資源簡介

(共50張PPT)
8.2重力勢能
第八章 機(jī)械能守恒定律
隕石劃過天空，放出耀眼的光芒，在地上留下巨大的隕石坑.
高空墜物的危害有多大？
高空中的物體為什么對地面上的物體具有危險(xiǎn)性？
有較大的能量（重力勢能）
這是因?yàn)槲矬w一旦處在一定高度時(shí)，就具有了一定的能量。而當(dāng)它從所處的高處落下時(shí)，這些能量就會以做功的方式釋放出來.
初中我們已經(jīng)定性地學(xué)習(xí)了重力勢能，物體的質(zhì)量越大、所處的位置越高，重力勢能就越大。
那么重力勢能的大小如何定量表示呢
本節(jié)課我們就來學(xué)習(xí)這個(gè)問題．
一、重力做的功
小球都是從A點(diǎn)落到B點(diǎn)，三個(gè)做功為多少？
設(shè)想你要從某座高樓的第17層下到第9層，你可以乘電梯下，也可以沿樓梯走下。兩種方式下樓，重力對你做功是否相等？
甲： WG=mgΔh=mgh1-mgh2
乙：WG=mglcosθ=mgΔh= mgh1-mgh2
丙：把整個(gè)路徑AB分成許多很短的間隔AA1、A1A2…每一小段都可以近似地看作一段傾斜的直線，設(shè)每段小斜線的高度差分別為Δh1、Δh2…物體通過整個(gè)路徑時(shí)重力做的功WG=mgΔh1+mgΔh2+…=mg（Δh1+Δh2+…）=mgΔh= mgh1-mgh2
結(jié)論：物體運(yùn)動時(shí)，重力對它做的功只跟它的起點(diǎn)和終點(diǎn)的位置（高度差）有關(guān)，而跟物體運(yùn)動的路徑無關(guān)。

物體運(yùn)動時(shí)，重力對它做的功只跟它的起點(diǎn)和終點(diǎn)的位置有關(guān)，與物體運(yùn)動的路徑無關(guān)。
只要起點(diǎn)和終點(diǎn)的位置不變，無論物體沿什么路徑運(yùn)動，重力所做的功都相同。
二、重力勢能
溫故知新：
重力勢能與什么因素有關(guān)系？
（1）高度越高，泡沫塑料板形變越大，勢能越大。
（2）質(zhì)量越大，泡沫塑料板形變越大，勢能越大。
重力勢能
1、公式：Ep=mgh(相對于零勢能面的高度）
2、單位：J 1J=1kg.m2.s-2=1 N.m
3、特征：標(biāo)量
重力做功與重力勢能有什么關(guān)系呢？
h
h1
h2
2
1
想一想：從位置1到位置2的過程中重力做功以及重力勢能的變化？
標(biāo)量，有正負(fù)之分，正負(fù)表示相對大小。
4.量性：
負(fù)值：位于參考平面以下，Ep＜0
正值：位于參考平面以上，Ep＞0
重力勢能的改變和重力做功之間有怎樣的關(guān)系呢？
1、由高處向低處運(yùn)動時(shí)：重力做正功，重力勢能的減少量等于重力所做的功WG＞0，EP1＞EP2
重力勢能減小
2、由低處向高處運(yùn)動時(shí)：重力做負(fù)功，重力勢能的增加量等于物體克服重力所做的功 WG＜0，EP1＜EP2
重力勢能增大
WG＝EP1－EP2 =-ΔEp

總結(jié)：（1）物體的高度下降時(shí)，重力做正功，重力勢能減少，重力勢能減少量等于重力所做的功.
（2）物體的高度增加時(shí)，重力做負(fù)功，重力勢能增加，重力勢能增加量等于重力所做的功.
（3）重力勢能的變化量只與重力做功有關(guān)，與其他力做功無關(guān).

三、重力勢能的相對性
例、如圖所示，桌面高為h，質(zhì)量為m的小球從離桌面高H處自由落下，不計(jì)空氣阻力，假設(shè)桌面處的重力勢能為0.則小球落到地面前瞬間的重力勢能為( )
A.Mgh B.mgH
C.mg(h+ H) D.-mgh
D
解析：據(jù)題意知已選定桌面為參考平面，則小球在最高點(diǎn)時(shí)的高度為H,小球在桌面的高度為0，小球在地面時(shí)的高度為-h,所以小球落到地面時(shí)，它的重力勢能為Ep=-mgh
若選擇地面為參考平面，則小球落到地面瞬間的重力勢能又為（ ）
A.mgh B.mgH
C.mg(h+ H) D.0
D
討論兩題中重力勢能的變化有何規(guī)律？
【問題】 質(zhì)量m=0.5 kg的小球，從桌面上方高h(yuǎn)1= 1.2 m的A點(diǎn)下落到地面上的B點(diǎn)，桌面離地面的高度h2 = 0.8 m。試完成下面的表格。 (g取10 m/s2)
所選擇的參考平面 小球在A點(diǎn)的重力勢能 小球在B點(diǎn)的重力勢能 整個(gè)下落過程中小球重力做的功 整個(gè)下落過程中小球重力勢能的變化量
桌面
地面
6 J
10 J
-4 J
0
10 J
10 J
減少10 J
減少10 J
重力勢能具有相對性，重力勢能的變化量具有絕對性。
總結(jié)：
1.選擇不同的參考平面，物體的重力勢能的數(shù)值是不同的,因而重力勢能具體相對性。
2.對選定的參考平面而言,在參考平面上方的物體，高度是正值,重力勢能也是正值,表示物體在該位置具有的重力勢能比在參考平面具有的重力勢能要大。在參考平面下方的物體,高度是負(fù)值，物體具有負(fù)的重力勢能，表示物體在該位置具有的重力勢能比在參考平面上具有的重力勢能要少。
3. 重力勢能的變化量具有絕對性，與參考平面的選取無關(guān)。
玩過嗎？
思考：
為什么人可以彈跳的那么高？
彈性勢能
四、彈性勢能
拉長或壓縮的彈簧、卷緊的發(fā)條、拉開的弓、正在擊球的網(wǎng)球拍、撐竿跳高運(yùn)動員手中彎曲的竿等等，這些物體都發(fā)生了彈性形變，每個(gè)物體的各部分之間都有彈力的相互作用。發(fā)生彈性形變的物體的各部分之間，由于有彈力的相互作用，也具有勢能，這種勢能叫作彈性勢能.
1. 定義：發(fā)生彈性形變的物體各部分之間由于彈力的相互作用而具有的勢能，這種勢能叫做彈性勢能。
說明：
①只要發(fā)生彈性形變的物體就具有彈性勢能。
思考：物體發(fā)生形變是否就具有彈性勢能？
彈性形變才具有彈性勢能
②發(fā)生形變的物體不一定具有彈性勢能。
2.彈簧彈性勢能的影響因素：
對于同一根彈簧，形變量越大，彈性勢能越大。
（2）與勁度系數(shù)有關(guān)：不同的彈簧發(fā)生同樣大小的形變，勁度系數(shù)越大，彈性勢能越大。
物體的彈性勢能跟哪些因素有關(guān)？
（1）與形變量的大小有關(guān)：
總結(jié)：彈性勢能與勁度系數(shù)和形變量有關(guān)。勁度系數(shù)越大，形變量越大，彈性勢能越大
類比思想
探究重力勢能的過程
重力勢能與m、h有關(guān)
重力勢能與重力做功有關(guān)
分析重力做功
重力勢能的表達(dá)式Ep=mgh
探究彈性勢能的思路
彈性勢能與哪些因素有關(guān)
明確彈力做功與彈性勢能的關(guān)系
分析彈力做功
彈性勢能的表達(dá)式
探究彈簧的彈性勢能的表達(dá)式
思考：求彈力做功能否直接用W=Flcos α？
不能，這是一個(gè)變力做功問題
F
l
問題：彈簧在拉力F的作用下緩慢移動了l (在彈性限度內(nèi)），求彈力做的功。
F=kl為變力
F拉
l
ΔL1
ΔL2
ΔL3
ΔL5
ΔL4
W拉＝F1ΔL1＋F2ΔL2＋F3ΔL3＋F4ΔL4＋F5ΔL5
F
如何把求變力做的功轉(zhuǎn)化為求恒力做的功？
把彈簧從A到B的過程分成很多小段
在各個(gè)小段上，彈力可近似認(rèn)為是不變的
Δl1、Δl2、Δl3…
F1、F2、F3 …
化變?yōu)楹?br/>微分思想
積分思想
怎樣求彈力做的功？
怎樣計(jì)算這個(gè)求和式？
勻速直線運(yùn)動的位移與速度關(guān)系
v
0
t
勻速直線運(yùn)動圍成面積代表位移
勻變速直線運(yùn)動的位移與速度關(guān)系
v0
v
0
t
t
v4
t1
t2
t3
t4
v3
v2
v1
v0
v
0
t
t
v0
v
0
t
t
v0
v
0
t
t
v0
v
0
t
t
F
0
思考：恒力F與位移l圍成面積代表什么含義？
l
S=Fl
面積代表功
F拉
l
F
0
l
l
Δl1
Δl2
Δl3
Δl5
Δl4
F2
F3
F4
F5
F1
F = kl
拉力所做的功等于圖線與橫軸所圍的面積
3.表達(dá)式：
l為彈簧的形變量
k為彈簧的勁度系數(shù)
l
4.性質(zhì)：
①相對性：彈簧處于原長時(shí)為零勢能點(diǎn)。
②系統(tǒng)性：彈性勢能是整個(gè)系統(tǒng)所具有的。
分析：小球以初速度v0沿光滑平面運(yùn)動，與固定彈簧接觸后壓縮彈簧,至最短處后又被反向彈回。
v0
v
（1）壓縮彈簧過程中：
F
（2）彈簧恢復(fù)原長過程中：
v
F
彈力做負(fù)功，彈性勢能增大。
彈力做正功，彈性勢能減小。
5. 彈簧的彈力做功與彈性勢能變化的關(guān)系：
重力做功
重力勢能的變化
重力做正功，重力勢能減小；重力做負(fù)功，重力勢能增加。
彈力做正功，彈性勢能減小；彈力做負(fù)功，彈性勢能增加。
彈性勢能的變化
彈力做功
回顧：
類比思想
WG=Ep1-Ep2=- ΔEp
W彈＝Ep1－Ep2＝ - ΔEp
W彈＝Ep1－Ep2＝ - ΔEp
彈力做的功
初態(tài)的彈性勢能
末態(tài)的彈性勢能
關(guān)系式：
關(guān)系：彈力做功是彈性勢能變化的量度。
彈力做了多少正功，彈性勢能就減少多少；
彈力做了多少負(fù)功，彈性勢能就增加多少。
重力勢能是由地球和地面上物體的相對位置決定的。
勢能也叫位能
與相互作用的物體的相對位置有關(guān)。
彈性勢能是由發(fā)生彈性形變的物體各部分的相對位置決定的。
五、課堂總結(jié)

1.如圖所示，質(zhì)量關(guān)系為m1>m2>m3的三個(gè)小球分別沿三條不同的軌道1、2、3由離地高h(yuǎn)的A點(diǎn)滑到同一水平面上，軌道1、3是光滑的，軌道2是粗糙的，重力對小球做功分別為W1、W2、W3，則下列判斷正確的是
A.W1>W2＝W3
B.W1＝W3>W2
C.W1＝W2＝W3
D.W1>W2>W3tim
隨堂演練
√
六、課堂小練
解析　重力做功W＝mgh，h相等，由于m1>m2>m3，所以W1>W2>W3，故D正確.
4.下列關(guān)于重力勢能的說法中正確的是
A.重力勢能Ep1＝2 J，Ep2＝－3 J，則Ep1與Ep2方向相反
B.同一物體重力勢能Ep1＝2 J，Ep2＝－3 J，則Ep1>Ep2
C.在同一高度的質(zhì)量不同的兩個(gè)物體，它們的重力勢能一定不同
D.重力勢能是標(biāo)量，負(fù)值沒有意義
√
(1)1到2階段：重力做負(fù)功WG＝－mgh，
重力勢能增加了mgh
(2)2到3階段：重力做正功 WG＝mgh，
重力勢能減小了mgh
重力勢能和重力做功的表達(dá)式非常相似，它們之間的關(guān)系是什么呢 ？
5.如圖所示，質(zhì)量為m的足球在地面1的位置被踢出后落到地面3的位置，在空中達(dá)到的最高點(diǎn)2的高度為 h。重力加速度為g。
（1）足球由位置1運(yùn)動到位置2時(shí)，重力做了多少功？足球的重力勢能增加了多少？
（2）足球由位置2運(yùn)動到位置3時(shí)，重力做了多少功？足球的重力勢能減少了多少？
解析　重力勢能是標(biāo)量，正負(fù)表示大小，重力勢能Ep1＝2 J，Ep2＝－3 J，則Ep1大于Ep2，A錯(cuò)誤，B正確；
重力勢能是一個(gè)相對量，是相對于參考平面來說的，在同一高度的質(zhì)量不同的兩個(gè)物體，如果選取該高度為參考平面，則它們的重力勢能都為零，C錯(cuò)誤；
重力勢能是標(biāo)量，負(fù)值表示物體處于參考平面以下，有意義，D錯(cuò)誤.
6.質(zhì)量為m的小球，從離桌面H高處由靜止下落，桌面離地面高度為h，重力加速度為g，如圖所示，若以桌面為參考平面，那么小球落地時(shí)的重力勢能及整個(gè)下落過程中重力勢能的變化分別為
A.mgh，減少mg(H－h(huán))
B.mgh，增加mg(H＋h)
C.－mgh，減少mg(H＋h)
D.－mgh，增加mg(H－h(huán))
√
解析　以桌面為參考平面，地面在參考平面下方h處，物體重力勢能為：Ep＝－mgh，小球下落的高度為h＋H，所以重力做功為：W＝mg(h＋H)，知小球下落過程中重力勢能減少了mg(H＋h)，故C正確.
7.如圖，在一次“蹦極”運(yùn)動中，人由高空躍下到最低點(diǎn)的整個(gè)過程中，下列說法正確的是( )
A.重力對人做正功
B.人的重力勢能減小了
C.“蹦極”繩對人先做負(fù)功再做正功
D.“蹦極”繩的彈性勢能增加了
ABD
8.關(guān)于彈簧的彈性勢能，下列說法中正確的是
A.當(dāng)彈簧變長時(shí)，它的彈性勢能一定增大
B.當(dāng)彈簧變短時(shí)，它的彈性勢能一定減小
C.若選彈簧自然長度時(shí)的彈性勢能為0，則其他長度的彈性勢能均為正值
D.若選彈簧自然長度時(shí)的彈性勢能為0，則伸長時(shí)彈性勢能為正值，壓縮 時(shí)彈性勢能為負(fù)值
√
解析　如果彈簧原來處在壓縮狀態(tài)，當(dāng)它變長且未恢復(fù)到原長前，它的彈性勢能應(yīng)該減小，當(dāng)它變短時(shí)，它的彈性勢能應(yīng)該增大，A、B錯(cuò)；由于彈簧處于自然長度時(shí)的彈性勢能最小，若選彈簧自然長度時(shí)的彈性勢能為0，則其他長度時(shí)的彈性勢能均為正值，C對，D錯(cuò).
1.重力做功的特點(diǎn)：與路徑無關(guān)，只與起點(diǎn)和終點(diǎn)的豎直高度差有關(guān).
2.地球上的物體具有的與它高度有關(guān)的能量.
3.重力做功與重力勢能變化的關(guān)系：重力做正功，重力勢能減少；重力做負(fù)功，重力勢能增加.關(guān)系式：WG = Ep初 - Ep末
4.重力勢能是相對的,正負(fù)表示大小,重力勢能的變化是絕對的.
5.重力勢能是地球與物體組成“系統(tǒng)”所共有的.
課堂小結(jié)
重力勢能
Ep=mgh
重力勢能的相對性
物體的重力勢能也總是相對于某一水平面來說的，這個(gè)水平面叫做參考平面。
①重力勢能：EP=mgh
②重力勢能的變化 絕對性
相對性
彈性勢能
發(fā)生彈性形變的物體的各部分之間，由于有彈力的相互作用，也具有勢能，這種勢能叫做彈性勢能。
①跟彈簧形變的大小有關(guān)系
②跟彈簧的勁度系數(shù)有關(guān)
勢能也叫位能，與相互作用的物體的相對位置有關(guān)。
課后作業(yè)：
課后問題與練習(xí)P82-83頁1,2,3,4同步訓(xùn)練
同步訓(xùn)練
謝謝觀看
THANK YOU!

展開更多......

收起↑