（新教材）鲁教版物理课件必修二1.4（物理）:89张PPT

课件89张PPT。第4节　势能及其改变一、重力势能?1.含义:把物体因为处于一定的_____而具有的能量称
为重力势能。
2.公式:Ep=____。
3.单位:_____,符号__。
4.标矢性:重力势能是_____,但有_____之分。高度mgh焦耳J标量正负5.相对性:
(1)零势能参考平面:
把高度规定为零的水平面。任何物体在该平面上的重
力势能_____。参考平面的选取是任意的,通常情况下
选取_____为参考平面。为零地面(2)相对性:
物体的重力势能是相对的,它是相对于_______________
而言的。物体的重力势能可以取正、零、负值,其正负
不表示方向,只表示物体位于零势能参考平面的_____或
_____。零势能参考平面上方下方二、重力做功与重力势能改变的关系1.重力做功的特点:重力做功与_____无关,只与初、末
位置的高度差有关;重力做功总是对应于物体重力势能
的变化,两者的大小_____,并且与是否存在其他作用力
及其他力_________无关。路径相等是否做功2.两者间的关系:重力对物体做多少功,物体的重力势
能就_____多少;物体克服重力做多少功,物体的重力势
能就_____多少。
3.关系式:WG=______= _____。
减少增加Ep1-Ep2-ΔEp三、弹性势能及其改变
1.弹性势能:物体因为发生_________而具有的能量。
2.影响弹性势能的因素:(1)_________的大小。
(2)_________的大小。弹性形变弹性形变劲度系数3.弹性势能的改变:物体弹性势能的改变总是与_____
_____相对应,即弹力对外做了多少功,弹性势能就_____
多少。反之,克服弹力做了多少功,弹性势能就_____多
少。
4.势能:由_________决定的能,包括_________和_____
_____。弹力做功减少增加相对位置重力势能弹性势能5.下列关于弹性势能的说法正确的是_______
(1)弹性势能与物体的形变量有关。
(2)除了弹力做功之外,其他力做功不影响弹性势能。
(3)弹力做正功,弹性势能就增大;弹力做负功,弹性势能就减小。(1)(2)一　科学探究:影响重力势能大小的因素
1.实验目的:探究影响重力势能大小的因素。2.设计思路:
(1)实验方法:控制变量法。
①让两质量不同的小球,从同一高度落入盆中的细沙。
②让同一小球,从不同高度落入盆中的细沙。
(2)实验观察。
观察小球陷入细沙的深度。3.数据处理:
(1)两质量不同的小球,从同一高度落下,质量大的小球陷入细沙的深度大。
(2)同一小球,从不同高度落下,高度越高的小球陷入细沙的深度越大。4.实验结论:重力势能的大小与物体的质量和所处的高度有关,物体的质量越大,所处的高度越高,重力势能就越大。
【思考·讨论】
如图所示,三峡大坝横跨2 309 m,坝高185 m,其1 820万千瓦的装机容量为世界第一,847亿千瓦时的年发电量居世界第二。想一想三峡大坝为何修建得那么高? (物理观念)提示:三峡大坝的一个重要功能是利用水能发电,之所以将其修建得很高,是为了提高大坝的上下水位落差,以便于使更多的重力势能转化为电能。【典例示范】如图所示，当质量为m的物体分别处于A、B和C点时，它的重力势能是多大①？物体在A点与B点，B点与C点，A点与C点的势能差各是多少②？设A点离地面高度为h，B点在地面上，C点在地面下深a的地方③。 【审题关键】【解析】若选取地面为参考平面,物体在A、B、C三点的重力势能分别为EpA=mgh,EpB=0,EpC=-mga
各点间的势能差分别为
EpA-EpB=mgh,EpB-EpC=mag,EpA-EpC=mg(h+a)。
若选取C点所在平面为参考平面,则
EpA′=mg(h+a),EpB′=mga,EpC′=0
各点间的势能差分别为EpA′-EpB′=mgh,EpB′-EpC′=mga,EpA′-EpC′
=mg(h+a)。
若选A点所在平面为参考平面,则
EpA″=0,EpB″=-mgh,EpC″=-mg(h+a)
各点间的势能差分别为
EpA″-EpB″=mgh,EpB″-EpC″=mga,
EpA″-EpC″=mg(h+a)。
答案:见解析
【规律方法】重力势能的三种求解方法
(1)根据重力势能的定义求解:选取零势能参考平面,由Ep=mgh可求质量为m的物体在离零势能参考平面h高度处的重力势能。(2)由重力做功与重力势能变化的关系求解:
由WG=Ep1-Ep2知Ep2=Ep1-WG或Ep1=WG+Ep2。
(3)由等效法求重力势能:重力势能的变化与运动过程无关,只与初、末位置有关。ΔEp=mg·Δh=Ep2-Ep1。【素养训练】
1.下列关于重力势能的说法正确的是 (　　)
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.物体与零势能面的距离越大,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,重力势能增
加了
D.在地面上的物体具有的重力势能一定等于零【解析】选C。物体的重力势能与参考平面有关,同一物体在同一位置相对不同的参考平面的重力势能不同,A错误;物体在零势能面以上,距零势能面的距离越大,重力势能越大,物体在零势能面以下,距零势能面的距离越大,重力势能越小,B错误;重力势能中的正、负号表示大小,-5 J的重力势能小于-3 J的重力势能,C正确;只有选地面为零势能面时,地面上的物体的重力势能才为零,否则不为零,D错误。2.如图所示,桌面距地面的高度为0.8 m,一物体质量为2 kg,放在桌面上方0.4 m处的支架上,则 (1)以桌面为零势能参考平面,计算物体具有的重力势能,并计算物体由支架下落到地面过程中重力势能减少多少。
(2)以地面为零势能参考平面,计算物体具有的重力势能,并计算物体由支架下落到地面过程中重力势能减少多少。
(3)以上计算结果说明什么?【解析】(1)以桌面为零势能参考平面,物体距离零势能参考平面的高度h1=0.4 m,
因而物体具有的重力势能Ep1=mgh1=2×9.8×0.4 J =7.84 J。
物体落至地面时,物体的重力势能
Ep2=mgh2=2×9.8×(-0.8) J=-15.68 J。因此物体在此过程中重力势能减少量
ΔEp=Ep1-Ep2=7.84 J-(-15.68) J=23.52 J。
(2)以地面为零势能参考平面,物体距离零势能参考平面的高度
h1′=(0.4+0.8) m=1.2 m。
因而物体具有的重力势能Ep1′=mgh1′=2×9.8×
1.2 J=23.52 J。
物体落至地面时重力势能Ep2′=0。
在此过程中物体重力势能减少量ΔEp′=Ep1′-Ep2′=23.52 J-0 J=23.52 J。(3)通过上面的计算可知,重力势能是相对的,它的大小与零势能参考平面的选取有关,而重力势能的变化是绝对的,它与零势能参考平面的选取无关,其变化值与重力对物体做功的多少有关。
答案:(1)7.84 J　23.52 J　(2)23.52 J　23.52 J
(3)见解析【补偿训练】
1.(多选)下列关于重力势能的说法,正确的是(　　)
A.重力势能只跟物体所处的位置有关
B.重力势能的变化,只与重力做功有关,与其他力做功
多少无关
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.重力势能的变化量等于重力对物体做的功【解析】选A、B。重力势能是与位置有关的能量,重力
势能的变化只跟重力做功有关,跟物体受不受其他力、
其他力做不做功以及物体的运动状态都没有关系,而且
它是标量,但有正负,正值表明物体处在参考平面上方,
负值表明物体处在参考平面下方。重力势能的变化量
等于重力对物体做功的负值,也就是说,重力做正功,重力势能减少,减少量等于重力所做的功;重力做负功,重力势能增加,增加量等于克服重力所做的功。故A、B正确,C、D错误。
2.质量为m的小球,从离桌面H高处由静止下落,桌面离地面的高度为h,如图所示。若以桌面为参考平面,则小球落地时的重力势能及整个过程中重力势能的变化量分别是 (　　)A.mgh,减少mg(H-h)　　　 B.mgh,增加mg(H+h)
C.-mgh,增加mg(H-h) D.-mgh,减少mg(H+h)
【解析】选D。重力势能的大小与参考平面的选取有关,小球落地时,在参考平面以下,其重力势能为负值,即Ep=-mgh。小球下落过程中,重力做功为mg(H+h),所以重力势能减少mg(H+h)。则D正确,A、B、C错误。二　重力做功与重力势能改变的关系
1.重力做功:
(1)特点:重力对物体所做的功只与物体的初、末位置有关,与物体的运动路径无关,与物体是否受其他力无关,与物体的运动状态无关。
(2)公式:W=mg(h1-h2),(h1-h2)表示高度差。2.重力做功与重力势能的比较:3.重力做功与重力势能的变化:
(1)物体重力势能的变化只由重力所做的功决定。
(2)关系式为WG=Ep1-Ep2=-ΔEp,即重力做的功等于重力势能的减少量。【思考·讨论】
情境:如图所示,某滑雪爱好者由高处沿雪坡匀速疾驰而下。讨论:
(1)下滑过程中,重力做什么功?重力势能怎么变化? (物理观念)
(2)滑雪爱好者从高处A点出发,沿不同的路径到达坡底同一点B,此过程重力做功相等吗?重力做功有什么特点?(科学思维)提示:(1)重力做正功,重力势能减少。
(2)相等;重力做功与路径无关,只取决于初末位置的高度差。【典例示范】
起重机以 的加速度将质量为m的物体匀减速地沿竖直
方向提升高度h,则起重机钢索的拉力对物体做的功为
多少?物体克服重力做功为多少?物体的重力势能变化
了多少? 【解题探究】
(1)除重力以外还有其他力做功吗?
提示:有,若只有重力作用,则加速度是g。
(2)其他力做功影响重力做功吗?
提示:不影响,重力做功只与物体的重力和初、末位置的高度差有关。【解析】由题意可知起重机的加速度a= ,物体上升高度为h,根据牛顿第二定律得mg-F=ma,所以F=mg-ma =mg-m× g= mg,
方向竖直向上。所以拉力做功WF=Fhcos 0°= mgh
重力做功WG=mghcos 180°=-mgh
即物体克服重力做功为mgh又因为WG=Ep1-Ep2=-mgh
WG<0,Ep1即物体的重力势能增加了mgh。
答案: mgh　mgh　增加了mgh
【规律方法】重力势能变化的两种求解方法
(1)应用重力势能变化公式ΔEp=Ep2-Ep1来求。具体方法是首先选取零势能参考平面,然后应用Ep=mgh求出物体在初、末位置的重力势能,再代入公式ΔEp=Ep2-Ep1求出重力势能变化量。(2)应用重力势能变化与重力做功的关系来求。先根据条件确定初、末位置的高度差Δh,代入WG=mgΔh求出重力做的功,再利用关系式WG=-ΔEp确定出重力势能的变化量。【素养训练】
1.如图所示,质量为60 kg的某运动员在做俯卧撑运动,
运动过程中可将她的身体视为一根直棒。已知重心在c
点,其垂线与脚、两手连线间的距离Oa、Ob分别为
0.9 m和0.6 m。若她在1 min内做了30个俯卧撑,每次
肩部上升的距离均为0.4 m,则她在1 min内克服重力做
的功和相应的功率约为 (　　)A.430 J,7 W　　　 B.4 300 J,70 W
C.720 J,12 W D.7 200 J,120 W【解析】选B。设每次俯卧撑中,运动员重心变化的高
度为h,由几何关系可得, ,即h=0.24 m。
一次俯卧撑中,克服重力做功W=mgh=60×9.8×0.24 J
=141.12 J,所以1 min内克服重力做的总功为W总=nW=
4 233.6 J,功率P= =70.56 W,则B正确,A、C、D错误。2.如图所示,质量为m的足球在地面1的位置被踢出后落到地面3的位置,在空中达到的最高点2的高度为h。 (1)足球由位置1运动到位置2时,重力做了多少功?足球克服重力做了多少功?足球的重力势能增加了多少?
(2)足球由位置2运动到位置3时,重力做了多少功?足球的重力势能减少了多少?
(3)足球由位置1运动到位置3时,重力做了多少功?足球的重力势能变化了多少?【解析】(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了mgh。
(2)足球由位置2运动到位置3时,重力所做的功为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,重力做功为零,重力势能的变化为零。
答案:见解析
【补偿训练】
　　1.大型拱桥的拱高为h,弧长为L,如图所示,质量为m的汽车在以不变的速率v由A点运动到B点的过程中,以下说法正确的是 (　　)A.由A到B的过程中,汽车的重力势能始终不变,重力始终不做功
B.汽车的重力势能先减小后增加,总的变化量为0,重力先做负功,后做正功,总功为零
C.汽车的重力势能先增大后减小,总的变化量为0,重力先做正功,后做负功,总功为零
D.汽车的重力势能先增大后减小,总的变化量为0,重力先做负功,后做正功,总功为零【解析】选D。前半阶段,汽车向高处运动,重力势能增加,重力做负功;后半阶段,汽车向低处运动,重力势能减小,重力做正功,故D正确,A、B、C错误。2.质量为m的物体,在距地面h高处以 g的加速度由静
止竖直下落到地面。下列说法中正确的是 (　　)
A.物体的重力势能减少 mgh
B.物体的动能增加 mgh
C.物体的合外力做功 mgh
D.物体克服阻力做功 mgh【解析】选B。物体下落的加速度为 g,则物体受到的
合外力为 mg,所受空气阻力为 mg,在下落过程中重
力做功mgh,重力势能减少mgh,选项A错误;根据动能定
理,合外力做功 mgh,动能增加了 mgh,选项B正确、
C错误;克服阻力做功 mgh,选项D错误。三　弹性势能的影响因素
1.弹性势能的产生及影响因素:2.弹性势能变化与弹力做功的关系:
如图所示,O为弹簧的原长处。(1)弹力做负功:如物体由O向A运动(压缩)或由O向A′
运动(伸长)时,弹性势能增大,其他形式的能转化为弹
性势能。
(2)弹力做正功:如物体由A向O运动或者由A′向O运动
时,弹性势能减小,弹性势能转化为其他形式的能。
(3)弹力做功与弹性势能变化的关系:弹性势能的变化
量总等于弹力对外做功的负值,表达式为-ΔEp=W弹。【思考·讨论】
弹弓是一种兵器,也是一种儿童玩具。它是由两根橡皮筋和一个木叉制成的。如图所示,拉伸橡皮筋,可以把“子弹”射出去。拉伸的橡皮筋为什么可以把“子弹”射出去? (科学思维)提示:拉伸的橡皮筋具有弹性势能,通过弹力做功将弹性势能转化为其他形式的能。【典例示范】
如图所示,在光滑水平面上有一物体,它的左端连一弹簧,弹簧的另一端固定在墙上,在力F的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小
B.弹簧的弹性势能逐渐增大
C.弹簧的弹性势能先增大后减小
D.弹簧的弹性势能先减小后增大【解析】选D。弹性势能的变化是由弹力做功引起的,弹力做正功,弹性势能减小;弹力做负功,弹性势能增大。在力F作用下物体处于静止状态时,弹簧处于压缩状态,撤去F后,在物体向右运动的过程中,弹簧的弹力对物体先做正功后做负功,故弹簧的弹性势能先减小后增大。则D正确,A、B、C错误。【误区警示】弹性势能理解时应注意的两个问题
(1)弹簧的弹性势能的大小由弹簧的劲度系数和形变量(拉伸或缩短的长度)共同决定,劲度系数越大,形变量越大,弹簧的弹性势能越大。
(2)弹性势能具有相对性,但其变化量具有绝对性,因此,在判断弹性势能的变化时不必考虑零势能的位置。【素养训练】
1.关于弹簧的弹性势能,下列说法中正确的是 (　　)
A.当弹簧变长时,它的弹性势能一定增大
B.当弹簧变短时,它的弹性势能一定变小
C.在拉伸长度相同时,劲度系数越大的弹簧,它的弹性势能越大
D.弹簧在拉伸时的弹性势能一定大于压缩时的弹性势能【解析】选C。弹簧长度变化时,弹力可能做负功,也可能做正功,弹性势能可能增加,也可能变小,因此选项A、B错误;对于不同弹簧拉伸相同长度时,劲度系数越大克服弹力做功越大,弹性势能越大,选项C正确;把一个弹簧拉伸和压缩相同长度时,克服弹力做功相同,则弹性势能相同,选项D错误。2.如图所示,一升降机机箱底部装有若干根弹簧。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影响,则升降机在从弹簧下端触地直到最低点的一段运动过程中 (　　)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.先是弹力做的负功大于重力做的正功,然后是弹力做的负功小于重力做的正功【解析】选C。从弹簧下端触地直到最低点的运动过程
中,弹簧的弹力不断变大。当弹力小于重力时,升降机
加速度方向向下,升降机做加速运动,由a= 可知,
加速度减小,重力做的功要大于弹力做的负功;当弹力
大于重力时,升降机加速度的方向向上,升降机做减速
运动,由a= 可知,加速度变大,重力做的功要小于
弹力做的负功。则C正确,A、B、D错误。【补偿训练】
1.如图所示,将一木球靠在轻质弹簧上,压缩后松手,弹簧将木球弹出。已知弹出过程弹簧做了40 J的功,周围阻力做了-10 J的功,此过程 (　　)A.弹簧弹性势能减小10 J　　
B.弹簧弹性势能增加40 J
C.木球动能减小10 J
D.木球动能增加30 J
【解析】选D。弹簧弹力做了40 J的功,弹性势能减少了40 J,选项A、B错误;合外力对木球做功为30 J,木球动能增加了30 J,选项C错误,选项D正确。2.一竖直放置的弹簧下端固定在水平地面上,一小球从
弹簧的正上方高h处自由下落到弹簧上端,如图所示,经
几次反弹后小球最终静止在弹簧上某一点A处,则(　　)A.h越大,小球静止时弹簧的压缩量越大
B.小球静止时弹簧的压缩量与h无关
C.h越大,小球最终静止时弹簧的弹性势能越大
D.小球第一次到达A点时弹簧的弹性势能比最终小球静止在A点时弹簧的弹性势能大
【解析】选B。小球最终静止在A点时,通过受力分析可
知小球所受重力与弹簧的弹力平衡,即mg=kx,故可得小
球静止时弹簧的压缩量为x= ,与h无关,选项A错误,B
正确;小球在A点时弹簧的形变量一定,则小球在A点时
弹簧的弹性势能恒定,与h无关,选项C、D错误。【拓展例题】考查内容:弹力做功与弹性势能
【典例】如图所示,质量为m的物体静止在地面上,物体上面连着一个轻弹簧,用手拉住弹簧上端上移H,将物体缓缓提高h,拉力F做功WF,不计弹簧的质量,则下列说法正确的是 (　　)A.重力做功-mgh,重力势能减少mgh
B.弹力做功-WF,弹性势能增加WF
C.重力势能增加mgh,弹性势能增加WF-mgh
D.重力势能增加mgh,弹性势能增加FH【解析】选C。克服重力做功mgh,重力势能增大mgh,根据动能定理可知,拉力做的功等于弹簧弹力做的功大小和重力做功大小之和,选项C正确,其他选项均错误。【课堂回眸】