第1章 第4节 势能及其改变（Word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理必修第二册（鲁科版2019）

第4节　势能及其改变(强基课—逐点理清物理观念) 课标要求 层级达标 1.理解重力势能，知道重力势能的变化与重力做功的关系。 2.定性了解弹性势能。 学考层级 1.形成初步的重力势能和弹性势能的概念。 2.了解重力势能在生活、生产中的应用，培养正确的科学态度。 选考层级 1.理解重力势能的变化和重力做功的关系，知道重力做功与路程无关。 2.能根据重力做功与重力势能进行分析，获得结论。 逐点清(一)　重力势能 [多维度理解] 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。 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。 1．重力势能的特性 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 (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。 [全方位练明] 1．判断下列说法是否正确。 (1)重力势能是物体和地球组成的系统共同具有的能量。(√) (2)h越大的物体具有的重力势能越大。(×) (3)物体的质量大，所具有的重力势能不一定大。(√) (4)同一物体在不同高度的重力势能为Ep1＝2 J，Ep2＝－3 J，则Ep1>Ep2。(√) 2.将质量为m、可视为质点的小球，从离地面h高处竖直向上抛出，最高点与地面间的距离为H，如图所示。取抛出点所在水平面为零势能参考平面，重力加速度大小为g。小球在最高点的重力势能为(　 ) A．mgh B．mgH C．mg(H－h) D．mg(H＋h) 解析：选C　由重力势能Ep＝mgh，其中h为此位置距零势能参考平面的距离，在本题中为(H－h)，故Ep＝mg(H－h)，故C正确。 3．(2023·福州学考检测)一实心铁球与一实心木球质量相等，将它们放在同一水平面上，下列说法正确的是(　 ) A．铁球的重力势能大于木球的重力势能 B．铁球的重力势能等于木球的重力势能 C．铁球的重力势能小于木球的重力势能 D．上述三种情况都有可能 解析：选C　准确理解重力势能表达式Ep＝mgh中每个量的确切含义是分析问题的关键(“h”表示物体重心相对参考平面的高度)。由于铁球和木球的密度不同，所以质量相等的实心铁球和实心木球相比，木球的体积较大，放在同一水平面上时，木球的重心高，因此木球的重力势能大于铁球的重力势能，故C正确，A、B、D错误。 逐点清(二)　重力做功与重力势能改变的关系 [多维度理解] 1．重力做功的特点：重力做功与始末位置的高度差有关，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：重力对物体做多少正功，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。 　重力做功与重力势能的比较 重力做功 重力势能 物理意义 重力对物体做功 由物体与地球的相互作用产生，且由它们之间的相对位置决定的能 表达式 WG＝mgΔh Ep＝mgh 影响大小的因素　 重力mg和初、末位置的高度差Δh 重力mg和相对零势能参考平面的高度h 特点 只与初、末位置的高度差有关，与路径及零势能参考平面的选择无关 与零势能参考平面的选择有关，同一位置的物体，选择不同的零势能参考平面，其重力势能的值不同 过程量 状态量 [典例]　一个100 g的球从1.8 m的高处落到一个水平板上又弹回到1.25 m的高度，则整个过程中重力对球所做的功及球的重力势能的变化是(g取10 m/s2)(　 ) A．重力做功为1.8 J B．重力做了0.55 J的负功 C．球的重力势能一定减少0.55 J D．球的重力势能一定增加1.25 J [解析]　整个过程重力对球做正功，其大小为WG＝mgΔh＝mg(h1－h2)＝0.55 J，A、B错误；重力做正功，重力势能减少，且重力做多少正功，重力势能就减少多少，因此球的重力势能减少了0.55 J