课件42张PPT。7.4重力势能(1)水力发电站为什么要修很高的大坝?(2)打桩机的重锤为什么能把木桩打进水泥地里?(3)在你的头顶上方,用细绳悬挂一个7.5Kg的铅球,你的感觉有何不同?从能的角度来思考,以上事例说明什么问题?重力势能:物体由于被举高而具有的能量叫做重力势能。因此,认识这种势能,不能脱离对重力做功的研究。用自己的课本做如下试验 1、与高度有关
2、与质量有关 1)同一课本从不同高度下落到自己手上,感觉 ? ? ? 2)不同质量的课本从同一高度下落到自己手上,感觉 ? ? ?探究得到的结论:5一、影响重力势能的因素:结论:
物体的质量越大,
高度越高,
重力势能就越大。物体竖直下落WG=mgh
=mg(h1-h2)
=mgh1-mgh2 一.重力做功 质量为m的物体从离地面高h1的A处竖直向下运动到离地面高h2的B处,求重力做了多少功?物体沿斜线运动 从 A 到 BABhθLWG=mgLcos θ
=mgh
=mg(h1-h2)
=mgh1-mgh2思考:如果斜面是粗糙的,对重力做的功有没影响?AB……………………还记得极限法吗?物体沿曲线运动 从 A 到 BWG=mgh =mgh1-mgh2 质量为m的物体从A处沿不同路径运动到B处: 结论:重力做功只跟它的起点和终点的位置(高度差)有关,与物体运动的路径无关。课堂练习 1、一质量为5kg的小球从5m高处下落, 碰撞地面后弹起, 每次弹起的高度比下落高度低1m, 求:
(1)小球从下落到停在地面的过程中重力一共做了多少功?
(2)重力势能如何变化,变化多少?(g= 10m/s2) 重力做功只跟它的起点和终点的位置(高度差)有关,与物体运动的路径无关。表明:功的大小等于物重跟起点高度的乘积mgh1与物重跟终点高度的乘积mgh2两者之差。WG=mg△h =mgh1-mgh2 我们如何理解这句话 看起来,物体所受的重力 mg与它所处位置的高度h 的乘积“mgh”,是一个具有特殊意义的物理量。重力做功的特点1.定义:物体的重力势能等于它所受重力与所处位置高度的乘积。
2.单位:国际单位制中,焦耳(J)。 1J=1kg.m.s-2 .m=1N.m
3.重力势能是标量,状态量。
4.重力势能的变化量:
5.重力做功与重力势能的关系: Ep=mghΔEP=EP2-EP1WG=mgh1-mgh2 = Ep1 - Ep2WG>0,Ep减少, Ep2< Ep1; △Ep<0重力势能的变化数量等于重力做功的数量高处→低处:低处→高处:WG<0,Ep增加, Ep2> Ep1; △Ep>0重力做正功,重力势能减少,重力做负功,重力势能增加 2.一物体从A点沿粗糙面AB与光滑面AC分别滑到同一水平面上的B点与C点,则下列说法中正确的是:( )
A.沿AB面下滑时重力做功多
B.沿两个面下滑时重力做的功相同
C.沿AB面下滑时重力势能减少得多一些
D.沿两个面下滑时减少的重力势能相同BD说明:重力做功只与初末位置的高度有关,
与路径和其它力做功无关。高度具有相对性,所以重力势能也具有相对性2m算高吗?讨论:住在10楼处的人向外跳,却没有受伤,为什么?计算重力势能之前需要: 理解:1、参考平面的选取是任意的 . 3、在参考面上方:物体的高度是正值h>0,
重力势能也是正值EP>0;四、重力势能的相对性2、一般以地面或题目中的最低点所在平面作为参考平面。先选定参考平面(零势能面)注意:只有同一参考系,两重力势能的数值才能比较.
同一物体处在高处,势能大,如果h1
重力势能也是负值EP<0;势能是状态量、标量.+、–表示大小.比较:EP1=-2J;EP2=1J;
哪个重力势能大?思考:重力势能为零的物体就没有重力势能,对吗?比较:EP1=-5J;EP2=2J;EP3=0J;哪个重力势能大?因为 1>-2,
所以:EP1>EP2因为2>0>-5,所以:EP2>EP3>EP1 不对;重力势能的零值只是一个相对值。
地球上有质量的物体凭借其位置都具有重力势能。 重力势能跟重力做功相关,而重力是地球与物体之间的相互作用力。也就是说,倘若没有地球,就谈不上重力。 重力势能属于物体和地球组成的系统 .五.重力势能的系统性 注意:平常所说的“物体”的重力势能,只是一种习惯简化的说法。所以:重力势能是地球与物体所组成的这个 “系统”共有的,而不是地球上的物体单独具有的。3、质量0.5kg的小球,从桌面以上h1=1.2m的A点落到地面的B点,桌面高h2=0.8m.请填写下表.(g=10m/s2) 6J10J-4J010J10J-10J-10J 选取不同的参考平面,物体的重力势能的数值不同 对确定的过程,WG和△EP是过程量,与参考面的选择无关重力势能具有相对性,重力势能的变化量具有绝对性。 思考1:若重力做功与路径有关,还能把mgh叫做重力势能吗?思考2: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,势能只与质量和位置有关,与路径无关,而摩擦力做功与路径有关。所以不存在摩擦力势能 不能,做功过程是能量转化的过程,重力做功若与路径有关,不同路径,重力做功不同,再用mgh表示重力势能,则说明重力势能也与路径有关。与重力势能只与质量和位置有关的特点相矛盾。小 结一、重力做功的特点:重力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。
二、重力势能:
地球上的物体具有的与它高度有关的能量。
三、重力做功与重力势能变化的关系:
WG=mgh1-mgh2 =EP1 -EP2
重力做正功时,重力势能减少
重力做负功时,重力势能增加
四、重力势能是相对的 ,正负表示大小。
一般不加说明是以地面或题目中的最低点所在的平面作为参考平面。
五、势能是系统能。指系统所有的。 Ep=mghWG=mg△h =mgh1-mgh2 是标量,状态量。单位:J1、关于重力势能的几种理解,正确的是( )
A、重力势能等于零的物体,一定不会对别的物体做功
B、相对于不同的参考平面,物体具有不同数值的重力势能,但这并不影响研究有关重力势能的问题
C、在同一高度将物体以初速度V0向不同方向抛出,落地时减少的重力势能都相等
D、放在地面的物体,它的重力势能一定等于零 BCA、某个物体处于某个位置,重力势能的大小是唯一的。
B、重力势能为零的物体,不可能对别的物体做功
C、物体做匀速直线运动时,重力势能一定不变。
D、只要重力做功,重力势能一定变化。D注意:求重力势能的大小,应先确定参考面。只有确定参考面,重力势能大小才得以确定。2、关于重力势能,以下说法正确的是:( )3、运动员跳伞将经历加速下降和减速下降两个过程,将人和伞看出一个系统,在这两个过程中,下列说法正确的是:( )A、阻力对系统始终做负功。
B、系统受到合外力始终向下。
C、重力做功使系统的重力势能增加。
D、任意相等的时间内重力做的功相等。A4、要将一个质量为m、边长为α的匀质正立方体翻倒,推力对它做功最少为( )解析:立方体
原来重心:末位置的重心:重心升高了:D 例1:在光滑桌面上有一根均匀柔软质量为m、长为l 的绳,其绳长的1/4悬于桌面下,从绳子开始下滑至绳子刚好全部离开桌面的过程中,重力对绳子做的功为多少?绳子重力势能变化如何?(桌面离地高度大于l )铁链重心末位置:以桌面为零势能参考平面:
思考:不考虑空气阻力的情况下,
下列说法正确吗?2、物体受拉力作用向上匀速运动,拉力做的功是1J,但物体重力势能的增加量不是1J。3、物体受拉力作用向上运动,拉力做的功是1J,但物体重力势能的增加量可能不是1J。1、物体运动,重力做的功是 -1J,但物体重力势能的增加量不是1J。例2:起重机以5m/s2的加速度将质量为1t的物体匀减速地沿竖直方向提升高度10m,求:
(1)起重机钢索的拉力对物体做的功为多少?
(2)物体克服重力做功为多少?
(3)物体的重力势能变化了多少?mg-F=maF=mg-ma=5×103NWF=Fh=5×104JWG=-mgh=-1×104J△EP=-WG=1×104J例3、杆中点有一转轴O,两端分别固定质量为2m、m的小球a和b,当杆从水平位置转到竖直位置时,小球a和b构成的系统的重力势能如何变化?变化了多少?以杆初位置所在的水平面为零势能面:水平初位置:EPa=EPb=0; 系统:EP总=0竖直末位置:E'Pa=-2mgL; E'Pb=mgL
系统:E'P总= E'Pa+E'Pb =-2mgL+mgL=-mgL △E'P总= E'P总- EP总= -mgL系统重力势能减少。 例4:长为L的轻绳一端固定在天花板上,另一端系一质量为M的小球,把小球从如图位置由静止释放,求轻绳摆到竖直方向时,重力对小球做的功?例5:如图,质量为m的物体置于水平地面上,其上表面竖直立着一根轻弹簧,弹簧原长为L0,劲度系数为k,下端与物体相连接,现将弹簧上端缓缓竖直向上提起一段距离L,使物体离开地面,这时物体重力势能增加了多少? 6.一质量为m、边长为A的长方体物块与地面间的动摩擦因数为μ=0.1.为使它水平移动距离A,可以用将它翻倒或向前缓慢平推两种方法,则下列说法中正的是( )
A.将它翻倒比平推前进做功少
B.将它翻倒比平推前进做功多
C.两种情况做功一样多
D.两种情况做功多少无法比较
B解析:通过重心的变化求取重力势能的变化量,进而求得外力克服重力所做的功。所以:至少需做功:而缓慢平推需做功:讨论与交流:
某城市内部有两条河流,甲河水流落差最大的位置A海拔高度是1000米,最大落差为20米,乙河水流落差最大的位置B海拔高度为200米,最大落差为50米,问:
(1)位置A和位置B谁比较高?
(2)现在该城市要建造一座水电站,哪个位置更合适?课堂训练1、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过程中重力势能改变量( )
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 D1、用定滑轮从井中向上提水,已知一桶水的重量为200N,以地面为参考平面,
1)当水桶在井下5m 深处时,水的重力势能为多少?
2)将水桶提到离地面0.8m高处时,水的重力势能为多少?
3)在这个过程中,水的重力对水做的功为多少?练习3、一质量m=2kg的物体,沿光滑斜面滑
下位移s=2m,斜面倾角为θ=300。求:
物体下滑过程中,重力对物体所做的功?
以地面为参考平面,物体初始位置时的重
力势能是多少?
3)以斜面的顶点所在平面为参考平面,物体
末位置时的重力势能是多少?物体的重力
势能变化了多少?课堂练习
P13问题与练习1、 4、2
课外练习
P13 问题与练习 2、3
5.4 重力势能 问题与练习参考解答 1.证明:设斜面高度为h,对应于倾角为θ1、
Θ2、θ3的斜面长分别为l1、l2、l3。
由功的公式可知,在倾角为θ1的斜面,重力与位移的夹角为(π/2-θ1),重力所做的功为:
WG=mgl1cos(π/2-θ1)=mgl1sinθ1=mgh。
同理可证,在倾角为θ2、θ3的斜面上,重力所做的功都等于mgh,与斜面倾角无关。2.答:
(1)足球由位置1运动到位置2时,重力所做的功为-mgh,足球克服重力所做的功为mgh,足球的重力势能增加mgh。
(2)足球由位置2运动到位置3时,重力做的功为mgh,足球的重力势能减少了mgh。(3)足球由位置1运动到位置3时,重力做功为0,重力势能变化为0。4.答:
A正确。例如:物体在向上的拉力作用下,如果做匀加速直线运动,这时拉力的功大于重力势能的增加量。如果物体做匀减速直线运动,这时拉力的功小于重力势能的减少量。
B错误。物体匀速上升,拉力的大小等于重力,拉力的功一定等于重力势能的增加量。
C错误。根据WG=EP1-EP2可知,重力做-1J的功,重力势能的增加量为1J。
D错误。重力做功只与起点和终点的位置有关,与路径无关,A、B两点的位置不变,从A点到B点的过程中,无论经过什么路径,重力的功都是相同的。