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人教版 (新课标)必修24.重力势能教课ppt课件
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第七章新知预习·巧设计名师课堂·一点通要点一要点二第4节创新演练·大冲关随堂检测归纳小结课下作业综合提升1．知道重力做功与路径无关。2．理解重力势能的定义及表达式，会用 表达式进行计算。3．理解重力势能的变化和重力做功的关系。4．知道重力势能的相对性。[读教材·填要点] 1．重力做的功 (1)特点：物体运动时，重力对它做的功只跟它的 和 有关，而跟物体运动的 无关。 (2)表达式：WG＝ ＝ 。其中h1、h2分别表示物体起点和终点的高度。起点终点的位置路径mghmg(h1－h2) 2．重力势能 (1)特点：与物体相对地球的 有关。 (2)大小：物体的重力势能等于它所受重力与所处高度的乘积，表达式为：Ep＝ 。 (3)单位： ，与功的单位相同。 (4)重力做的功与重力势能的关系： WG＝ 。位置mgh焦耳Ep1－Ep2 3．重力势能的相对性和系统性 (1)相对性：重力势能总是相对选定的 而言的。(该平面常称为零势能面) (2)标矢性：重力势能为 ，只有大小没有方向，但有正负，其正负表示与参考平面上物体势能的相对大小。物体在参考平面上方时，重力势能为 ，在参考平面下方时，重力势能为 值。 (3)系统性：重力势能是 与 所组成的物体系统所共有的。 参考平面标量正值负地球物体[试身手·夯基础]1．沿着高度相同、坡度不同、粗糙程度也不同的斜面，向上拉同一物体到顶端，下列说法中正确的是 ( )A．沿长度大的斜面上升克服重力做的功多B．沿长度大、粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功多C．沿坡度大、粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功少D．上述几种情况克服重力做的功同样多解析：重力做功的特点是：重力做功与物体运动的具体路径无关，只与初、末位置的高度差有关，不论是光滑路径或粗糙路径，也不论是直线运动还是曲线运动，只要初、末位置的高度差相同，重力做功就相同，因此不论坡度大小、长度大小及粗糙程度如何，只要高度差相同，克服重力做的功就一样多，故D项正确。答案：D2．关于重力势能，下列说法中正确的是 ( )A．重力势能的大小只由物体本身决定B．重力势能恒大于零C．在地面上的物体，它具有的重力势能一定等于零D．重力势能是物体和地球所共有的解析：根据Ep＝mgh知，重力势能由物体所受的重力和它所处的高度共同决定，故A错。重力势能是物体和地球组成的系统所共有的，故D正确。重力势能是相对量，只有相对一个参考平面，重力势能才有确定值，在地面上的物体，重力势能不一定为零，故C错。重力势能有正负，故B错。答案：D3．如图7－4－1所示质量为m的物体从桌面边缘竖直向上抛出，桌面比地面高h，物体到达的最高点距桌面高为H，若以桌面为参考面，则物体落地时的重力势能Ep和整个过程中重力所做的功WG为 ( )A．0 mgH B．－mgh mghC．－mgh mg(h＋H) D．mgH mg(h＋2H)图7－4－1解析：取桌面为参考面，物体落地时的重力势能为－mgh，重力做功与路径无关，只与起点和终点的位置有关WG＝mgh，所以B项正确。答案：B 1．重力势能具有相对性 重力势能的表达式Ep＝mgh中的h是指物体重心到参考平面的高度，因此重力势能的大小与参考平面的选取有关，在参考平面以上为正值，以下为负值，位于参考平面时为零。 2．重力势能参考平面的选取是任意的 参考平面的选取要视处理问题的方便而定，一般选取地面或物体运动时所达到的最低点所在平面为零势能参考平面。 3．重力势能的变化是绝对的 重力势能的变化量与参考平面的选取无关 4．重力势能是系统共有的 重力是由于地球与物体相互吸引产生的，倘若没有地球，就谈不上重力，那么物体也就不可能具有重力势能。所以，重力势能是地球和物体所组成的“系统”共有的，而不是物体单独具有的，平时我们所说的“物体的重力势能”是一种简化的说法。 1．在2010年的广州亚运会上，中国跳水队成功包揽了10个跳水项目的金牌。中国选手胡亚丹获得女子10 m跳台金牌，当她到达最高位置时，重心离跳台的高度约为2 m；当她下降到手触及水面时她的重心离水面大约是1 m。入水之后，她的重心能下降到离水面约2.5 m处。如果她的质量为45 kg，以水面为参考平面，那么她在完成一次跳水的过程中，重力势能最大为多少？最小为多少？(取g＝10 m/s2) [思路点拨] 解答本题时应注意以下两点： (1)重力势能的最大值对应重心的最高点，重力势能的最小值对应重心的最低点。 (2)确定各位置相对于水面的高度，注意重力势能的正负。[解析] 以水面为参考平面她在完成一次跳水的过程中，离参考平面的最大距离h1＝10 m＋2 m＝12 m故重力势能的最大值Ep1＝mgh1＝45×10×12 J＝5.4×103 J，重力势能的最小值在参考平面之下2.5 m处，故h2＝－2.5 m，所以重力势能的最小值Ep2＝45×10×(－2.5) J＝－1.125×103 J[答案] 5.4×103 J －1.125×103 J {HJ (1)计算重力势能时，要先确定参考平面。 (2)明确物体重心的位置，找出重心相对参考平面的高度。 (3)当物体位于参考平面之下时，h为负值，则重力势能为负值，书写时要带负号。1．重力做功与重力势能的比较 2．重力做的功与重力势能变化的关系 (1)关系式：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。 (2)意义：重力做功是重力势能变化的原因。重力做的功与重力势能的变化量为等值关系，重力做正功时，物体的重力势能减少，减少的重力势能等于重力所做的功；重力做负功(物体克服重力做功)时，物体的重力势能增加，增加的重力势能等于克服重力所做的功。 2．如图7－4－2所示，质量为m的小球从曲面左侧上的A点滚下，经过最低点后滚到曲面右侧上的B点。已知A点距最低点的高度为h1，B点距最低点的高度为h2。求小球从A点滚到B点的过程中，重力做了多少功？小球的重力势能变化了多少？图7－4－2 [思路点拨] 解答本题时应注意以下两点： (1)重力做功的特点； (2)重力做功与重力势能变化的关系。 [解析] 重力做的功为W＝mgΔh＝mg(h1－h2)因为高度减小，重力做正功，所以重力势能减少，且减少的重力势能等于重力所做的功，故小球的重力势能减少了mg(h1－h2)。 [答案] mg(h1－h2) 减少了mg(h1－h2) 重力势能的变化量仅由重力对物体做功的多少来决定，与物体除重力外是否还受其他力作用以及除重力做功外是否还有其他力做功等因素均无关。1．(对应要点一)图7－4－3是位于锦江乐园的摩天轮，高度为108 m，直径是98 m。一质量为50 kg的游客乘坐该摩天轮做匀速圆周运动旋转一圈需25 min。如果以地面为零势能面，则他到达最高处时的(取g＝10 m/s2) ( )A．重力势能为5.4×104 J，角速度为0.2 rad/sB．重力势能为4.9×104 J，角速度为0.2 rad/sC．重力势能为5.4×104 J，角速度为4.2×10－3 rad/sD．重力势能为4.9×104 J，角速度为4.2×10－3 rad/s图7－4－3答案：C2．(对应要点一)一个质量为0.5 kg的小球，从5 m高处自由下落，着地后反弹起1 m，取地面为参考平面，并取g＝10 m/s2，则 ( )A．初、末位置物体的重力势能分别为25 J和－5 JB．在下落和反弹过程中重力做功分别为25 J和5 JC．由初位置到末位置重力做功20 JD．重力做的功等于末位置重力势能减初位置的重力势能解析：初位置重力势能：Ep1＝mgh1＝25 J，末位置重力势能：Ep2＝mgh2＝5 J。下落和反弹过程重力做功：W下＝mgh1＝25 J，W上＝－mgh2＝－5 J，整个过程重力做功WG＝mg(h1－h2)＝20 J，所以选项C正确。答案：C3．(对应要点二)关于重力做功和物体的重力势能，下列说法中正确的是 ( )A．当重力对物体做正功时，物体的重力势能一定减少B．物体克服重力做功时，物体的重力势能一定增加C．地球上任何一个物体的重力势能都有一个确定值D．重力做功的多少与参考平面的选取无关解析：物体重力势能的大小与参考平面的选取有关，故C错误；重力做正功时，物体由高处向低处运动，重力势能一定减少，反之，物体克服重力做功时，重力势能一定增加，故A、B正确；重力做多少功，物体的重力势能就变化多少，重力势能的变化与参考平面的选取无关，故D正确。答案：ABD4．(对应要点二)大型拱桥的拱高为h，弧长为L，如图7－4－4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，以下说法中正确的是 ( )图7－4－4A．由A到B的过程中，汽车的重力势能不变，重力始终不 做功B．由A到B的过程中，汽车的重力势能的变化量为零，重 力做的总功等于零C．汽车的重力势能先增大后减小，总的变化量为零，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，上坡时重力做负功，下 坡时重力做正功，总功为零解析：因为A、B在同一高度上，汽车在运动过程中，位置先升高后降低，所以重力先做负功，后做正功，总功为零；重力势能先增大后减小，总的变化量等于零。答案：BD (1)重力做功跟物体运动的路径无关，只跟物体运动的起点和终点的高度差有关。 (2)重力势能具有相对性，要确定物体在某位置具有的重力势能大小，必须先选定零势能面。 (3)重力势能的变化是绝对的，与零势能面的选取无关，其大小与重力做功相对应。 (4)重力势能是物体和地球所组成的系统共有的，并不是物体单独具有的。
第七章新知预习·巧设计名师课堂·一点通要点一要点二第4节创新演练·大冲关随堂检测归纳小结课下作业综合提升1．知道重力做功与路径无关。2．理解重力势能的定义及表达式，会用 表达式进行计算。3．理解重力势能的变化和重力做功的关系。4．知道重力势能的相对性。[读教材·填要点] 1．重力做的功 (1)特点：物体运动时，重力对它做的功只跟它的 和 有关，而跟物体运动的 无关。 (2)表达式：WG＝ ＝ 。其中h1、h2分别表示物体起点和终点的高度。起点终点的位置路径mghmg(h1－h2) 2．重力势能 (1)特点：与物体相对地球的 有关。 (2)大小：物体的重力势能等于它所受重力与所处高度的乘积，表达式为：Ep＝ 。 (3)单位： ，与功的单位相同。 (4)重力做的功与重力势能的关系： WG＝ 。位置mgh焦耳Ep1－Ep2 3．重力势能的相对性和系统性 (1)相对性：重力势能总是相对选定的 而言的。(该平面常称为零势能面) (2)标矢性：重力势能为 ，只有大小没有方向，但有正负，其正负表示与参考平面上物体势能的相对大小。物体在参考平面上方时，重力势能为 ，在参考平面下方时，重力势能为 值。 (3)系统性：重力势能是 与 所组成的物体系统所共有的。 参考平面标量正值负地球物体[试身手·夯基础]1．沿着高度相同、坡度不同、粗糙程度也不同的斜面，向上拉同一物体到顶端，下列说法中正确的是 ( )A．沿长度大的斜面上升克服重力做的功多B．沿长度大、粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功多C．沿坡度大、粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功少D．上述几种情况克服重力做的功同样多解析：重力做功的特点是：重力做功与物体运动的具体路径无关，只与初、末位置的高度差有关，不论是光滑路径或粗糙路径，也不论是直线运动还是曲线运动，只要初、末位置的高度差相同，重力做功就相同，因此不论坡度大小、长度大小及粗糙程度如何，只要高度差相同，克服重力做的功就一样多，故D项正确。答案：D2．关于重力势能，下列说法中正确的是 ( )A．重力势能的大小只由物体本身决定B．重力势能恒大于零C．在地面上的物体，它具有的重力势能一定等于零D．重力势能是物体和地球所共有的解析：根据Ep＝mgh知，重力势能由物体所受的重力和它所处的高度共同决定，故A错。重力势能是物体和地球组成的系统所共有的，故D正确。重力势能是相对量，只有相对一个参考平面，重力势能才有确定值，在地面上的物体，重力势能不一定为零，故C错。重力势能有正负，故B错。答案：D3．如图7－4－1所示质量为m的物体从桌面边缘竖直向上抛出，桌面比地面高h，物体到达的最高点距桌面高为H，若以桌面为参考面，则物体落地时的重力势能Ep和整个过程中重力所做的功WG为 ( )A．0 mgH B．－mgh mghC．－mgh mg(h＋H) D．mgH mg(h＋2H)图7－4－1解析：取桌面为参考面，物体落地时的重力势能为－mgh，重力做功与路径无关，只与起点和终点的位置有关WG＝mgh，所以B项正确。答案：B 1．重力势能具有相对性 重力势能的表达式Ep＝mgh中的h是指物体重心到参考平面的高度，因此重力势能的大小与参考平面的选取有关，在参考平面以上为正值，以下为负值，位于参考平面时为零。 2．重力势能参考平面的选取是任意的 参考平面的选取要视处理问题的方便而定，一般选取地面或物体运动时所达到的最低点所在平面为零势能参考平面。 3．重力势能的变化是绝对的 重力势能的变化量与参考平面的选取无关 4．重力势能是系统共有的 重力是由于地球与物体相互吸引产生的，倘若没有地球，就谈不上重力，那么物体也就不可能具有重力势能。所以，重力势能是地球和物体所组成的“系统”共有的，而不是物体单独具有的，平时我们所说的“物体的重力势能”是一种简化的说法。 1．在2010年的广州亚运会上，中国跳水队成功包揽了10个跳水项目的金牌。中国选手胡亚丹获得女子10 m跳台金牌，当她到达最高位置时，重心离跳台的高度约为2 m；当她下降到手触及水面时她的重心离水面大约是1 m。入水之后，她的重心能下降到离水面约2.5 m处。如果她的质量为45 kg，以水面为参考平面，那么她在完成一次跳水的过程中，重力势能最大为多少？最小为多少？(取g＝10 m/s2) [思路点拨] 解答本题时应注意以下两点： (1)重力势能的最大值对应重心的最高点，重力势能的最小值对应重心的最低点。 (2)确定各位置相对于水面的高度，注意重力势能的正负。[解析] 以水面为参考平面她在完成一次跳水的过程中，离参考平面的最大距离h1＝10 m＋2 m＝12 m故重力势能的最大值Ep1＝mgh1＝45×10×12 J＝5.4×103 J，重力势能的最小值在参考平面之下2.5 m处，故h2＝－2.5 m，所以重力势能的最小值Ep2＝45×10×(－2.5) J＝－1.125×103 J[答案] 5.4×103 J －1.125×103 J {HJ (1)计算重力势能时，要先确定参考平面。 (2)明确物体重心的位置，找出重心相对参考平面的高度。 (3)当物体位于参考平面之下时，h为负值，则重力势能为负值，书写时要带负号。1．重力做功与重力势能的比较 2．重力做的功与重力势能变化的关系 (1)关系式：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。 (2)意义：重力做功是重力势能变化的原因。重力做的功与重力势能的变化量为等值关系，重力做正功时，物体的重力势能减少，减少的重力势能等于重力所做的功；重力做负功(物体克服重力做功)时，物体的重力势能增加，增加的重力势能等于克服重力所做的功。 2．如图7－4－2所示，质量为m的小球从曲面左侧上的A点滚下，经过最低点后滚到曲面右侧上的B点。已知A点距最低点的高度为h1，B点距最低点的高度为h2。求小球从A点滚到B点的过程中，重力做了多少功？小球的重力势能变化了多少？图7－4－2 [思路点拨] 解答本题时应注意以下两点： (1)重力做功的特点； (2)重力做功与重力势能变化的关系。 [解析] 重力做的功为W＝mgΔh＝mg(h1－h2)因为高度减小，重力做正功，所以重力势能减少，且减少的重力势能等于重力所做的功，故小球的重力势能减少了mg(h1－h2)。 [答案] mg(h1－h2) 减少了mg(h1－h2) 重力势能的变化量仅由重力对物体做功的多少来决定，与物体除重力外是否还受其他力作用以及除重力做功外是否还有其他力做功等因素均无关。1．(对应要点一)图7－4－3是位于锦江乐园的摩天轮，高度为108 m，直径是98 m。一质量为50 kg的游客乘坐该摩天轮做匀速圆周运动旋转一圈需25 min。如果以地面为零势能面，则他到达最高处时的(取g＝10 m/s2) ( )A．重力势能为5.4×104 J，角速度为0.2 rad/sB．重力势能为4.9×104 J，角速度为0.2 rad/sC．重力势能为5.4×104 J，角速度为4.2×10－3 rad/sD．重力势能为4.9×104 J，角速度为4.2×10－3 rad/s图7－4－3答案：C2．(对应要点一)一个质量为0.5 kg的小球，从5 m高处自由下落，着地后反弹起1 m，取地面为参考平面，并取g＝10 m/s2，则 ( )A．初、末位置物体的重力势能分别为25 J和－5 JB．在下落和反弹过程中重力做功分别为25 J和5 JC．由初位置到末位置重力做功20 JD．重力做的功等于末位置重力势能减初位置的重力势能解析：初位置重力势能：Ep1＝mgh1＝25 J，末位置重力势能：Ep2＝mgh2＝5 J。下落和反弹过程重力做功：W下＝mgh1＝25 J，W上＝－mgh2＝－5 J，整个过程重力做功WG＝mg(h1－h2)＝20 J，所以选项C正确。答案：C3．(对应要点二)关于重力做功和物体的重力势能，下列说法中正确的是 ( )A．当重力对物体做正功时，物体的重力势能一定减少B．物体克服重力做功时，物体的重力势能一定增加C．地球上任何一个物体的重力势能都有一个确定值D．重力做功的多少与参考平面的选取无关解析：物体重力势能的大小与参考平面的选取有关，故C错误；重力做正功时，物体由高处向低处运动，重力势能一定减少，反之，物体克服重力做功时，重力势能一定增加，故A、B正确；重力做多少功，物体的重力势能就变化多少，重力势能的变化与参考平面的选取无关，故D正确。答案：ABD4．(对应要点二)大型拱桥的拱高为h，弧长为L，如图7－4－4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，以下说法中正确的是 ( )图7－4－4A．由A到B的过程中，汽车的重力势能不变，重力始终不 做功B．由A到B的过程中，汽车的重力势能的变化量为零，重 力做的总功等于零C．汽车的重力势能先增大后减小，总的变化量为零，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，上坡时重力做负功，下 坡时重力做正功，总功为零解析：因为A、B在同一高度上，汽车在运动过程中，位置先升高后降低，所以重力先做负功，后做正功，总功为零；重力势能先增大后减小，总的变化量等于零。答案：BD (1)重力做功跟物体运动的路径无关，只跟物体运动的起点和终点的高度差有关。 (2)重力势能具有相对性，要确定物体在某位置具有的重力势能大小，必须先选定零势能面。 (3)重力势能的变化是绝对的，与零势能面的选取无关，其大小与重力做功相对应。 (4)重力势能是物体和地球所组成的系统共有的，并不是物体单独具有的。
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