第4章 第4节 势能（Word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理必修第二册（教科版2019）

第4节　势能 核心素养导学 物理观念 (1)知道重力做功的特点。 (2)理解重力势能的定义和表达式。 (3)了解弹性势能的概念及决定因素。 科学思维 (1)通过不同路径重力做功的分析，归纳出重力做功与路径无关的特点。 (2)通过重力做功与重力势能变化的关系，体会功能关系。 (3)知道重力势能的大小与参考平面的选取有关，即重力势能具有相对性，但重力势能的变化量与参考平面的选取无关。 科学态度与责任 熟练掌握具体应用中重力做功和重力势能的特点和计算方法。 一、重力做功的特点 1．表达式：WG＝mg·Δh＝mgh1－mgh2，式中Δh指初位置与末位置的高度差。h1、h2分别指初位置、末位置的高度。 2．特点：物体运动时，重力对它做的功只跟它的质量和初、末两个位置的高度差有关，而跟物体运动的路径无关。 二、重力势能 1．重力势能 (1)定义：由物体的位置决定的一种能量。 (2)表达式：Ep＝mgh。 (3)标矢性：重力势能是标量(选填“标量”或“矢量”)，只有大小，没有方向。 (4)单位：焦耳，符号：J。 2．重力做功与重力势能变化的关系 (1)表达式：WG＝Ep1－Ep2＝－ΔEp。 (2)两种情况： ①当物体从高处运动到低处时，重力做正功，重力势能减少，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。 3．重力势能的相对性：物体处于不同的高度，它的重力势能就不同，就需要选择参考平面。选择不同的参考平面，物体重力势能的数值是不同的。 重力势能的大小与参考平面的选取有关，但重力势能的变化量与参考平面的选取无关。　　 三、弹性势能 1．定义：物体由于发生弹性形变而具有的能量。 2．影响弹性势能的因素：一个物体的弹性势能的大小与弹性形变的大小有关，弹性形变越大，弹性势能越大。 3．弹力做功与弹性势能变化的关系：弹簧弹力做正功，弹性势能就减少；弹簧弹力做负功，弹性势能就增加。 四、势能是系统所共有的 1．重力势能是地球和受重力作用的物体组成的系统所共有的，而“物体的重力势能”只是一种通俗的说法。 2．弹性势能是弹力装置与受弹力作用的物体组成的系统所共有的。 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)如果选山顶为参考平面，游客由山顶到山底过程中，各位置处的重力势能为负值。(√) 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] 图甲所示为黄果树瀑布的美景，图乙所示为我国的三峡大坝水电站的泄洪图，图丙所示为我国的跳水运动员在比赛中的情景。结合上述情景思考以下问题： (1)瀑布和水电站的水从高处流下，水的重力势能怎样变化？是不是水的落差越大，水的重力势能就越大？ (2)跳水运动员先高高跃起再落入水中，怎样比较运动员在不同位置重力势能的大小？重力势能的大小与哪些因素有关？ 提示：(1)瀑布和水电站的水从高处流下，水的重力势能减小。重力势能具有相对性，水的落差越大，重力势能不一定大，但水的重力势能变化越大。 (2)选择相同的零势能面，比较运动员在不同位置重力势能的大小。重力势能的大小与质量及相对于零势能面的高度有关。　　　　 [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。正值表示物体处于参考平面上方，负值表示物体处于参考平面下方 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