人教版 (新课标)必修24.重力势能授课ppt课件

这是一份人教版 (新课标)必修24.重力势能授课ppt课件

4 重 力 势 能1.恒力的功与力、位移及它们的_____有关。2.势能：相互作用的物体凭借其_____而具有的能量。3.功、功率都是__(A.标量 B.矢量)。4.高度的相对性，某一位置的高度总是相对于某一水平面来说的，选择不同的参考平面，同一位置的高度数值_____。 夹角位置A不同一、重力的功1.特点：物体运动时，重力对它做的功只跟它的_____和_____的位置有关，而跟物体运动的路径_____。2.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_____，WG=__________。起点终点无关之差mgh1-mgh2二、重力势能1.大小：等于物体所受重力与所处_____的乘积，Ep=____。2.标矢性：重力势能是__(A.标量 B.矢量)。3.单位：_____，与___的单位相同。4.重力做功与重力势能变化的关系：(1)表达式：WG=______=-ΔEp。(2)两种情况：高度mghA焦耳功Ep1-Ep2减小增加三、重力势能的两性1.相对性：(1)参考平面：物体的重力势能总是相对于某一_______来说的，在参考平面上，物体的重力势能取作__。(2)相对性：选择不同的参考平面，物体重力势能的数值是_______。(3)正负的含义：参考平面上方物体的重力势能是_____，参考平面下方物体的重力势能是_____。2.系统性：重力势能是_____与_____所组成的“系统”共有的。水平面0不同的正值负值地球物体【思考辨析】1.判断正误：(1)重力做功的多少与物体运动的路径无关。( )(2)重力做功WG=-20 J时，物体的重力势能减小20 J。( )(3)重力势能Ep1=2 J,Ep2=-3 J,则Ep1与Ep2方向相反。( )(4)同一物体的重力势能Ep1=2 J,Ep2=-3 J,则Ep1>Ep2。( )(5)在同一高度的质量不同的两个物体,它们的重力势能一定不同。( )提示:(1)√。重力对某一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。(2)×。重力做功WG=-20 J时，物体的重力势能增加20 J。(3)×。重力势能是标量，没有方向。(4)√。重力势能为正值，表示物体处于参考平面的上方，为负值表示物体处于参考平面的下方，而同一物体在越高的地方重力势能越大。(5)×。若选定两物体所处的水平面为参考平面，则两物体的重力势能同为0。2.问题思考：(1)某物体从一位置运动到另一位置，重力是否一定做功?提示：重力不一定做功。判断物体运动过程中重力是否做功，主要是看运动的初、末位置是否在同一高度上，若初、末位置在同一高度上，则重力不做功；若初、末位置不在同一高度上，则重力做功。(2)三峡大坝横跨2 309 m，坝高185 m，其1 820万kW的装机容量为世界第一，847亿 kW·h的年发电量居世界第二。想一想三峡大坝为何修建得那么高？提示：三峡大坝的一个重要功能是利用水的机械能发电，之所以将其修建得很高，是为了提高大坝的上下水位落差，以利于使更多的重力势能转化为电能。一 对重力势能的理解1.重力势能是状态量：重力势能描述了物体所处的一定状态，与物体所处的位置或时刻相对应。2.重力势能的正负：重力势能是标量，只有大小没有方向，但有正负，重力势能的正负表示比零势能大，还是比零势能小。对于选定的参考平面，物体在参考平面上方时，重力势能为正；在参考平面下方时，重力势能为负；在参考平面上时，重力势能为零。正的重力势能大于负的重力势能。3．重力势能的相对性：由于重力势能表达式为Ep=mgh，高度h的相对性决定了重力势能具有相对性。对于同一物体，选取不同的水平面作为参考平面，其重力势能具有不同的数值，即重力势能的大小与参考平面的选取有关。4.重力势能变化量的绝对性：物体在两个高度不同的位置时，由于高度差一定，重力势能之差也是一定的，即物体的重力势能的变化量与参考平面的选取无关。5.重力势能的系统性：重力是地球对物体吸引而产生的，如果没有地球对物体的吸引，就不会有重力，也不存在重力势能，所以重力势能是物体和地球这个系统共同具有的，平时所说的“物体的重力势能”只是一种简化的说法。【特别提醒】(1)参考平面的选择是任意的，在实际应用中，应以解决问题方便为原则选择参考平面。(2)如果在同一个问题中涉及多个物体的重力势能，必须选取一个统一的参考平面。【典例1】关于重力势能，以下说法中正确的是( )A.某个物体处于某个位置，重力势能的大小是唯一确定的B.只要重力做功，重力势能一定变化C.物体做匀速直线运动时，重力势能一定不变D.重力势能为零的物体，不可能对别的物体做功【解题探究】(1)重力势能的大小取决于_____和物体相对参考平面的_____。(2)重力势能是否变化取决于___________________。物重高度物体的重力是否做功【标准解答】选B。选取不同的零势能面，则同一位置的物体的重力势能是不同的，故A错误；重力势能的改变量等于重力做功的多少，故若重力做功，重力势能一定发生变化，故B正确；物体若在竖直方向做匀速直线运动，物体的高度变化，重力势能也会发生变化，故C错误；重力势能的大小是相对于零势能面的高度决定的，重力势能为零只能说明物体处于零势能面上，它对下方的物体同样可以做功，故D错误。【变式训练】(2013·长春高一检测)有两个相同质量的铁球和木球，放置在同一张水平桌面上。若选定地面为参考平面，则比较这两个球的重力势能的大小，正确的是( )A．铁球的重力势能大B．木球的重力势能大C．两球的重力势能一样大D．大小关系无法确定【解析】选B。由于铁球和木球的密度不同，所以质量相等的铁球和木球比较，木球的体积较大，放在同一水平面上时，木球的重心高，因此木球的重力势能大于铁球的重力势能，选项B正确。【变式备选】如图所示，两块三角形的木板B、C竖直放在水平桌面上，它们的顶点连接在A处，底边向两边分开。一个锥体置于A处，放手之后，奇特的现象发生了，锥体自动地沿木板滚上了B、C板的高处，不计一切阻力。下列说法正确的是( )A．锥体在滚动过程中重心逐渐升高B．锥体在滚动过程中重心逐渐降低C．锥体在滚动过程中重力势能逐渐增大D．锥体在滚动过程中重力势能逐渐减小【解析】选B、D。锥体在重力作用下滚动，说明锥体的重心逐渐降低，选项A错误、选项B正确。锥体重心降低，重力势能随之减小，选项C错误、选项D正确。二 重力做功与重力势能1.重力做功与重力势能的比较：2.重力做功与重力势能变化关系的理解、应用:(1)无论物体是否受其他力的作用,无论物体做何种运动,关系式WG=-ΔEp总是成立的。(2)利用关系式WG=-ΔEp可由重力做功的正负及大小判断重力势能的增减及大小,反之也可以由重力势能的增减及大小判断重力做功的正负及大小。【特别提醒】(1)功是能量转化的量度,重力势能的变化是由重力做功引起的,重力做功的多少是重力势能变化的量度。(2)重力势能变化量的多少与参考系的选择无关,重力做功的多少也与参考平面的选择无关。【典例2】(2013·泉州高一检测)大型拱桥的拱高为h,弧长为L,如图所示,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,以下说法正确的是(　　)A.由A到B的过程中,汽车的重力势能始终不变,重力始终不做功B.汽车的重力势能先减小后增加,总的变化量为0,重力先做负功,后做正功,总功为零C.汽车的重力势能先增大后减小,总的变化量为0,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,总的变化量为0,重力先做负功,后做正功,总功为零【解题探究】(1)运动过程中,汽车所处的高度_____________。(2)汽车初、末位置所处的高度_____。【标准解答】选D。前半阶段,汽车向高处运动,重力势能增加,重力做负功;后半阶段,汽车向低处运动,重力势能减小,重力做正功,选项D正确。先升高后降低相同【总结提升】判断重力做功的方法(1)根据功的定义式判断:若物体位移方向向上,重力做负功;若物体位移方向向下,重力做正功。(2)根据重力势能的变化与重力做功的关系判断:重力势能增加时重力做负功,重力势能减小时重力做正功。【变式训练】一根粗细均匀的长直铁棒重600 N,平放在水平地面上。现将一端从地面抬高0.50 m,而另一端仍在地面上,则(　　)A.铁棒的重力势能增加了300 JB.铁棒的重力势能增加了150 JC.重力对铁棒做功为-150 JD.重力对铁棒做功为300 J【解析】选B、C。铁棒的重心升高的高度h=0.25 m,铁棒增加的重力势能与参考平面选取无关,ΔEp=mgh=600×0.25J=150 J,选项A错误、B正确。根据WG=-ΔEp=-150 J,选项C正确、D错误。【典例】在水平地面上平铺着n块相同的砖，每块砖的质量都为m，厚度为d。若将这n块砖一块一块地叠放起来，至少需要克服重力做多少功？【标准解答】取n块砖整体为研究对象，叠起来后整体重心距地面的高度为 原来重心距地面的高度为 故有WG=-ΔEp=nmg·( )-nmg·( )= (n-1)mgh，所以克服重力做功： (n-1)mgh答案： (n-1)mgh绳子、链条类物体的重力势能的求解方法1.重力势能的基本计算式是Ep=mgh，对于实际物体，式中h表示物体重心相对零势能面的高度。2.求解绳子、链条类物体的重力势能时，重心位置的确定是关键：粗细均匀、质量分布均匀的长直绳子或链条，其重心在长度的一半处。3．两种情况下重力势能的求解：(1)当绳子、链条呈直线状(或水平或竖直或倾斜)形式放置时，Ep=mgh中的h表示长度一半位置相对零势能面的高度；(2)当绳子、链条不以直线状(如折线状)形式放置时，应当分段表示重力势能再求和。【案例展示】如图所示，在光滑的桌面上有一根均匀柔软的质量为m、长度为l的绳子，绳子的 悬于桌面下，从绳子开始下滑至绳子刚好全部离开桌面的过程中，重力对绳子做功为多少？绳子的重力势能变化量为多少？(桌面离地面高度大于l)【标准解答】取桌面为参考平面，刚开始时绳子的重力势能为当绳子刚好全部离开桌面时，绳子的重力势能为则ΔEp=Ep2-Ep1由W=-ΔEp知重力做功 【名师点评】(1)由于该题的研究对象为实际物体——绳子，求解它的重力做功及重力势能的变化时，重点应是确定它的高度的变化，而绳子的高度要用它的重心位置来确定。(2)由于该题的研究对象——绳子开始时呈折线放置，整体重心位置不好确定，故采用分段法，将绳子分为开始时的水平和竖直两段，分别求出两段绳子重力做的功或势能变化，再将所得结果求和。1.(基础理论辨析题)关于重力做功和重力势能，下列说法中正确的是( )A.物体向高处运动时，重力一定做负功B.只要重力做功，物体的重力势能一定变化C.在水平地面以上某高度的物体重力势能一定为正值D.质量大的物体重力势能一定大E.不同的物体中离地面最高的物体其重力势能最大F.离地面有一定高度的物体其重力势能可能为零【解析】选A、B、F。物体向高处运动时，位移方向与重力方向相反，重力一定做负功，A项正确。根据WG=-ΔEp，B项正确。重力势能具有相对性，其大小或正负与参考平面的选取有关，所以在地面以上某高度的物体的重力势能不一定为正值，C项错误。若选取离地面某高度处为参考平面，物体在那一高度的重力势能为零，F项正确。重力势能的大小取决于物体质量和相对参考平面的高度两个因素，D、E项错误。2.某游客领着孩子游泰山时，孩子不小心将手中的皮球滑落，球从A点滚到了山脚下的B点，高度标记如图所示，则下列说法正确的是( )A.从A到B的曲线轨迹长度不知道，无法求出此过程中重力做的功B.从A到B过程中阻力大小不知道，无法求出此过程中重力做的功C.从A到B重力做功mg(H+h)D.从A到B重力做功mgH【解析】选D。重力做功与物体的运动路径无关，只与初、末状态物体的高度差有关。从A到B的高度差是H，故从A到B重力做功mgH，D正确。3.质量为m的物体，沿倾角为α的光滑斜面由静止下滑，当下滑t时间时重力势能减少量为( )A. mg2t2sinα B. mg2t2C.mg2t2 D. mg2t2sin2α【解析】选D。物体在光滑斜面上下滑，加速度a=gsinα，t时间内的位移x= gt2sinα，下落的高度h=xsinα= gt2sin2α，所以重力势能减少了 mg2t2sin2α，选项D正确。4.(2013·玉溪高一检测)一物体静止在升降机的地板上，在升降机加速上升的过程中( )A.地板对物体的支持力做正功B.重力做正功C.支持力对物体做功等于重力势能增加量D.物体克服重力做功等于重力势能增加量【解析】选A、D。物体向上运动，位移方向向上，所以支持力做正功，重力做负功，选项A正确、B错误。根据重力做功和重力势能变化的关系，D正确。升降机加速上升时，支持力大于重力，支持力做功不等于克服重力做功，也就不等于重力势能增加量，C错误。5.如图所示，一条铁链长为2 m，质量为10 kg，放在水平地面上，拿住一端提起铁链直到铁链全部离开地面的瞬间，铁链克服重力做功为多少？(g取10 m/s2)【解析】铁链从初状态到末状态，它的重心位置提高了h=因此铁链克服重力做功为W=mgh=mg =100 J。答案：100 J6.在离地面80m处无初速度释放一小球,小球质量为m=200g,不计空气阻力,g取10m/s2,取最高点所在水平面为参考平面,求:(1)在第2s末小球的重力势能;(2)在第3s内重力所做的功和重力势能的变化。【解析】(1)在第2 s末小球所处的高度h= ×10×22 m=-20 m，重力势能Ep=mgh=0.2×10×(-20) J=-40 J，Ep<0说明小球在参考平面的下方。(2)在第3 s末小球所处的高度h′= ×10×32 m=-45 m。第3 s内重力做功W=mg(h-h′)=0.2×10×(-20+45) J=50 J，即小球的重力势能减少50 J。答案：(1)-40 J (2)50 J 减少50 J