(讲义)第4章 第4节 势能-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理必修第二册(粤教版2019)

第四节　势能 学习任务 1．知道重力势能和弹性势能的概念，理解重力做功的特点，初步具有能量观和相互作用观。 2．理解重力势能的表达式，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。 4．通过重力做功、重力势能、弹性势能在日常生活中的应用，体验学以致用的科学乐趣。 知识点一　重力做功 1．重力势能 (1)定义：物体由于位于高处而具有的能量叫作重力势能。 (2)大小：物体的重力势能等于它所受重力的大小与所处高度的乘积。 (3)表达式：Ep＝mgh。 (4)标矢性：重力势能是标量(选填“标量”或“矢量”)。 (5)单位：与功的单位相同，在国际单位制中都是焦耳，简称焦，符号J。 2．重力做功 (1)特点：重力做功只与运动物体的起点和终点的位置有关，而与运动物体所经过的路径无关。 (2)大小：等于物体的重力跟起点高度的乘积mgh1与物体的重力跟终点高度的乘积mgh2两者之差，即WG＝mgh1－mgh2。 3．重力做功与重力势能的关系 (1)关系式：WG＝Ep1－Ep2，其中Ep1＝mgh1表示物体在初位置的重力势能，Ep2＝mgh2表示物体在末位置的重力势能。 (2)规律：重力做正功时，重力势能减少；重力做负功时，重力势能增加。 　ΔEp＝Ep末－Ep初，而WG＝－ΔEp。 1：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)重力做功与位移有关。 (　　) (2)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。 (　　) (3)物体由高处到低处，重力一定做正功，重力势能一定减少。 (　　) [答案]　(1)×　(2)×　(3)√ 2：填空 一粗细均匀的长直棒重600 N，平放在地面上，现将一端从地面抬高0.5 m，则棒的重力势能的增加量为ΔEp＝________。 提示：ΔEp＝GΔh＝600×0.25 J＝150 J。 知识点二　重力势能的相对性及弹性势能 1．重力势能的相对性 (1)参考平面：物体具有的重力势能总是相对某个水平面来说的。我们一般把处于这个水平面上的物体的重力势能规定为零，并把这个水平面称为参考平面。 (2)相对性：选择不同的参考平面，同一物体在空间同一位置的重力势能就不同。(选填“相同”或“不同”) (3)正负的含义：参考平面上方的物体重力势能为正值，参考平面下方的物体重力势能为负值。 2．弹性势能 (1)定义：发生弹性形变的物体，在恢复原状过程中，能够对外界做功，因而它们具有能量，这种能量叫作弹性势能。 (2)弹性势能大小的相关因素： ①在弹性限度内，弹性形变越大，弹性势能越大。 ②对于形变相同的弹簧而言，劲度系数越大，弹性势能越大。 3．势能 (1)定义：与相互作用物体的相对位置有关的能量叫作势能。 (2)共有性：①重力势能是地球与受重力作用的物体组成的系统所共有的。 ②弹性势能是发生了弹性形变的物体与此时受弹力作用的物体组成的系统所共有的。 　选择不同的参考平面，物体的重力势能的数值虽然不同，但重力势能的差值不变化。 3：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)弹性势能与弹簧的弹性形变量和劲度系数有关。 (　　) (2)弹力做正功，弹性势能就增大；弹力做负功，弹性势能就减小。 (　　) [答案]　(1)√　(2)× 4：填空 一个物体的重力势能从－8 J变化到－5 J，重力势能增加了________。 [答案]　3 J 如图所示，幼儿园小朋友们正在玩滑梯。 (1)在最高点(高度为h)和地面的重力势能各是多少？ (2)下滑过程中重力做多少功？重力势能如何变化？(选地面为参考平面) (3)重力做功有什么特点？ 提示：(1)最高点与最低点的重力势能分别为mgh，0。 (2)重力做功W＝mgh。重力势能减小了mgh。 (3)重力做功只与物体的起点和终点位置有关，而与物体运动路径无关。 考点1　重力做功的特点 1．做功表达式：WG＝mgΔh＝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．做功的正负：物体下降时重力做正功；物体被举高时重力做负功。 3．做功的大小：重力对物体做功的大小只跟物体的起点与终点的高度有关，与物体运动的路径无关。 　恒力做功均与路径无关 重力做功的特点可以推广到任一恒力做功，即恒力做功的特点是与具体路径无关，只跟始、末位置有关，恒力做功等于恒力与沿着恒力方向的位移的乘积。 【典例1】　如图所示，质量关系为m1＞m2＞m3的三个小球分别沿三条不同的轨道1、2、3由离地高h的A点滑到同一水平面上，轨道1、3光滑，轨道2粗糙，重力对小球做的功分别为W1、W2、W3，则下列判断正确的是(