第四章 第4节 势能-【高考领航】2023-2024学年高中物理必修第二册同步核心辅导与测评（教科版）

第4节　势能 新课程目标 核心素养 1.理解重力势能的概念，会用重力势能的定义式进行计算。知道重力势能具有相对性和系统性。 2.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。 3.知道重力势能的变化与重力做功的关系，并能解释生产生活中的有关问题。 4.了解弹性势能变化与弹力做功的关系，并能解释实际问题。进一步形成能量变化可用功来量度的观念。 1.物理观念：理解重力势能的概念，知道重力做功与重力势能变化的关系、重力势能的相对性，定性了解弹性势能。 2.科学思维：经历重力势能概念的建立过程，了解“势”的含义，理解重力势能的定义及表达式，会用表达式进行计算。 3.科学态度与责任：了解实际生活中的重力做功现象，通过对比形成严肃认真的科学态度。 　重力做功的特点 1．重力做功关系式：WAB＝mg·Δh＝mgh1－mgh2。 2．重力做功的特点：重力对物体所做的功与物体的运动路径无关，仅由物体的质量和初、末两个位置的高度差决定。 　重力势能 1．定义：由物体的位置决定的一种能量。 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．重力势能的相对性 (1)零势能面：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都为零。零势能面原则上是可以任意选取的，通常情况下选取地面为参考平面。 (2)相对性：物体的重力势能的数值是相对的，物体的重力势能可以取正、零、负值，其正负不表示方向，只表示物体位于参考平面的上方或下方。 6．重力做功与重力势能变化的关系 (1)当物体由高处运动到低处时，重力做正功，重力势能减少。也就是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，也就是WG<0, Ep1<Ep2。 (3)重力做功与重力势能变化的关系式：WG＝Ep1－Ep2＝－ΔEp。 　弹性势能 1．弹性势能：物体由于发生弹性形变而具有的能量。 2．影响弹性势能大小的因素：一个物体的形变量越大，弹性势能越大。 　势能是系统所共有的 1. 我们常常说“物体的重力势能”，只是一种通俗的说法，实际上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。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。 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。 [课前小练] 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)重力做功与物体沿直线或曲线运动有关。(×) (2)物体只要运动，其重力一定做功。(×) (3)同一物体在不同位置的重力势能分别为Ep1＝3 J，Ep2＝－10 J，则Ep1<Ep2。(×) (4)物体由高处到低处，重力一定做正功，重力势能一定减少。(√) (5)重力做功一定与路径无关，只与初、末位置的高度差有关。(√) (6)劲度系数不变的弹簧的弹性势能的大小取决于弹性形变的大小。(√) 2．关于重力势能的说法正确的是(　　) A．重力势能仅由重物本身的因素决定 B．重力势能有负值，因此说重力势能是矢量 C．重力做功才有重力势能，重力不做功，物体就不具有重力势能 D．重力做功引起重力势能变化 解析：选D　重力势能与重物的重量、高度等有关，故A错误；重力势能是标量，其负值表示重力势能低于零势能面，故B错误；重力做功时重力势能发生改变，但不做功时物体也具有重力势能，故C错误；重力做功引起重力势能变化，故D正确。 3．下列物体中，具有弹性势能的是(　　) A．被举高的重物 B．弯曲的撑竿 C．飞行的子弹 D．滚动的足球 解析：选B　发生弹性形变的物体具有弹性势能，故选项B正确，A、C、D错误。 　重力做功与重力势能变化的关系 [思考探究] 瀑布中的水落下的过程中重力做什么功？重力势能怎么变？ 提示：正功　减小 [思维深化] 1．重力做功 W＝mgh，重力做功与路径无关，只与初末位置的高度差有关。 h为初末位置的高度差。 2．重力做功与重力势能改变量的关系 (1)重力做功的大小等于重力势能的改变量。WG＝Ep1－Ep2＝mgh1－mgh2＝mg(h1－h2)＝mg·Δh。 (2)物体从高处往低处运动，重力做正功，重力势能减小，物体从低处向高处运动，重力做负功，重力势能增加。 (3)重力做功和重力势能的改变量均与零势能面的选取无关。 　2021年8月3日，在2020东京奥运会男子撑竿跳决赛中，身高1.81 m体重79 kg的瑞典田径运动员杜普兰蒂斯以6.02米的成绩获得冠军，杜普兰蒂斯被誉为“撑竿跳天才”。请你回答以下两个问题：g取10 m/s2。 (1)他最后跳过6.02 m时，至少克服重力做多少功？ (2)他的重力势能改变了多少？ 解析：(1)人的重心大约在人身高