資源簡介

(共31張PPT)
第四節(jié) 勢能及其改變
高中物理魯科版（2019）必修第二冊
教學課件
Teaching Courseware
20XX.XX.XX
第一章 功和機械能
PART.1
PART.2
PART.3
PART.4
素養(yǎng)目標
新課講解
新課導入
經(jīng)典例題
目錄
CONTENTS
PART.2
PART.4
課堂練習
課堂小結(jié)
素養(yǎng)目標
1.理解重力勢能的概念，會用重力勢能的定義式進行計算。
2.能推導并理解重力做功與路徑無關的特點。
3.過實驗探究重力勢能和彈性勢能與哪些因素有關。
新課導入
隕石劃過天空，放出耀眼的光芒， 在地上留下巨大的隕石坑，雪崩會以排山倒海之勢摧毀沿途一切，它們具有的這種能量有什么特點？
新課講解
New lesson explanation
新課講解
高處的物體能對外做功
具有能量
一、重力勢能
新課講解
一、重力勢能
1.定義：物體因為處于一定的高度而具有的能量稱為重力勢能。
2.表達式：
3.重力勢能是標量，只有大小，沒有方向，但有正負
4.單位：焦耳（J）
新課講解
探究：影響小球重力勢能大小的因素
準備兩個大小相同、質(zhì)量不同的光滑小球，在一盆中放入適量細沙。
在沙盆上方同一高度由靜止釋放兩小球，小球落入細沙時會出現(xiàn)什么現(xiàn)象 是否質(zhì)量大的小球陷得更深
讓同一個小球分別從不同的高度由靜止落下，又會出現(xiàn)什么現(xiàn)象 是否釋放位置越高小球陷得越深
對比以上兩種現(xiàn)象，你能得出什么結(jié)論
猜想與假設：質(zhì)量 高度
實驗方法：控制變量法
質(zhì)量一定，高度越高，重力勢能越大；高度一定，質(zhì)量越大，重力勢能越大
新課講解
不相同，因為高度不同
選擇一個水平面為參考面
h
h
h
B
h
h
h
A
5.系統(tǒng)性：重力勢能是地球與物體組成系統(tǒng)所共有的。
（1）質(zhì)量相同的兩個小球，它們的重力勢能相同么？
（2）如何準確的描述它們重力勢能的大小？
新課講解
（2）參考面上方的物體的重力勢能是正數(shù)，參考面下方的物體的重力勢能是負數(shù)。
6.重力勢能具有相對性：
（1）為了比較勢能的大小，應選同一個參考面，處在參考面的物體的重力勢能為0 ，這個面叫做零勢能面。
（3）零勢能面的選取是任意的。
h
h
h
A
EPA=2mgh
EPA= 0
EPA= -mgh
參考面
參考面
參考面
新課講解
二、重力做功與重力勢能改變的關系
A
Δh
B
h1
h2
質(zhì)量為 m 的小球從 A 位置運動到 B 位置
豎直向下
WG = mgΔh = mgh1－mgh2
θ
L
Δh
h1
h2
A
B
WG = mgLcos θ = mgΔh = mgh1－mgh2
沿傾斜直線向下
結(jié)論：物體運動時，重力對它做的功只跟它的起點和終點的位置有關，而跟物體運動路徑無關.
新課講解
重力勢能和重力做功的表達式非常相似，它們之間的關系是什么呢 ？
Δh
h2
h1
A
B
重力做的功等于重力勢能的減小量
WG ＝ mgΔh＝ mgh1－ mgh2
WG ＝ Ep 1－ Ep 2 ＝ -ΔEp
①物體由高處運動到低處時，重力做正功，物體重力勢能減少；重力勢能減少的數(shù)量等于重力做的功。
②物體由低處運動到高處時，重力做負功，物體重力勢能增加；重力勢能增加的數(shù)量等于物體克服重力做的功。
新課講解
三、彈性勢能
在射箭比賽中，運動員的手一松開，拉開的弓在恢復原狀的過程中就能把箭發(fā)射出去?？梢姲l(fā)生彈性形變的物體在恢復原狀的過程中能夠做功，說明它具有能量。
1.定義：物體因為發(fā)生彈性形變而具有的能量。
2.彈性勢能是標量，且只有正值。
3.單位：焦耳（J）
新課講解
探究：影響彈簧彈性勢能大小的因素
將圓珠筆里的彈簧取出，再用硬卡紙做個小紙帽，套在彈簧上，用力將小紙帽往下壓，使彈簧產(chǎn)生一定的彈性形變，然后迅速放開手，看看小紙帽能彈多高。
（1）用大小不同的力，使彈簧產(chǎn)生大小不同的彈性形變，看小紙帽彈起的高度有什么不同？
（2）換用不同勁度系數(shù)的彈簧，看小紙帽彈起的高度有什么不同？
對于同一根彈簧，伸長量L越長，彈性勢能越大.
伸長量L相同，勁度系數(shù)k越大，彈性勢能也越大.
結(jié)論：與彈簧的被拉伸或被壓縮的長度有關；與彈簧的勁度系數(shù)有關.
新課講解
A
B
h2
h1
重力勢能與物體的高度有關
彈性勢能與物體各部分之間的相對位置有關
彈性勢能和重力勢能一樣，都與物體間的相對位置有關：重力勢能與物體和地球的相對位置有關，彈性勢能與發(fā)生彈性形變的物體各部分的相對位置有關。
人們把這類由相對位置決定的能量稱為勢能 。勢能是存儲于一個物體系統(tǒng)內(nèi)的能量，不是物體單獨具有的，而是相互作用的物體所共有的。
新課講解
4.彈性勢能表達式
(1) x為彈簧的伸長量或壓縮量（可稱為形變量）， k為彈簧的勁度系數(shù)；
(2) 一般規(guī)定彈簧在原長時，彈簧的彈性勢能為零,故沒有負值；
(3) 彈形勢能具有相對性，一般相對彈簧原長時的彈性勢能；
(4) 彈形勢能具有系統(tǒng)性。
在彈性限度內(nèi)
經(jīng)典例題
Classic Example
經(jīng)典例題
1. 以下敘述中正確的是（ ）
A. 重力對物體做功越多，物體的重力勢能越少
B. 物體克服重力做功越多，物體的重力勢能越少
C. 重力對物體不做功，物體的重力勢能一定為零
D. 物體沒克服重力做功，物體的重力勢能不一定為零
D
經(jīng)典例題
2. 一舉重運動員將質(zhì)量為 160 g 的杠鈴從地面舉到了1.8 m的高度。取重力加速度 g＝10 m/s2。在此過程中，他對杠鈴做了多少功 杠鈴的重力勢能改變了多少
解：重力對杠鈴做功為：
WG＝－mgh＝－160×10×1.8J ＝－2880J，
由WG＝Ep1－Ep2得： Ep＝Ep2－Ep1＝－WG＝2880J
由于杠鈴的動能變化量為零，由動能定理知人對杠鈴做的功為2880J，杠鈴重力勢能增加了2880J。
經(jīng)典例題
3.質(zhì)量是50kg的人沿著長L=150m、傾角為30°的坡路從坡底跑到坡頂，重力對他所做的功是多少？他克服重力所做的功是多少？他的重力勢能增加了多少？（g取10m/s2）
30
他克服重力所做的功為3.75×104J
他的重力勢能增加了3.75×104J
解析：重力對他做的功為 WG =－ mgLsin30° =－3.75×104J
經(jīng)典例題
4. 如圖所示，水平桌面距地面 0.8 m，一質(zhì)量為 2 kg 的小球放在距桌面 0.4 m 的支架上。小球可視為質(zhì)點，取重力加速度 g＝10 m/s2。
設桌面距支架高度為h1，而h1＝0.4，設地面距桌面高度為加h2 ，h2＝0.8m。
(1) 以地面為零勢能參考平面，計算小球具有的重力勢能；若小球由支架落到桌面，重力勢能減小多少
(2)以桌面為零勢能參考平面，計算小球具有的重力勢能；若小球由支架落到桌面，重力勢能減小多少
經(jīng)典例題
解：（1）以地面為參考平面，物體距參考平面
的高度為h＝h1＋h2＝(0.4＋0.8)m＝1.2m，因而物體具有的重力勢能為Ep1＝mgh＝2×10×1.2J＝24J
物體落至地面時，物體的重力勢能為Ep2在此過程中，物體的重力勢能減少量為 Ep＝Ep1－Ep2＝24J－0＝24J。
（2）以桌面為參考平面，物體距參考平面的高度為h2＝0.4m，
因而物體具有的重力勢能為 Ep1′＝mgh1＝2×10×0.4J＝8J。
物體落至地面時，物體的重力勢能為：Ep2′＝mgh2＝2×10×(－ 0.8)J＝ 16J，
因此物體在此過程中的重力勢能減少量為 Ep＝Ep1－Ep2＝8J－(－16)J＝24J。
課堂練習
Classroom Practice
課堂練習
A.物體的位置一旦確定，它的重力勢能大小也隨之確定
B.物體與零勢能面的距離越大，它的重力勢能也越大
C.一個物體重力勢能從-5J變化到-3J，重力勢能變小了
D.重力勢能減小時，重力對物體做正功
1.關于重力勢能的幾種理解，正確的是 ( )
D
A.重力對物體做正功時，物體的重力勢能一定減小
B.物體克服重力做功時，物體的重力勢能一定增加
C.重力勢能是矢量，在地球表面以上為正，在地球表面以下為負
D.重力做功的多少與重力勢能的變化都與參考平面的選取無關
2.關于重力做功和重力勢能的說法，下列說法不正確的是 ( )
C
課堂練習
3. 下列關于重力勢能的說法，正確的是 ( )
A. 重力勢能的變化，只跟物體所處的初末位置有關，與物體實際經(jīng)過的路徑無關
B. 重力勢能的變化，只跟重力做功有關，和其他力做功多少無關
C. 重力勢能是矢量，當重力對物體做正功時，物體的重力勢能減少
D. 重力勢能是物體和地球共有的，而不是物體單獨具有的
ABD
課堂練習
課堂練習
4．如圖所示，靜止的小球沿不同的軌道由同一位置滑到水平桌面上，軌道高度為h，桌面距地面高為H，物體質(zhì)量為m，則以下說法正確的是(　　)
A．小球沿豎直軌道下滑到桌面上的過程，重力做功最少
B．小球沿曲線軌道下滑到桌面上的過程，重力做功最多
C．以桌面為參考面，小球的重力勢能的減少量為mgh
D．以地面為參考面，小球的重力勢能的減少量為mg(H＋h)
C
課堂練習
5.某游客帶著孩子游泰山時,不小心將手中質(zhì)量為的皮球滑落,球從山上的位置A滾到了山腳下的位置高度標記如圖所示,則下列說法正確的是(重力加速度為) (　　)

D
A.從的曲線長度不知道,無法求出此過程重力做的功
B.從過程中阻力大小不知道,無法求出此過程重力做的功
C.從重力做功
D.從重力做功
課堂小結(jié)
Class Summary
課堂小結(jié)
一、重力勢能：地球上的物體具有的與它高度有關的能量
表達式：
二、重力做功與重力勢能變化的關系
重力做正功，重力勢能減少
重力做負功，重力勢能增加
三、重力做功的特點：
與路徑無關，只與初末位置的高度差有關
四、彈性勢能
五、勢能的系統(tǒng)性
感謝觀看
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