第四章 第4节　势　能（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理必修第二册（教科版2019）

第4节　势　能 课程内容要求 核心素养提炼 1．知道重力做功与路径无关的特点． 2．掌握重力势能的概念，理解重力势能的相对性． 3．了解弹性势能的概念．知道势能是系统所共有的量． 1．物理观念：重力势能、弹性势能． 2．科学探究：探究重力做功的特点． 3．科学思维：确定重力势能的方法；理解重力势能的相对性． [对应学生用书P72] 1．特点：只跟物体运动的初、末位置和物体质量有关，而跟物体运动的路径无关． 2．表达式：WG＝mgh＝mg·(h1－h2)，其中h1、h2分别表示物体起点和终点的高度． [思考] 如图所示，两只完全相同的小球分别从高处沿竖直方向和斜面向下运动．假设小球初、末位置的高度都相同，那么这两个过程中重力对小球所做的功是否相同？ 提示　相同　WG＝mgΔh＝mg(h1－h2) 1．定义：物体由于位于高处而具有的能量． 2．大小：等于物体所受的重力与它所处位置的高度的乘积，表达式为Ep＝mgh． 3．单位：焦耳，与功的单位相同． 4．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，重力势能减小，即WG＞0，E p1＞Ep2. ②当物体由低处运动到高处时，重力做负功，重力势能增大，即WG＜0，Ep1＜Ep2.重力做负功也叫作克服重力做功． [判断](对的画“√”，错的画“×”) (1)重力势能的变化量与参考平面的选取无关．(√) (2)物体克服重力做功，物体的重力势能不一定增加.(×) 1．弹性势能 (1)定义：物体由于发生弹性形变而具有的能量． (2)决定因素：弹簧的弹性势能的大小与弹簧被拉伸或压缩的长度以及弹簧的劲度系数有关． 2．势能的系统性 (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． (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． [判断](对的画“√”，错的画“×”) (1)发生弹性形变的物体不一定具有弹性势能．(×) (2)弹簧弹力做正功时，弹性势能增加．(×) [对应学生用书P73] 探究点一　重力做功的特点 如图所示，将质量为m的物块从A移到B，可以有以下不同路径，分别求出沿不同路径移动物体时重力做的功． (1)沿着AOB路径①移动． 提示　AO段重力做的功W1＝mgh，OB段重力做的功W2＝0，故整个过程重力做的功W＝mgh. (2)沿着直线AB路径②移动． 提示　设AB长为l，则重力做的功 W＝mgl cos (90˚－α)＝mgl sin α＝mgh. (3)沿着任意曲线ACB路径③移动． 提示　把整个路径分成很多段，每一段均可看作倾斜的直线．设每段小斜线的高度差分别为Δh1、Δh2、Δh3……物体通过每一小段重力做的功分别为mgΔh1、mgΔh2、mgΔh3……整个过程中重力做的功W＝mgΔh1＋mgΔh2＋mgΔh3＋…＝mgh. 1．重力所做的功跟物体的运动路径无关，跟物体初位置和末位置的高度差有关． 2．重力是恒力，大小不变，方向总是竖直向下，根据恒力做功的公式可知，重力做功的大小由重力大小和在重力方向上位移的大小(即竖直方向的高度差)决定，与其他因素无关，所以只要起点和终点的位置确定，不论沿着什么路径由起点到终点，重力做功都相同． 在某高处的一点将三个质量相同的小球以相同的速率v0分别上抛、平抛、斜抛，下列说法正确的是(　　) A．从抛出到落地过程中，重力对它们所做的功都相等 B．因物体的轨迹不同，重力做功不相等 C．从抛出到落地过程中，重力对它们做功的平均功率都相等 D．若考虑空气阻力，则从抛出到落地过程中，重力做功不相等 A　[由于重力做功与路径无关，而与初、末位置的高度差有关，三个质量相同的小球初、末位置的高度差相同，所以重力做功都相等，A正确，B、D错误；三个小球在空中运动时间不一样，所以平均功率不相等，C错误．] [题后总结]　 (1)重力做功与路径无关，与初末位置的高度差有关． (2)重力做功与其他力的存在无关． [训练1]　如图所示，某物块分别沿三条不同的轨道由离地面高h的A点滑到同一水平面上，轨道1、2是光滑的，轨道3是粗糙的，则物块(　　) A．沿轨道1滑下重力做的功多 B．沿轨道2滑下重力做的功多 C．沿轨道3滑下重力做的功多 D．沿三条轨道滑下重力做的功一样多 D　[重力做功与路径无关，取决于初、末位置的高度差h，WG＝mgh，m、h相同，故D正确．] 探究点二　重力势能的相对性 　如图所示，运动员在进行蹦床比赛．假设运动员质量为m，床面到地面的高度为h，运动员蹦起到最高点时重心离床面的高度为H.思考以下问题： (1)以地面为参考平面，运动员蹦起后的重力势能是多少？ 提示　mg(H＋h). (2)以床面为参考平面，运动员蹦起后的重