8.2重力势能 课件-2022-2023学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

重力势能 新课导入 雪崩 2002年９月２１日上午，俄罗斯高加索北奥塞梯地区的一个村庄发生雪崩，造成至少１００人失踪。 陨石坑 美国内华达州亚利桑那 美国内华达州亚利桑那陨石坑。这个陨石坑是5万年前，一颗直径约为30～50米的铁质流星撞击地面的结果。这颗流星重约50万千克、速度达到20千米／秒，爆炸力相当于2000万千克梯恩梯(TNT)，超过美国轰炸日本广岛那颗原子弹的一千倍。爆炸在地面上产生了一个直径约1245米，平均深度达180米的大坑。据说，坑中可以安放下20个足球场，四周的看台则能容纳200多万观众。 几个概念 力：物体之间的相互作用。 重力：物体由于地球的吸引而受到的力 势能：相互作用的物体凭借其位置而具有的 能量。 一个新的概念——重力势能 重力势能： 物体由于被举高而具有的能叫做重力势能。 物体的高度发生变化时，重力要做功：物体被举 高时，重力做负功；物体下降时，重力做正功。 因此，认识这种势能，不能脱离对重力做功的研究。 一、重力做功 WG=mgh =mg(h1－h2) =mgh1－mgh2 物体竖直下落 A h B m WG=mgLcos θ =mgh =mg(h1－h2) =mgh1－mgh2 物体沿斜线运动 A C h θ m L W1=mglcosθ1=mg △h 1 W=W1+W2+W3+ …… W=mg △h 1+ mg △h 2 + mg △h 3 +…… =mg （△h 1+ △h 2 + △h 3 ……) =mgh =mgh1－mgh2 A △h 1 θ m L 物体沿曲线运动 A C h Δh1 Δh2 Δh3 可见物体在从A运动到B的过程中无论是直线还是曲线重力做功： 只跟它的起点和终点的位置（高度差）有关，与物体运动的路径无关。 即：WG = mgΔh 可见,重力做的功等于“mgh”这个量的变化，在物理学中， “mgh”是一个由特殊意义的物理量，就用这个物理量表示物体的重力势能。 二、重力势能 1、定义：物体由于被举高而具有的能叫做重力势能。标量，状态量。 2、重力势能的表达式： Ep = mgh m — 物体的质量，单位：千克（kg） g — 重力加速度，单位：米／秒2（m／s2） h —物体的高度，单位：米（m） Ep — 物体的重力势能，单位：焦（J） 即：物体的重力势能等于物体的重量和它的高度的乘积． 三、重力做功与重力势能的变化关系 WG = Ep1 - Ep2 重力做功WG (正、负） 重力势能EP （增加、减少） 重力做功和重力势能变化的关系 物体 上升 物体 下降 物体克服重力做的功等于重力势能的增加 重力做的功等于重力势能的减少 负功 正功 增加 减少 四、重力势能的相对性 因为高度是一个相对量，所以重力势能也是一个相对量，因此，重力势能具有相对性。要确定物体在某位置处的重力势能，必须选定一个参考平面——零势能面。 在零势能面上方的物体的高度是正值，重力势能也是正值； 在零势能面下方的物体的高度是负值，重力势能也是负值。 势能是状态量、标量。+、–表示大小，不代表方向。 参考平面的选取是任意的，选取哪个平面做参考平面，可视问题的方便而定，通常选地面为参考面。 五、重力势能的系统性 重力势能属于物体和地球组成的系统 。 必须指出的是，重力势能跟重力做功密切相关，而重力是地球与物体之间的相互作用力。也就是说，倘若没有地球，就谈不上重力。所以，严格说来，重力势能是地球与物体所组成的这个物体“系统”所共有的，而不是地球上的物体单独具有的。 平常所说的“物体”的重力势能，只是一种习惯简化的说法。 例1： 如图，质量0.5kg的小球，从桌面以上h1=1.2m的A点落到地面的B点，桌面高h2=0.8m．请按要求填写下表。(g=9.8m/s2) h1 h2 A B 参考 平面 小球在A点重力势能 小球在B点重力势能 下落过程小球重力做功 下落过程小球重力势能变化 桌面 地面 ►选取不同的参考平面,物体的重力势能的数值不同 ►对一个确定的过程，WG和△EP与参考面的选择无关 5.88J -3.92J 9.8J 9.8J 9.8J 0 9.8J 9.8J 例2：质量为 0. 5 kg 的钢球，在离地面10 m 高处自由下落 1 s 后，它的重力势能减少了多少？当它自由下落到地面时，钢球获得的动能多大？ 解：以地面为零势能面，E0 = 0 。钢球自由下落