(－ 0.8)J＝ 16J，
因此物体在此过程中的重力势能减少量为 Ep＝Ep1－Ep2＝8J－(－16)J＝24J。
课堂练习
Classroom Practice
课堂练习
A.物体的位置一旦确定，它的重力势能大小也随之确定
B.物体与零势能面的距离越大，它的重力势能也越大
C.一个物体重力势能从-5J变化到-3J，重力势能变小了
D.重力势能减小时，重力对物体做正功
1.关于重力势能的几种理解，正确的是 ( )
D
A.重力对物体做正功时，物体的重力势能一定减小
B.物体克服重力做功时，物体的重力势能一定增加
C.重力势能是矢量，在地球表面以上为正，在地球表面以下为负
D.重力做功的多少与重力势能的变化都与参考平面的选取无关
2.关于重力做功和重力势能的说法，下列说法不正确的是 ( )
C
课堂练习
3. 下列关于重力势能的说法，正确的是 ( )
A. 重力势能的变化，只跟物体所处的初末位置有关，与物体实际经过的路径无关
B. 重力势能的变化，只跟重力做功有关，和其他力做功多少无关
C. 重力势能是矢量，当重力对物体做正功时，物体的重力势能减少
D. 重力势能是物体和地球共有的，而不是物体单独具有的
ABD
课堂练习
课堂练习
4．如图所示，静止的小球沿不同的轨道由同一位置滑到水平桌面上，轨道高度为h，桌面距地面高为H，物体质量为m，则以下说法正确的是(　　)
A．小球沿竖直轨道下滑到桌面上的过程，重力做功最少
B．小球沿曲线轨道下滑到桌面上的过程，重力做功最多
C．以桌面为参考面，小球的重力势能的减少量为mgh
D．以地面为参考面，小球的重力势能的减少量为mg(H＋h)
C
课堂练习
5.某游客带着孩子游泰山时,不小心将手中质量为的皮球滑落,球从山上的位置A滚到了山脚下的位置高度标记如图所示,则下列说法正确的是(重力加速度为) (　　)

D
A.从的曲线长度不知道,无法求出此过程重力做的功
B.从过程中阻力大小不知道,无法求出此过程重力做的功
C.从重力做功
D.从重力做功
课堂小结
Class Summary
课堂小结
一、重力势能：地球上的物体具有的与它高度有关的能量
表达式：
二、重力做功与重力势能变化的关系
重力做正功，重力势能减少
重力做负功，重力势能增加
三、重力做功的特点：
与路径无关，只与初末位置的高度差有关
四、弹性势能
五、势能的系统性
感谢观看
THANK YOU