8.2　重力势能-2021-2022学年高一物理教学一体案（人教版2019必修第二册）

§8-2 重力势能 一、学习目标 1.认识重力做功与物体运动路径无关的特点. 2.理解重力势能及重力做功与重力势能变化的关系. 3.知道重力势能具有相对性,知道重力势能是物体和地球所组成的系统所共有的. 4.理解弹性势能的概念,知道影响弹性势能大小的相关因素. 二、学习过程 【问题探究】如图所示,一个质量为m的物体,从高度为h1的位置A分别按下列三种方式运动到高度为h2的位置B,在这个过程中,思考并讨论以下问题: (1)求出图甲情形中重力做的功; (2)求出图乙情形中重力做的功; (3)求出图丙情形中重力做的功; (4)重力做功有什么特点? 【知识点1】重力做的功 1.重力所做的功WG=mgΔh,Δh指初位置与末位置的高度差. 2.重力做功的特点:物体运动时,重力对它做的功只跟它的起点和终点的位置有关,而跟物体运动的路径无关. 例题1、将一个物体由点移至点,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、减速还是匀速运动有关 D. 与物体初、末位置的高度差有关 例题2、某游客带着孩子游泰山时,不小心将手中质量为的皮球滑落,球从山上的位置滚到了山脚下的位置,高度标记如图所示,则下列说法正确的是重力加速度为 A. 从到的曲线长度不知道,无法求出此过程重力做的功 B. 从到过程中阻力大小不知道,无法求出此过程重力做的功 C. 从到重力做功 D. 从到重力做功 【问题探究】为什么说重力势能具有相对性?重力势能的变化与参考平面的选取有关吗? 【知识点2】重力势能 1.定义:物体由于被举高而具有的能量叫重力势能. 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=mgh. 3.单位:焦耳. 4.重力做功和重力势能变化的关系:重力做正功,重力势能减少,重力做负功,重力势能增加.关系式:WG=Ep1-Ep2. 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水平面来说的,这个水平面叫作参考平面,在参考平面上物体的重力势能取为0. ②重力势能的相对性:Ep=mgh中的h是物体重心相对参考平面的高度.选择不同的参考平面,物体重力势能的数值是不同的,但重力势能的差值相同.(后两空选填“相同”或“不同”) ③标矢性:重力势能为标量,其正负表示重力势能的大小.物体在参考平面上方时,物体的高度为正值,重力势能为正值;在参考平面下方时,物体的高度为负值,重力势能为负值. 例题3、下列关于重力势能的说法中正确的是 A. 物体的位置一旦确定,它的重力势能的大小也随之确定 B. 物体与零势能面的距离越大,它的重力势能也越大 C. 一个物体的重力势能从变化到,重力势能变小了 D. 重力势能减小时,重力对物体做正功 例题4、质量为的小球,从离桌面高处由静止下落,桌面离地面高度为,重力加速度为,如图所示,若以最高点为参考平面,那么小球落地时的重力势能及整个下落过程中重力势能的变化分别为 A. ,减少 B. ,增加 C. ,减少 D. ,增加 跟踪训练:在地面上放一张桌子,桌面距地面为,一物体质量为,放在高出桌面的支架上,重力加速度取. 以地面为参考平面,求物体具有的重力势能以及物体由支架下落到桌面的过程中重力势能的减少量; 以桌面为参考平面,求物体具有的重力势能以及物体由支架下落到桌面的过程中重力势能的减少量. 【问题探究】如图所示,物体与弹簧相连,物体在O点时弹簧处于原长,把物体向右拉到A处静止释放,物体会由A向A′运动,A、A′关于O点对称,则: (1)物体由A向O运动的过程中,弹力做什么功?弹性势能如何变化? (2)物体由O向A′运动的过程中,弹力做什么功?弹性势能如何变化? (3)在A、A′处弹性势能有什么关系? 【知识点3】弹性势能 1.定义:发生弹性形变的物体的各部分之间,由于有弹力的相互作用而具有的势能,叫弹性势能. 2.影响弹性势能的因素 (1)弹性势能跟形变大小有关:同一弹簧,在弹性限度内,形变大小越大,弹簧的弹性势能就越大. (2)弹性势能跟劲度系数有关:在弹性限度内,不同的弹簧发生同样大小的形变,劲度系数越大,弹性势能越大. 例题5、关于弹性势能,下列说法中正确的是 A. 只要发生形变的物体都具有弹性势能 B. 弹性势能是一个矢量 C. 当弹簧的弹力做正功时,弹性势能增加 D. 弹性势能必须通过弹力做功改变 例题6、如图所示,在光滑水平面上有一物体,它的左端栓连一轻质弹簧,弹簧的另一端固定在墙上,在力作用下物体处于静止状态,当撤去力后,物体将向右运动,在物体向右运动的过程中,下列说法正确的是 A. 弹力一直做正功,弹性势能减少,物体的动能增加 B. 弹力一直做正功,弹性势能增加,物体的动能增加 C. 弹力先做正功后做负功,弹性势能先减少后增加,物体的动能先增