高一物理必修2第七章机械能守恒定律第4节重力势能课件(共40张PPT)

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名称 高一物理必修2第七章机械能守恒定律第4节重力势能课件(共40张PPT)
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文件大小 1.4MB
资源类型 教案
版本资源 人教版(新课程标准)
科目 物理
更新时间 2020-04-13 20:10:53

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文档简介

(共40张PPT)
高一物理必修2
第七章机械能守恒定律
第4节重力势能
包头市百灵庙中学
史殿斌
水电站为什么要修很高的大坝?
打桩机为什么要把重物举得高高的?
重力做的功
物体由于被举高而具有重力势能。物体的高度发生变化时,重力要做功:物 体被举高时,重力做负功;物体下降时,重力做正功。因此,认识重力势能,不能脱离对重力做功的研究。

1.设一个质量为m的物体,从高度是 h1的位置,竖直向下运动到高度是 h2的 位置,如图7.4-1,这个过程中重力做的功是
WG=mgh=mgh1-mgh2
2.再看另一种情况。质量为 m 的物体仍然从上向下运动,高度 由 h1 降为 h2,但这次不是沿竖直方向,而是沿着倾斜的直线向下运动,如图 7.4-2。 物体沿倾斜直线运动的距离是l,在这一过程中重力所做的功是
WG=mgcosθ·l=mgh=mgh1-mgh2
上面两种情况中,尽管物体运动的路径不同,但高度的变化是一样的,因而重力所做的功也是一样的。
3.假设这个物体沿任一路径由高度是 h1 的起点 A,运动到高度是 h2 的终点 B,如图7.4-3。 我们把整个路径分成许多很短的间隔 AA1,A1A2,A2A3 ,…由于每一段都很小,因而都可以近似地看做一段倾斜的直线。设每段小斜线的高度差分 别是 ?h1,?h2,?h3 ,… 则物体通过每段小斜线时重力所做的功分别为 mg?h1,mg?h2,mg?h3 ,… 物体通过整个路径时重力所做的功,等于重力在每小段上所做的功的代数和,即
WG=mg?h1+mg?h2+mg?h3+… =mg(?h1+?h2+?h3+ …) =mgh =mgh1-mgh2
4.重力对物体做的功只跟物体的起点和终点的位置有关,而跟物 体运动的路径无关,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=mgh1-mgh2
重力势能
1.mgh 这个物理量的特殊意义在于它一方面与重力所做的功密切相关,另一方 面它随着高度的变化而变化,恰与势能的基本特征一致。因此,我们把物理量 mgh 叫做物体 的重力势能,常用Ep表示,即 :

上式表明,物体的重力势能等于它所受重力与所处高 度的乘积。
Ep=mgh
2.与其他形式的能一样,重力势能也是标量,其单位与功的 单位相同,在国际单位制中都是焦耳,符号为 J。 1J=1kg·m·s-2m=1N·m
3.有了重力势能的表达式,重力做的功与重力势能的关 系可以写为:WG=Ep1-Ep2
其中 Ep1=mgh1表示物体在初位置的重力势能, Ep2=mgh2 表示物体在末位置的重力势能。
4.当物体由高处运动到低处时,重力做正功,重力势能 减少,也就是WG >0,Ep1>Ep2。 重力势能减少的数量等于 重力所做的功。

当物体由低处运动到高处时,重力做负功(物体克服重 力做功),重力势能增加,也就是WG< 0,Ep1< Ep2。重力势 能增加的数量等于物体克服重力所做的功。

重力势能的相对性
1.物体的高度 h 总是相对于某一水平 面来说的,实际上是把这个水平面的高度取做 0。因此,物体 的重力势能也总是相对于某一水平面来说的,这个水平面叫 做参考平面。在参考平面,物体的重力势能取做 0。
2.选择哪个水平面做参考平面,可视研究问题的方便而定。 通常选择地面为参考平面。
3.选择不同的参考平面,物体重力势能的数值是不同的, 但这并不影响问题的研究,因为在与重力势能相关的问题 中,有价值的是势能的差值,而选择不同的参考平面对这个 差值没有影响。
4.对选定的参考平面而言,上方物体的高度是正值,重力 势能也是正值;下方物体的高度是负值,重力势能也是负值。 负值的重力势能,表示物体在这个位置具有的重力势能比在 参考平面上具有的重力势能要小。
势能是系统所共有的
1.必须指出的是,重力势能跟重力做功密切相关,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。 所以,严格说来,重力 势能是地球与物体所组成的物体“系统”所共有的,而不是地球上的物体单独具有的。
2.除了重力势能,还有其他形式的势能。任何形式的势能,都是物体系统由于其中各物体之间,或物体内的各部分之间存在相互作用(力)而具有的能,是由各物体的相对位置决定的。
例题:如图所示,桌面距地面的高度为h1=0.8m,一物体质量为2kg,放在桌面上方h2=0.4m处的支架上,g=10m/s2。
(1)以桌面为参考平面,
物体由支架下落到地面过
程中重力势能减小多少?
重力做功是多少?
(2)以地面为参考平面,物体由支架下落到地面过程中重力势能减小多少?重力做功是多少?
(3)比较以上计算结果,说明什么问题?

解:(1)以桌面为参考平面
物体在支架上的重力势能为:
EP1=mgh2=2×10×0.4J=8J,
物体在地面上的重力势能为:
EP2=-mgh1=-2×10×0.8J=-16J
物体由支架下落到地面过程中,势能减少量△EP=EP1-EP2=8-(-16)J=24J。
重力做功总等于重力势能的减少量,即WG=△EP=24J


(2)以地面为参考平面
物体在支架上的重力势能为:EP1=mg(h1+h2)=24J
物体在地面上的重力势能为:EP2=mgh=0
物体由支架下落到地面过程中,势能减少量△EP=EP1-EP2=24J。
重力做功总等于重力势能的减少量,即WG=△EP=24J
(3)比较以上计算结果可知,重力势能大小和零势能点的选取有关,重力势能的变化等于克服重力做的功,与参考平面的选取无关。

课堂训练
1.关于重力势能,下列说法中正确的是( )
A.重力势能可取负值
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,其重力势能一定不变
D.只要重力做功,物体的重力势能一定变化

AD
2.关于重力势能,下列说法正确的是( )
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.重力势能是物体和地球所共有的
C.一个物体的重力势能从-5J变到-3J,重力势能变大了
D.重力对物体做正功,物体重力势能减少

BCD
3.下列说法中正确的是( )
A.在水平地面以上某高度的物体重力势能一定为正值
B.质量大的物体重力势能一定大
C.不同的物体中离地面最高的物体其重力势能最大
D.离地面有一定高度的物体其重力势能可能为零

D
4.跳水运动员从10m跳台上下落的过程中,重力做功和重力势能变化的情况( )
A.重力做正功,重力势能增大
B.重力做正功,重力势能减小
C.重力做负功,重力势能增大
D.重力做负功,重力势能减小

B
5.以一定的初速度竖直向上抛出一个质量为m的小球,小球上升的最大高度为h,则从抛出到落回到抛出点的过程中,重力对小球做的功为( )
A.0 B.-mgh
C.mgh D.2mgh

A
6.选定了参考平面之后,一个物体的重力势能是-50J,这里“-”的意义为( )
A.表示重力势能的方向向下
B.物体在该位置的重力势能比它在参考平面时的重力势能少50J
C.从参考平面移到该位置,重力对物体做功50J
D.从参考平面移到该位置,重力对物体做功-50J

BC
7.物体在运动过程中,克服重力做功为50J,则( )
A.重力做功为50J
B.物体的重力势能一定增加了50J
C.物体的动能一定减少50J
D.重力做了50J的负功

BD
8.如图所示,桌子放于水平地面上,桌面高为h2。一质量为m的小球处于桌面上方h1高处的a点。若以桌面为参考平面,重力加速度为g,小球从a点下落到地面上的c点,下列说法正确的是( )
A.小球在a点的重力
势能为mg(h1+h2)
B.小球在桌面b处的
重力势能为mgh2
C.小球从a点下落至
c点的过程中,重力势能减少mg(h1+h2)
D.小球从b点下落至c点的过程中,重力势能减少mgh2

CD
9.关于重力势能的以下说法,正确的是( )
A.一个物体在某一位置的重力势能是一个确定的值,与参考点的选择无关
B.一个物体从一个位置运动到另一个位置的过程中,重力势能的变化量与参考点的选择有关,选不同的参考点,重力势能的变化量不同
C.一个物体从一个位置运动到另一个位置的过程中,重力所做的功等于重力势能的减小量
D.用手把一个物体举高,手对物体所做的功等于物体重力势能的增加量

C
10.下列关于重力做功与重力势能变化的关系正确的是(  )
A.重力做功等于重力势能的增加量
B.重力做功等于重力势能的减少量
C.重力势能的变化量等于重力做的功
D.重力势能的变化量等于克服重力做的功


BD
11.如图所示,某物块分别沿三条不同的轨道由离地高h的A点滑到同一水平面上,轨道1、2是光滑的,轨道3是粗糙的,则( )
A.沿轨道1滑下
重力做功多
B.沿轨道2滑下
重力做功多
C.沿轨道3滑下
重力做功多
D.沿三条轨道滑下重力做的功一样多

D
12.在同一高度,把三个质量相同的小球A、 B、C分别以相等的速率竖直上抛、竖直下抛和水平抛出,它们都落到同一水平地面上。则三个球在运动过程中,重力对它们做的功分别为WA、WB、WC,重力的平均功率分别为PA、PB、PC。则它们的大小关系为 ( )
A.WA>WB=WC,PA>PB=PC
B.WA=WB=WC,PA=PB=PC
C.WA=WB=WC,PB>PC>PA
D.WA>WB>WC,PA>PB>PC

C
13.要将一个质量为m、边长为a的水平放置的匀质正立方体翻倒,克服重力做功为( )
A.mga
B.mga/2
C.( +1)mga/2
D.( -1)mga/2

D
14.一条长为L、质量为m的匀质轻绳平放在水平地面上,现在拿着绳子的一端竖直向上缓慢地把绳子提起来。设提起前半段绳子时人克服重力做的功为W1,全部提起来时人克服重力做的功为W2,则W1∶W2等于( )
A.1∶1 B.1∶2
C.1∶3 D.1∶4?

D
15.用绳子吊起质量为m的物体,使它以加速度a匀加速升高h,在此过程中,物体增加的重力势能为( )
A.mgh B.m(g+a)h
C.m(g-a)h D.mah?

A
16.质量为m的物体,沿倾角为α的光滑斜面由静止开始下滑,下滑ts重力势能减少量为( )
A.mg2t2sinα/2 B.mg2t2/2
C.mg2t2 D. mg2t2sin2α/2

D
17.长度为L的均匀链条,单位长度的质量为ρ,把链条放在光滑水平桌面上,且使其长度的L/4垂在桌边,如图所示。若在链条的另一端用水平力缓慢
地拉动链条,当把链条
全部拉到桌面上时,求
需要克服重力做多少功?
若从图示位置松手后让链条从静止开始沿桌面下滑,求从开始下滑到链条刚刚离开桌边的过程中重力所做的功。?
W1=-ρgL2/32
W2=15ρgL2/32
18.如图所示,质量为m的物体,放于水平面上,物体上竖直固定一长度为L、劲度系数为k的轻质弹簧。现用手拉住弹簧上端P缓慢向上提,使物体离开地面上升一段距离。在这一过程中,若P端上移的距离为H,则物体重力势能的
增加量为( )
A.mgH B.mgH-

C.mgH+ D.mgH-

B
19.如图所示,劲度系数为k1的轻质弹簧两端分别与质量为m1、m2的物块1、2拴接,劲度系数为k2的轻质弹簧上端与物块2拴接,下端压在桌面上(不拴接),整个系统处于平衡状态。现施力将物块1缓慢竖直上提,
直到下面那个弹簧的下端
刚脱离桌面。在此过程
中,物块2的重力势能
增加了 ,
物块1的重力势能增加
了 。

m2(m1+m2)g2/k2
m1(m1+m2)g2
20.从14m高处下落的水,如果水的重力势能30%用来使水的温度升高,水下落后温度升高多少?
(已知水的比热容c=4.2×103J/kg?0C,g=10m/s2。)



Δt=0.010C