第1章 第4节 势能及其改变-【导与练】2022-2023学年新教材高中物理必修第二册同步全程学习全书word（鲁科版）

第4节　势能及其改变 学习目标 课标解读 1.理解重力势能的概念,会用重力势能的定义进行计算。 2.理解重力势能的变化和重力做功的关系,知道重力做功与路径无关。 3.知道重力势能的相对性。 4.理解弹性势能的概念,会分析决定弹性势能大小的相关因素 1.通过回顾初中知识,建立重力势能的概念。 2.通过分析重力做功的特点体会重力做功和重力势能的关系。 3.利用势能概念的建立过程体会势能的相对性及系统性 一、重力势能 1.定义:物理学中,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.大小及标矢性:重力势能的大小与物体的质量和所处的高度有关,其大小为Ep=mgh,国际单位是焦耳,符号为J。重力势能是标量。 3.零势能参考平面:把高度规定为零的水平面,则物体在该水平面的重力势能为零。 二、重力做功与重力势能改变的关系 1.关系式:WG=Ep1-Ep2=-ΔEp。 2.关系理解 (1)物体重力势能的改变是由重力做功决定的。 (2)物体从高处下落时,重力做正功,重力势能减小;物体升高时重力做负功,重力势能增大。 三、弹性势能及其改变 1.定义:物理学中,把物体因为发生弹性形变而具有的能量称为弹性势能。 2.弹性势能的改变 (1)对于弹簧来说,在弹性限度范围内,拉伸或压缩的长度越长,弹簧的弹性势能越大。 (2)弹簧的弹性势能还与弹簧的劲度系数有关,当形变量一定时,劲度系数越大,弹簧的弹性势能越大。 3.势能:人们把由相对位置决定的能量称为势能。 1.思考判断 (1)重力做功与物体沿直线或曲线运动有关。(　×　) (2)不同物体在同一高度,重力势能可能不同。(　√　) (3)同一物体的重力势能Ep1=2 J,Ep2=-3 J,则Ep1>Ep2。(　√　) (4)重力做功WG=-20 J时,物体的重力势能减小20 J。(　×　) (5)弹簧越长,弹性势能越大。(　×　) (6)弹力做正功,弹性势能减少;弹力做负功,弹性势能增加。(　√　) 2.思维探究 (1)某物体从一位置运动到另一位置,重力是否一定做功? 答案:不一定。若物体运动过程中初、末位置在同一高度上,则重力不做功。 (2)三峡大坝横跨2 309 m,坝顶高程185 m,其2 240 万千瓦的装机容量为世界第一,2021年发电量1 036.49亿千瓦时,居世界第一。想一想,三峡大坝为何修建得那么高? 答案:三峡大坝的一个重要功能是利用水的机械能发电,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。 (3)弹弓通常是由两根橡皮筋和一个木叉制成的,如图所示。拉伸橡皮筋,可以把“子弹”射出去。拉伸的橡皮筋为什么可以把“子弹”射出去? 答案:拉伸的橡皮筋具有弹性势能。 要点一　对重力势能的理解 　如图所示,打夯时,质量为m的夯锤被高高举起,然后砸向地面。 (1)选择地面为零势能参考平面,夯锤在地面上的重力势能是多少?夯锤从地面被举高h后重力势能是多少? (2)选择离地面高度h处所在水平面为零势能参考平面,夯锤在地面上的重力势能是多少?夯锤在离地面高h处的重力势能是多少? 答案:(1)0;mgh。 (2)-mgh;0。 1.重力势能的正负 重力势能是标量,其数值可正可负可为零,表示的是相对大小,如图所示。物体在A、B、C三点重力势能的正负如表所示。 零势能参考平面 EpA EpB EpC 地面 正值 正值 零 桌面 正值 零 负值 A处水平面 零 负值 负值 2.重力势能的三个性质 (1)相对性。 由于重力势能表达式为Ep=mgh,高度h的相对性决定了重力势能具有相对性。对于同一物体,选取不同的水平面作为零势能参考平面,其重力势能具有不同的数值,即重力势能的大小与零势能参考平面的选取有关。 (2)变化的绝对性。 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与零势能参考平面的选取无关。 (3)系统性。 重力是地球对物体吸引而产生的,如果没有地球对物体的吸引,就不会有重力,也不存在重力势能,所以重力势能是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。 [例1] (2022·福建福州月考)如图所示,桌子放于水平地面上,桌面高为h2。一质量为m的小球处于桌面上方h1高处的a点,重力加速度为g,小球从a点下落到地面上的c点,下列说法正确的是(　D　) A.若以桌面为零势能参考平面,小球在a点的重力势能为mg(h1+h2) B.若以桌面为零势能参考平面,小球在c点的重力势能为mgh2 C.若以地面为零势能参考平面,小球从a点下落至c点的过程中,重力势能减少mgh1 D.若以地面为零势能参考平面,小球从a点下落至c点的过程中,重力势能减少mg(h1+h