第1章 第4节 势能及其改变（Word教参）-【优化指导】2022-2023学年新教材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 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 1.知道重力势能的定义，并记住其公式、单位等． 2．理解重力势能与重力势能改变的不同． 3．理解弹性势能的概念． 能推导并理解重力做功与路径无关的特点，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． 通过实验探究重力势能和弹性势能与那些因素有关． 经历实验探究和理论推理过程，使学生从中领略到物理等自然科学中所蕴含的严谨的逻辑关系，有较强的学习和研究物理的兴趣． [对应学生用书P20] 知识点一 重力势能 1.定义：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． 5．零势能参考平面❶：高度规定为零的水平面．任何物体在该平面上的重力势能均为零． 1．重力势能是标量，只有大小，没有正、负之分． (×) 2．不同物体在同一高度，重力势能可以不同．(√) 3．在地面上的物体，它具有的重力势能一定等于零．(×) 知识点二 重力做功与重力势能改变❷的关系 1.重力做功的特点：重力做功与路径无关，只与始末位置的高度差有关． 2．关系式：WG＝Ep1－Ep2＝－ΔEp． 3．两者间的关系❸： (1)当物体从高处运动到低处时，重力做正功，重力势能减少❹，即WG＞0，Ep1＞Ep2. (2)当物体由低处运动到高处时，重力做负功，重力势能增加，即WG＜0，Ep1＜Ep2.重力做负功也可以说成物体克服重力做功❺． 1．只要重力做功，重力势能一定变化．(√) 2．重力做5 J的正功，重力势能增加了5 J． (×) 3．跳伞运动员从某一高度跳下，有风和无风时，由于运动路径不同，重力做功不同． (×) 知识点三 弹性势能及其改变 1.定义： 物体因为发生弹性形变而具有的能量❻． 2．影响弹性势能的因素：一个物体弹性势能的大小，取决于弹性形变的大小． 3．弹力做功与弹性势能的改变： 物体弹性势能的改变总是与弹力做功相对应，即弹力对外做了多少功，弹性势能就减小多少，克服弹力做了多少功，弹性势能就增大多少． 4．势能：由相对位置决定的能称为势能，势能是存储于一个物体系统内的能量，不是物体单独具有的 ❼，包括重力势能和弹性势能． 1．弹簧越长，弹性势能越大 (×) 2．弹性势能与物体的形变量有关．(√) 3．弹力做正功，弹性势能就增大；弹力做负功，弹性势能就减小．(×) 批注❶：(1)零势能参考平面的选择是任意的，选取原则是为了研究问题方便；研究地面上的物体，一般取地面为参考面． (2)物体的重力势能是相对的，它是相对于零势能参考面而言的．物体的重力势能可以取正、零、负值，其正负不表示方向，只表示重力势能的大小． 批注❷：重力势能的改变量与参考平面的选取无关． 批注❸：重力势能的改变是由重力做功决定的，与是否存在其他作用力及其他力是否做功无关． 批注❹：重力对物体做多少正功，物体的重力势能就减少多少． 批注❺：物体克服重力做多少功，物体的重力势能就增加多少． 批注❻：任何物体在发生弹性形变的过程中就储存了弹性势能．弹簧的长度为原长时，弹性势能为0. 批注❼：重力势能是物体与地球所组成的“系统”共有的，不是物体单独具有的． [对应学生用书P21] 探究点一　重力势能与重力势能的变化　(能量观念之形成) ►情境探究 三峡大坝横跨2 309 m，坝高185 m，其1 820万千瓦的装机容量为世界第一，847亿千瓦时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． ►探究归纳 1．重力势能的性质 系统性 重力势能是物体和地球所组成的系统共同具有的能量，不是地球上的物体单独具有的 相对性 重力势能Ep＝mgh与参考平面的选择有关，式中的h是物体重心到参考平面的高度 任意性 视处理问题的方便而定，一般选择地面或物体运动时所达到的最低点为零势能面 绝对性 物体从起点运动到终点的过程中，重力势能的变化量与参考平面的选取无关，是绝对的 2.重力势能的正负 重力势能是标量但有正负值，其正、负表示物体重力势能相对于参考平面所具有的重力势能的大小． (1)正值表示：物体位于参考平面以上，其重力势能Ep>0. (2)负值表示：物体位于参考平面以下，其重力势能Ep<0. 3．重力势能的变化 重力势能的变化(ΔEp)是指一个物体在运动过程中末状态的重力势能Ep2(相对于参考平面的高度为h2)与初状态的重力势能Ep1(相对于同一参考平面的高度为h1)两者的差值，即 ΔEp＝Ep2－Ep1＝mgh2－mgh1 (1