8.2重力势能 导学案-2023-2024学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

邹平一中2023级高一物理必修二学案 8.2重力势能 学习目标： 1 .认识重力做功与物体运动路径无关的特点。 .理解重力势能及重力做功与重力势能变化的关系。 .知道重力势能具有相对性，知道重力势能是物体和地球所组成的系统所共有的。 .理解弹性势能的概念，知道影响弹性势能大小的相关因素。一、 重力做功的特点 情境探究一：如图所示，一个质量为 的物体，从高度为 的位置 分别按下列三种方式运动到高度为 的位置 ，重力加速度为 ，在这个过程中，思考并讨论以下问题： （1） 求出图甲情形中重力做的功； （2） 求出图乙情形中重力做的功； （3） 求出图丙情形中重力做的功； （4）重力做功有什么特点？ 重力做功特点的推广：恒力做的功等于力与沿着力方 向的位移的乘积。 例1：如图所示，质量为 的小球从高为 处的斜面上的 点滚下，经过水平面 后，再滚上另一斜面，当它到达 的 点时，速度为零，在这个过程中，重力做功为（重力加速度为 ( ) A. B. C. 针对训练1：如图所示，一物体从 点出发，分别沿粗糙斜面 和光滑斜面 下滑及斜向上抛出，运动后到达同一水平面上的 、 、 三点。关于重力的做功情况，下列说法正确的是( ) A.沿 面滑下时，重力做功最多 B.沿 面滑下时，重力做功最多 C.沿 抛物线运动时，重力做功最多 D.三种情况下，重力做的功相等 二、重力势能 情境探究二.如图所示,物体的质量为1kg （1） 以桌面为参考平面，计算物体具有的势能，并计算物体由支架下落到地面过程中重力势能减少多少？ （2） 以地面为参考平面，计算物体具有的势能，并计算物体由支架下落到地面过程中重力势能减少多少？ （3）比较以上计算结果，说明什么问题？ 1.重力势能的“四性”（1）标量性（2）相对性（3）绝对性（4）系统性 2.重力做功与重力势能的关系 例2： 如图所示，质量为 的小球，用一长为 的细线悬于 点，将悬线拉直成水平状态，并给小球一个向下的速度让小球向下运动， 点正下方 处有一钉子，小球运动到 处时会以 为圆心做圆周运动，并经过 点，若已知 ，重力加速度为 ，则小球由 点运动到 点的过程中，重力做功为多少？重力势能减少了多少？ 3.等效法计算重力势能的变化 例3：如图所示容器左、右两端完全相同，打开阀门 ，液体流动，最终两液面相平，这一过程水的重力势能改变了多少？ 针对训练2：如图是可爱的毛毛虫外出觅食的示意图，缓慢经过一边长为 L 的等边三角形山丘，已知其身长为3 L，总质量为m，如图其头部刚到达最高点，假设毛毛虫能一直贴着山丘前行，则从其头部刚到山顶到头部刚到山丘底端的过程中毛毛虫的重力势能变化量为（　 ） A． mgL B． mgL C． mgL D． mgL 三、 弹性势能 1.弹性势能 情境探究三：如图所示，某人正在用拉力器锻炼臂力。 （1） 人不用力时，弹簧不伸长，此时弹簧有弹性势能吗？ （2） 人拉弹簧时对弹簧做什么功？弹簧对人做什么功？弹簧的弹性势能怎么变化？ （3）在弹簧弹性限度内，人将弹簧拉得越长，克服弹力做功越多吗？弹性势能越大吗？ 2.弹性势能与弹力做功的关系 例3：关于弹簧的弹性势能，下列说法中正确的是( ) A.当弹簧变长时，它的弹性势能一定增加 B.当弹簧变短时，它的弹性势能一定减少 C.在拉伸长度相同时，劲度系数越大的弹簧，它的弹性势能越大 D.弹簧拉伸时的弹性势能一定大于压缩时的弹性势能 针对训练3：如图所示，质量为 的物体静止在地面上，物体上面连着一个轻弹簧，用手拉住弹簧上端上移 ，将物体缓缓提高 ，拉力 做功 ，不计弹簧的质量，则下列说法中正确的是( ) A.重力做功 ，重力势能减少 B.弹力做功 ，弹性势能增加 C.重力势能增加 ，弹性势能增加 D.重力势能增加 ，弹性势能增加 3.弹性势能表达式 例4：如图所示为探究“弹簧弹性势能与形变量的关系”实验中测出的劲度系数为k的弹簧在不同拉力F作用下的伸长量x的图像。 （1）弹簧弹力做功是 （选填“恒力”或“变力”）做功，弹簧伸长的过程，弹性势能 （选填“增加”或“减少”）； （2）当弹簧由原长拉至伸长量为x1时，此时弹簧弹性势能的表达式为 （用上述测量量和已知量的字母表示） 针对训练4：一同学要研究轻弹簧的弹性势能与弹簧长度改变量的关系，他的实验如下：在离地面高度为h的光滑水平桌面上，沿着与桌子边缘垂直的方向放置一轻质弹簧，其左端固定，右端与质量为m的一小钢球接触。当弹簧处于自然长度时，小钢球恰好在桌子边缘，如图所示，让钢球每次向左压缩弹簧一段相同的距离后由静止释放，使钢球沿水平方向射出桌面，小球在空