广西南宁地区2020-2021学年高一下学期物理人教版必修2课件：7.4重力势能46张PPT

重力势能
教学目标
认识重力做功与路径无关的特点
理解重力势能的概念，会用重力势能的定义式进行计算
理解重力做功与重力势能的变化的关系
知道重力势能具有相对性
知道重力势能是物体和地球系统所共有的
教学重点
教学难点
重力势能的概念及重力做功跟物体重力势能改变的关系
重力势能的系统性和相对性
山体滑坡是一种地质灾害
我们说它的危害很大
为什么？
雪崩是一种地质灾害
我们说它的危害很大
为什么？
快要被大风刮倒的树木斜歪在路上
你会从它底下过吗？
为什么？
摇摇欲坠的砖头墙
你从它旁边经过的时候什么感受？
万米高山上
凌空建造的房子
当你走进里面的时候
你有什么感受？
高速公路上
当你坐车经过摇摇欲坠的广告牌时
你会有什么感受？
当你在高空玻璃栈道上行走时
你会有什么感受？
当你经过一个高层放有花盆的楼房时，你会有什么感受？
为何在以上现象中，人会有害怕的感觉？
被举高的物体具有重力势能
当重物从高空落下时，重力势能转化为很大的动能，进而发生危险
理解并掌握重力做功的特点
掌握重力势能的定义及表达式
重力做功与重力势能
这一节，我们定量地研究重力势能
为此首先要确定重力势能的表达式
那么物体重力势能的影响因素有哪些呢？
重力势能
大花盆和小花盆都放在二层楼房上，你更害怕哪个花盆掉下来？
（哪一个重力势能大）
大花盆的重力势能大
处在同一高度处，物体质量越大，其重力势能就越大
重力势能大小的影响因素
两个相同小花盆一个放在二层，另一个放在五层，你更害怕哪层的花盆掉下来？（哪一个重力势能大）
?
处在五层的花盆的重力势能大?
同一物体，所处的位置越高，其重力势能就越大?
重力势能大小的影响因素
物体质量越大，所处的位置越高，其重力势能就越大
重力势能的表达式应该符合这些特征
另一方面，当物体的高度发生变化时，重力要做功
篮球进篮之后的过程
杠铃被举高的过程
物体下降时重力做正功
物体被举高时重力做负功
因此，认识重力势能不应脱离对重力做功的研究
重力做的功
设一个质量为m的物体，从高度是? ? 的位置，竖直向下运动到高度是? ? 的位置，如图所示，这个过程中重力做的功是
重力做的功
质量为m的物体仍然从上向下运动，高度由? ? ? ? ? ? ? ? ，但这次不是沿竖直方向，而是沿着倾斜的直线向下运动，如图所示
物体沿倾斜直线运动的距离是l，在
这一过程中重力做的功是
上面两种情况，尽管物体运动的路径不同
但高度的变化是一样的，而且重力做的功
也是一样的
重力做的功
假设这个物体沿任一路径由高度是? ? ?的起点A，运动到高度是? ? ?的终点B，如图所示
我们把整个路径分成许多很短的间隔
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
重力做的功
假设这个物体沿任一路径由高度是? ? 的起点A，运动到高度是? ? ?的终点B，
如图所示
则物体通过每段小斜线时重力做的功分别为
物体通过整个路径时重力做的功，等于重力
在每小段上所做的功的代数和，即
重力做的功
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
重力做功的大小等于物重跟起点高度的乘积? ? ? ? ?与物重跟
终点高度的乘积? ? ? ? ? 两者之差
重力做的功
重力势能的表达式
与重力做的功密切相关
它随着高度的增加而增加、随着质量的增加而增加
恰与势能的基本特征一致
叫做重力势能
定义：
地球上的物体具有的和它的高度有关的能量，叫做重力势能
符号：
大小：
所处位置的高度
物体的重力势能等于它所受重力与所处高度的乘积
单位：
焦耳，简称焦，符号J
注意：重力势能为标量
重力势能
如图，计算小球在位置1和位置2的重力势能（m=10kg，?
重力势能的表达式
在分析重力做的功的第二种情况中，假设所说“倾斜的直线”是个斜面，斜面是否光滑对计算“重力做的功”有影响吗？
没有影响，计算重力做的功时只需计算重力及竖直方向上的位移
重力势能表达式的反思
有了重力势能的表达式，那么重力做的功和重力势能的关系是什么？
理解重力势能
掌握重力做功与重力势能的关系
重力做功与重力势能的关系
重力势能的表达式
重力做的功（由位置1运动至位置2）
重力做的功与重力势能的关系
物体在末位置的重力势能
物体重力势能的变化
物体在初位置的重力势能
重力做功和重力势能的关系
当物体由高处运动到低处时
重力做正功
重力势能减少
重力势能减少的数量等于重力做的功
重力做功和重力势能的关系
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）
重力势能减少
重力势能增加的数量等于物体克服重力做的功 ?
重力做功和重力势能的关系
如果重力做的功与路径有关，即对应于同样地起点和终点，重力对同一物体所做的功，随物体运动路径的不同而不同，我们还能把mgh叫做物体的重力势能吗？为什么？
不能
因为重力做功对应着重力势能的改变。当重力功与路径有关时，则h不能与重力的位移相对应，不能称为重力势能。
重力做功和重力势能关系的反思
物体的高度h总是相对于某一水平面来说的
重力势能具有相对性
总是相对于某一水平面来说
也总是相对于某一水平面来说
高度取做0
参考平面
在参考平面，物体的重力势能取做0
①选择哪个水平面做参考平面，可视研究问题的方便而定?
重力势能的相对性
②通常选择地面为参考平面
如下图，物体AB质量相等，A位于二楼，B位于一楼
①选一楼为参考平面
②选二楼为参考平面
表示物体在这个位置
具有的重力势能要比
在参考平面上具有的
重力势能小
选择不同的参考平面，物体重力势能的数值是不同的
重力势能的相对性
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
重力势能的相对性
但是，不论选哪个平面为参考平面，物体AB重力势能的差值都是不变的
是有价值的
①选一楼为参考平面
②选二楼为参考平面
重力势能的相对性
如果把地球拿走，那么在地球上的物体还具有重力势能吗？
不具有重力势能
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。
倘若没有地球，就谈不上重力。
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
重力势能的系统性
如图，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？
问题与练习
如图，质量m=0.5kg的小球，从桌面以上高? ? =1.2m的A点下落到地面的B点，
桌面高? ? =0.8m。
（1）在表格的空白处按要求填入数据
（2）如果下落时有空气阻力，表格中的数据是否应该改变？
物体的重力势能与空气阻力无关，重力做功及重力势
能的变化也与空气阻力无关，故表中数据不变
所选择的
参考平面
小球在A点的
重力势能
小球在B点的
重力势能
整个下落过程中
小球重力做的功
整个下落过程中小
球重力势能的变化
桌面
地面
6J
10J
-4J
0
10J
10J
-10J
10J
问题与练习
物体运动时，重力对它做的功只跟它的? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 有关，
而跟物体? ? ? ? ? ? ? ? ? 无关
起点和终点的位置
运动的路径
物体的重力势能等于它? ? ? ? ? ? ? 与? ? ? ? ? ? ? 的乘积
所受重力
所处高度
重力做的功与重力势能的关系为
物体在末位置的重力势能
物体重力势能的变化
物体重力势能的变化
选择不同的参考平面，物体重力势能的数值是
不同的
势能是? ? ? ?所共有的
系统
总结
【分析】
【解答】
【点评】
例题
【分析】
【解答】
【点评】
例题
【分析】
【解答】
【点评】
例题
【分析】
【解答】
【点评】
例题