2013年高中物理新课标多媒体教学课件：41 势能的变化与机械功（28张ppt）（沪科版必修2）含视频

4.1 势能的变化与机械功 第4章 能量守恒与可持续发展 1、知道什么是重力势能。 2、掌握重力做功和重力势能的关系。 3、探究重力做功的特点，并会通过重力做功讨论重力势能的变化。 同学们见过打桩机工作的情景吗？在建筑工地上，一台台打桩机巍然耸立，重锤在绞车钢丝绳的帮助下上升到一定高度后自由落下，把一根根桩打入地下。 让我们来观看一段打桩的过程，同时思考几个问题。 重锤下落过程中，重力对重锤做什么功？ 重力做功有什么特点呢？ 重力做功和重力势能的变化有什么关系？ 重力做功和重力势能 重力势能的大小： 如图是打桩机工作的示意图，打桩机重锤的质量为m，重锤所受到的重力为G=mg。重锤从离地面高 处，自由下落至高为 处（铁桩的顶端）。 重锤的位移 重力做的功 我们把式中 叫做物体的重力势能。 这个量跟物体的质量和离地面的高度有关，用Ep表示。 物体的重力势能等于它受到的重力和它的高度的乘积。 表达式： 文字表述： 单位： 焦耳（J） 重力做功跟重力势能的变化 当重锤从高处h1下落到低处h2的过程中，重力做正功，重锤的重力势能减少。 反之，当重锤从低处h2上升到高处h1的过程中，重力做负功，重锤的重力势能增加。 重力做的功等于重力势能的变化量的负值。 案例分析： 一台打桩机重锤的质量是250kg，重锤在打桩机顶端时，离地面的高度是20m。 （1）当重锤被钢丝绳拉着从地面匀速上升到打桩机顶端时，重力对重锤做了多少功？重锤的重力势能变化了多少？ （2）当钢丝绳松弛，重锤从打桩机顶端自由落到地面时，重力做了多少功？重锤的重力势能变化了多少？ 解析：（1）重力做功 （2）重力做功 功是能量变化的量度，可以通过重力做功来确定重力势能的变化。 重力做功的特点： 重力做功跟物体经过的路径有没有关系呢？ 看课本图4-3，思考：两个质量相同的同学，登上高为h的阶梯，走楼梯和爬竖梯重力做功是否相同呢？ 重力做功和运动的路径有关系吗？ 如果不是走阶梯而是沿斜面上升h，做功是否有变化？ 解析：爬楼梯可以简化为以下模型 重力对爬楼梯的人做功 重力对爬竖梯的人做功 重力对两个学生所做的功相同。 如图，沿斜面上升时设斜面与水平方向的夹角为 ，斜面长为L，重力对物体做功 如果运动路径为任意曲线，结果还一样吗？如何验证呢？ 一样的，可以用微分的思想把曲线分割成若干小段，则每一小段可看作一斜面，继而求出做功的大小。 结论： 重力做功与运动的路径无关，取决于物体的质量和初末位置的高度差。 重力势能的大小与参考平面的选择有关，h为物体到参考平面的高度差。重力做功与参考平面的选取无关，与高度差有关。 案例分析： 如图是地图上某小山包的等高线图， 为山包上的三个点在地图上的位置。 （1）若选择海平面为重力势能参考平面，质量为 55kg的学生在 位置时的重力势能是多大？ 从 位置上升到 位置，重力做了多少功？ 解析： 等高线就是物体与海平面的高度差，所以 重力做功 （2）若选择100m的等高线所在平面为重力势能参考平 面，质量为55kg的学生在 位置时的重力势能是多 大？从 位置上升到 位置，重力做了多少功？ 解析： 重力做功 到参考平面的高度差 到参考平面的高度差 引力势能和弹性势能 一切受到吸引力或排斥力作用的物体都具有势能，例如电场中的电荷有势能，组成物质的分子之间也有势能。 压缩或拉伸的弹簧能够对外做功，说明它也具势能。像这种由于发生弹性形变具有的势能叫做 弹性势能。 设弹簧的劲度系数为 ，弹簧的伸长量或压缩量为 ，则弹簧的弹性势能 1．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 ABD 2、物体在运动过程中，克服重力做功50J，则：（ ） A、重力做功为50J B、物体的重力势能一定增加了50J C、物体的重力势能为50J D、重力做了50J的负功 BD 解析：克服重力做功50J即重力做了50J负功，而重力势能的变化量等于重力做功的负值，所以势能增加了50J。 3、沿高度相同，坡度不同，粗糙程度也不同的斜面向上拉同一个物体到顶端，在下列说法中正确的是（ ） A.沿坡度小，长度大的斜面上升克服重力做的功多 B.沿坡度大，粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功多 C.沿坡度长，粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功多 D.以上几种情况下克服重力所做的功一样多 D 解析：重力做功和路径无关，与其他外力无关。 4、桌子到地面的高度为0.8m，在桌面上方高0.2