(讲义)第1章 第4节 势能及其改变-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理必修第二册(鲁科版2019)

第4节　势能及其改变 [核心素养·明目标] 核心素养 学习目标 物理观念 (1)理解重力势能的概念，会用重力势能的定义式进行计算。 (2)知道重力势能具有相对性和系统性。 科学思维 (1)能推导并理解重力做功与路径无关的特点。 (2)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。 科学探究 (1)通过简单实验，探究影响重力势能大小的因素。 (2)通过简单实验，探究影响弹性势能大小的因素。 科学态度与责任 理解重力做功与重力势能的关系，并能用这一结论解决一些实际生活中的简单问题。 知识点一　重力势能 1．定义 物体因为处于一定的高度而具有的能量。 2．表达式 Ep＝mgh，其中h表示物体的高度，Ep的单位是焦耳，符号J。 3．标矢性 重力势能是标量，只有大小，没有方向。 1：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)物体的质量越大，重力势能一定越大。 (×) (2)物体越高，重力势能一定越大。 (×) (3)处在零势能参考平面上的物体重力势能均为零。 (√) 知识点二　重力做功与重力势能的改变 1．重力做功的特点 重力做功与路径无关，只与初、末位置的高度差有关；重力做功总是对应于物体重力势能的变化，两者的大小相等，并且与是否存在其他作用力及其他力是否做功无关。 2．两者间的关系 (1)物体的重力做多少功，物体的重力势能就减少多少；物体克服重力做多少功，物体的重力势能就增加多少。 (2)关系式：WG＝Ep1－Ep2＝－ΔEp。 　因为重力做功与路径无关，只与初、末位置的高度差有关，因此在计算时只找初、末位置，不考虑其过程。 2：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)从山顶选择不同的路径下山，重力所做的功一定不同。 (×) (2)物体克服重力做功时，物体的重力势能一定增加。 (√) (3)重力做正功，重力势能一定减少。 (√) 知识点三　弹性势能及其改变 1．定义 物体因为发生弹性形变而具有的能量。 2．影响弹性势能的因素 一个物体弹性势能的大小，取决于弹性形变的大小。 3．弹力做功与弹性势能的改变 物体弹性势能的改变总是与弹力做功相对应，即弹力对外做了多少功，弹性势能就减少多少，克服弹力做了多少功，弹性势能就增加多少。 　弹弓是一种兵器，也是一种儿童玩具。它是由两根橡皮筋和一个木叉制成的。如图所示，拉伸橡皮筋，可以把“子弹”射出去。拉伸的橡皮筋为什么可以把“子弹”射出去？ 提示：拉伸的橡皮筋具有弹性势能。 3：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)对于弹性势能，一般地，物体的弹性形变量越大，弹性势能越大。 (√) (2)弹力做了多少功就有多少弹性势能发生变化。 (√) (3)弹簧弹力做正功过程，是弹簧恢复原长的过程，弹性势能减少。 (√) 考点1　重力势能 幼儿园的小朋友们都喜欢玩滑梯。如果把一个质量为m的小孩看为质点，重力加速度为g。当选择地面为参考平面，小孩在地面上时的重力势能是多少？当小孩在滑梯顶端时距地面高度为h，他的重力势能又是多少？ 提示：0，mgh。 1．重力势能的性质 (1)重力势能的相对性 重力势能具有相对性，即重力势能的大小与参考平面的选取有关。 (2)重力势能变化量的绝对性 当一个物体由一个位置运动到另一个位置时，重力势能之差是一定的，与参考平面的选取无关。实际问题中我们更关注的是重力势能的变化量。 (3)重力势能的系统性 所谓物体的重力势能，实际上是地球和物体组成的系统所共有的，并非物体单独所有，通常所说的物体具有多少重力势能，实际上是一种简略的说法。 2．重力势能的正、负 (1)重力势能是标量，但有正、负值，其正、负表示物体重力势能相对于参考平面上所具有的重力势能的大小。 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。 例如，Ep1＝100 J，Ep2＝－100 J，则Ep1>Ep2。 (2)重力势能的值和参考平面的选取有关，如图所示。 参考平面 EpA EpB EpC 地面 正值 正值 零 桌面 正值 零 负值 A处平面 零 负值 负值 【典例1】　如图所示，桌面距地面0.8 m，一个物体的质量为2 kg，放在距桌面0.4 m的支架上。以地面为参考平面，计算物体具有的重力势能，并计算物体由支架下落到桌面的过程中，重力势能减少了多少(g取10 m/s2)。 思路点拨：在求解物体的重力势能时，应注意物体相对参考平面所处的高度。 [解析]　以地面为参考平面，物体的高度为h1＝1.2 m 物体的重力势能为 Ep1＝mgh1＝2×10×1.2 J＝24 J 物体落至桌面时的重力势能为 Ep2＝mgh2＝2×10×0.8 J＝16 J 物体重力