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高中物理人教版 (2019)必修 第二册第八章 机械能守恒定律2 重力势能课文配套ppt课件
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这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册第八章 机械能守恒定律2 重力势能课文配套ppt课件,共45页。PPT课件主要包含了重力做的功,mgΔh,mg·h1-h2,mgh,克服重力做功,水平面,弹性势能,劲度系数,重力做功的特点,重力势能的相对性等内容,欢迎下载使用。
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1.特点物体运动时,重力对它做的功只跟它的________和__________位置有关,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.
将一个物体由A移至B,重力做功( )A.与运动过程中是否存在阻力有关B.与物体沿直线或曲线运动有关C.与物体是做加速、减速或匀速运动有关D.与物体初、末位置高度差有关【答案】D【解析】将物体由A移至B,重力做功只与物体初、末位置高度差有关,A、B、C错误,D正确.
1.定义物体所受的________与它所处位置的________的乘积叫作物体的重力势能.2.表达式Ep=________.势能.3.单位______,与功的单位相同.重力势能是______(填“标量”或“矢量”).
重力势能 重力势能的相对性
4.重力做功与重力势能变化的关系(1)表达式:WG=Ep1-Ep2=-ΔEp.(2)两种情况①当物体从高处运动到低处时,重力做________,重力势能________,即WG>0,Ep1>Ep2.②当物体由低处运动到高处时,重力做负功,重力势能________,即WG<0,Ep1<Ep2.重力做负功也叫作__________________.
5.重力势能的相对性(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,物体的重力势能取为________.(2)相对性:选择不同的参考平面,物体重力势能的数值________(填“相同”或“不同”).(3)正、负的含义:参考平面上方物体的高度是正值,重力势能也是_______;参考平面下方物体的高度是负值,重力势能也是_______.(4)两定点的重力势能差不随参考平面的改变而发生变化.
(2021年娄星区名校期中)如图,质量0.5 kg的小球,从桌面以上h1=1.2 m的A点落到地面的B点,桌面高h2=0.8 m.若以桌面所处平面为零势能面.g取10 m/s2,求:(1)小球在A、B点时的重力势能;(2)小球下落过程中重力做的功. 【答案】(1)6 J -4 J (2)10 J
【解析】(1)小球在A点的重力势能为Ep1=mgh1=0.5×10×1.2 J=6 J,小球在B点的重力势能为Ep2=-mgh2=-0.5×10×0.8 J=-4 J.(2)重力做的功为W=mg(h1+h2)=0.5×10×(1.2+0.8) J=10 J.
1.定义发生弹性形变的物体的各部分之间,由于有________的相互作用而具有的势能.2.影响因素弹性势能的大小跟_______的大小有关,如弹簧被______或______的长度,还和弹簧的__________有关.
下列与弹簧具有的弹性势能无关的因素( )A.弹簧的质量B.弹簧的伸长量C.弹簧的压缩量D.弹簧的劲度系数【答案】A【解析】弹簧由于发生弹性形变而具有的能量叫弹性势能.影响弹簧的弹性势能的因素有弹簧的劲度系数、弹簧的伸长量或压缩量.在弹性限度内,弹簧的伸长量或压缩量越大,弹簧的劲度系数越大,则具有的弹性势能越大.可知与弹簧具有的弹性势能无关的因素是弹簧的质量,本题选择弹性势能无关的因素,故选A.
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如图所示,将质量为m的物块从A移到B,可以有以下不同路径,分别求出沿不同路径移动物体时重力做的功.
问题(1)沿着AOB路径①移动;(2)沿着直线AB路径②移动;(3)沿着任意曲线ACB路径③移动.
【答案】(1)AO段重力做的功W1=mgh,OB段重力的功W2=0,故整个过程重力做的功W=mgh.(2)设AB长为l,则重力的功W=mglcs(90˚-α)=mglsin α=mgh.(3)把整个路径分成很多段,每一段均可看作倾斜的直线.设每段小斜线的高度差分别为Δh1、Δh2、Δh3…物体通过每一小段重力做的功分别为mgΔh1、mgΔh2、mgΔh3…整个过程中重力做的功W=mgΔh1+mgΔh2+mgΔh3+…=mgh.
探究总结1.重力所做的功跟物体的运动路径无关,跟物体初位置和末位置的高度差有关.2.重力是恒力,大小不变,方向总是竖直向下,根据恒力做功的公式可知,重力做功的多少由重力多少和在重力方向上位移的大小,即竖直方向的高度差决定,与其他因素无关,只与起点和终点的位置有关,与沿什么路径无关.
精练1 在高处的某一点将三个质量相同的小球以相同的速率v0分别上抛、平抛、斜抛,那么以下说法正确的是( )A.从抛出到落地过程中,重力对它们所做的功都相等B.因物体的轨迹不同,重力做功不相等C.从抛出到落地过程中,重力对它们做功的平均功率都相等D.如果考虑空气阻力,则从抛出到落地过程中,重力做功不相等【答案】A
【解析】由于重力做功与路径无关,只与初、末位置高度差有关,三个小球初、末位置的高度差相同,所以重力做功都相等,A正确,B、D错误;三个小球在空中运动时间不一样,所以平均功率不相等,C错误.
变式1 如图所示,足球从草皮上的①位置被踢出后落到草皮上③位置,空中到达的最高点为②位置,则( ) A.②位置足球动能等于0B.①位置到③位置的过程只有重力做功C.①位置到②位置的过程足球的动能全部转化为重力势能D.②位置到③位置的过程重力做正功【答案】D
【解析】由图可知,小球由②到③位置过程中具有水平位移,则说明小球在②位置存在速度,A错误;①到②位置的水平位移大于②到③位置的水平位移,则说明小球受到的阻力做功,B错误;因存在阻力做功,因此①到②位置的过程足球的动能转化为重力势能和内能,C错误;②到③位置的过程足球的动能变大,重力做正功,D正确.
(1)重力做功与路径无关,只与初末位置的高度差有关.(2)重力做功与有无其他力的存在也无关.
如图所示,运动员在进行蹦床比赛.假设运动员质量为m.床面到地面的高度为h.运动员蹦起后离床面的高度为H.思考以下问题:
问题(1)以地面为参考平面.运动员跳起后在最高点的重力势能是多少?(2)以床面为参考平面,运动员跳起后在最高点的重力势能是多少?(3)以运动员跳起后重心的最高点为参考平面,运动员跳起后又落到蹦床上时,重力势能是正值还是负值?【答案】(1)mg(H+h).(2)mgH.(3)运动员落到蹦床上,重心在参考平面以下,重力势能为负值.
探究总结重力势能的相对性、标矢性和系统性
精练2 如图所示,桌面距地面0.8 m,一物体质量为2 kg,放在距桌面0.4 m高的支架(图上未画出)上.(g取10 m/s2)
(1)以地面为参考平面,计算物体具有的重力势能,并计算物体由支架下落到桌面的过程中,重力势能变化了多少?(2)以桌面为参考平面,计算物体具有的重力势能,并计算物体由支架下落到桌面的过程中,重力势能变化了多少?【答案】(1)24 J 减少了8 J (2)8 J 减少了8 J
【解析】(1)以地面为参考平面,物体的高度h1=(0.4+0.8)m=1.2 m,因而物体具有的重力势能为Ep1=mgh1=2×10×1.2 J=24 J物体落至桌面时,重力势能Ep2=mgh2=2×10×0.8 J=16 J物体重力势能的变化量为ΔEp=Ep2-Ep1=16 J-24 J=-8 J,即重力势能减少了8 J.
(2)以桌面为参考平面,物体距参考平面的高度h1′=0.4 m,因而物体具有的重力势能为Ep1′=mgh1′=2×10×0.4 J=8 J物体落至桌面时,重力势能Ep2′=0物体重力势能的变化量为ΔEp′=Ep2′-Ep1′=-8 J,即重力势能减少了8 J.
变式2 (多选)下列关于重力势能的说法中,正确的是( )A.物体的重力势能是属于物体和地球所共有的,离开地球,单独一个物体谈不上存在重力势能B.重力对物体做正功,物体的重力势能就会增加C.质量为m的物体距离地面高度为h,其具有的重力势能一定为mghD.物体重力势能的改变量只与物体始末位置的高度差有关【答案】AD
【解析】重力势能是物体和地球共有的,而不是物体单独具有的,离开地球物体将不再具有重力势能,故A正确;重力对物体做正功,物体的重力势能就会减小,故B错误;重力势能的大小取决于零势能面的选择,若选择物体处为零势能面,则重力势能为零,故C错误;物体重力势能的改变只与物体始、末位置的高度差有关,故D正确.
(1)物体的重力势能的大小是相对的,其数值与参考平面的选取有关.(2)重力势能的变化是绝对的,与参考平面的选取无关,其变化量仅由重力对物体做功的多少来决定.
科学思维——绳、链条等物体的重力势能问题1.重力势能的计算式是Ep=mgh,式中h是物体重心相对参考平面的高度.2.求解绳、链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,其重心在全长的一半处.
3.两种情况下重力势能的求解(1)当绳子、链条呈直线状(水平、竖直或倾斜)放置时,Ep=mgh中的h表示重心相对参考平面的高度;(2)当绳子、链条不以直线状(如折线状)放置时,应当分段(使其每段都是直线状)表示重力势能再求和.
课堂小练 | 素养达成
1.如图所示,某物块分别沿三条不同的轨道由离地面高h的A点滑到同一水平面上,轨道1、2是光滑的,轨道3是粗糙的,则( )A.沿轨道1滑下重力做的功多B.沿轨道2滑下重力做的功多C.沿轨道3滑下重力做的功多D.沿三条轨道滑下重力做的功一样多【答案】D【解析】重力做功与路径无关,取决于初、末位置高度差h,故D正确.
2.(2021年香洲区名校期中)一物体以初速度v竖直向上抛出,做竖直上抛运动,则物体的重力势能—路程(Eps)图像应是下列四个图中的( )
【答案】A【解析】设物体能上升的最大高度为H,则上升过程,重力势能为Ep=mgs,即重力势能随路程的增大而增大;下降过程中,重力势能为Ep=mg(2H-s),即重力势能随路程的增大而减小,故A正确,B、C、D错误.
3.如图所示,一轻弹簧一端固定于O点,另一端系一重物,将重物从与悬点O在同一水平面且使弹簧保持原长的A点静止释放,让它自由摆下,不计空气阻力,在重物由A点摆向最低点B的过程中( )
A.重力做正功,弹力不做功B.重力做正功,弹力做正功,弹性势能增加C.若用与弹簧原长相等的细绳代替弹簧后,重力做正功,弹力做负功D.若用与弹簧原长相等的细绳代替弹簧后,重力做正功,弹力不做功
【答案】C【解析】用细绳拴住重物向下摆动时重力做正功,弹力不做功,C正确;用弹簧拴住重物下摆时,弹簧要伸长,重物轨迹不是圆弧,弹力做负功,弹性势能增加,重力做正功,且做功多,所以A、B、D错误.
4.摩天轮是一种大型转轮状的机械游乐设施,挂在轮边缘的是供搭乘的座舱.乘客坐在摩天轮座舱里,摩天轮慢慢地往上转,可以从高处俯瞰四周景色.我国目前最高的摩天轮——南昌之星的高度达到160 m.假设一个50 kg的乘客从地面乘坐该摩天轮到达最高点,g取10 m/s2,问:
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