第1章 第4节 势能及其改变 （Word教参）-【新课程学案】新教材2022-2023学年高中物理必修第二册（鲁科版2019）

第4节　势能及其改变 核心素养导学 物理观念 (1)理解重力势能的概念，会用重力势能的定义式进行计算。 (2)知道重力势能具有相对性和系统性。 科学思维 (1)能推导并理解重力做功与路径无关的特点。 (2)在推导中体会分析综合、推理论证、从特殊情况到一般规律的科学思维方法。 科学探究 (1)通过简单实验，探究影响重力势能大小的因素。 (2)通过简单实验，探究影响弹性势能大小的因素。 科学态度与责任 理解重力做功与重力势能的关系，并能用这一结论解决一些实际生活中的简单问题。 一、重力势能 1．定义：把物体因为处于一定的高度而具有的能量称为重力势能。 2．公式：Ep＝mgh。 3．单位：焦耳，符号J。 4．标矢性：重力势能是标量，但有正、负之分。 5．相对性 (1)零势能参考平面： 把高度规定为零的水平面。任何物体在该平面上的重力势能为零。参考平面的选取是任意的，通常情况下选取地面为参考平面。 (2)相对性： 物体的重力势能是相对的，它是相对于零势能参考平面而言的。物体的重力势能可以取正、零、负值，其正负不表示方向，只表示物体位于零势能参考平面的上方或下方。 二、重力做功与重力势能改变的关系 1．重力做功的特点：重力做功与始末位置高度差有关，与路径无关。只要始末位置的高度差相同，重力做功就相同。 2．两者间的关系：重力对物体做多少功，物体的重力势能就减小多少；物体克服重力做多少功，物体的重力势能就增大多少。 3．关系式：WG＝Ep1－Ep2＝－ΔEp。 重力势能的大小与零势能参考平面的选取有关；但重力势能的变化量与零势能参考平面无关。　　 三、弹性势能及其改变 1．弹性势能：物体因为发生弹性形变而具有的能量。 2．影响弹簧弹性势能的因素 (1)弹簧弹性形变的大小。 (2)弹簧的劲度系数的大小。 3．弹性势能的改变：物体弹性势能的改变总是与弹力做功相对应，即弹力对外做多少功，弹性势能就减小多少；反之，克服弹力做多少功，弹性势能就增大多少。 4．势能：由相对位置决定的能，包括重力势能和弹性势能。 1.如图所示为张家界的百龙天梯，其垂直高度约为335米。游客可以乘坐天梯由山顶到达山底，也可沿着山路从山顶步行到山底。 请对以下结论作出判断： (1)游客乘坐天梯由山顶到达山底过程中重力做功较多。(×) (2)游客沿着山路从山顶步行到山底过程中重力做功较多。(×) (3)游客乘坐天梯和沿着山路从山顶到山底过程中重力势能的减少量相同。(√) (4)如果选山顶为零势能参考平面，游客由山顶到山底过程中，重力势能为负值。(√) 2．如图所示，图甲为卷紧的发条，图乙为捏好的橡皮泥娃娃。 (1)图甲中卷紧的发条是否具有弹性势能？ (2)图乙中捏好的橡皮泥娃娃是否具有弹性势能？ 提示：(1)具有弹性势能　(2)不具有弹性势能 新知学习(一)|对重力势能的理解 [任务驱动] 如图所示，三峡大坝横跨2 309 m，坝高185 m。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，使更多的重力势能转化为电能。　　　　 [重点释解] 1．对重力势能的理解 状态量 重力势能是状态量，与物体所处的位置(或时刻)相对应 标矢性 重力势能是标量，只有大小，没有方向，但有正负。正值表示物体处于零势能参考平面上方，负值表示物体处于零势能参考平面下方 相对性 重力势能Ep＝mgh，高度h的相对性决定了重力势能具有相对性。重力势能的大小与零势能参考平面的选取有关 系统性 重力是地球对物体吸引而产生的，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 2．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零势能参考平面的选取无关。 [针对训练] 1．下列关于重力势能的说法正确的是(　 ) 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．物体与零势能参考平面的距离越大，它的重力势能也越大 C．一个物体的重力势能从－5 J变化到－3 J，重力势能增大了 D．地面上的物体的重力势能一定等于零 解析：选C　物体的重力势能与零势能参考平面有关，同一物体在同一位置相对不同的零势能参考平面的重力势能不同，A错误；物体在零势能参考平面以上，距零势能参考平面的距离越大，重力势能越大，物体在零势能参考平面以下，距零势能参考平面的距离越大，重力势能越小，B错误；重力势能中的正、负号表示大小，－5 J的重力势能小于－3 J的重力势能，C正确；只有选地面为零势能参考平面时，地面上的物体的重力势能才为零，否则不为零，D错误。 2.(2021·山东学考)将质量为m，可视为质点的