第4章 第4节 势能（课件PPT）-【优化指导】2025-2026学年高中物理必修第二册（教科版2019）

机械能及其守恒定律 第4节　势能 第四章 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 物理观念 科学探究 科学态度与责任 1.知道重力势能的概念。 2．知道重力势能和重力做功的关系。 3．知道弹性势能的概念。 4．知道弹性势能和弹力做功的关系。 1.探究重力势能与重力做功的关系，知道重力势能是如何定义的。 2．能够计算物体的重力势能。 3．探究弹性势能与哪些因素有关，理解弹性势能与弹力做功的关系。 1.观察实际自然现象，理解重力势能在自然过程中如何转化的。 2．通过学习重力做功与重力势能的关系，理解自然运行中能量的作用。 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 一、重力做功的特点 1．重力做功的公式：W＝mgh。 2．重力做功的特点：物体运动时，重力对它做的功只跟它的起点和终点的______有关，而跟物体运动的______无关，与是否受其他力也无关。h为起点和终点之间的_________。 位置 路径 高度差 必备知识 自主学习 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 二、重力势能 1．定义：物体所受的重力mg与它所处的位置高度h的乘积，Ep＝mgh。其中h指的是物体重心到零势能面的高度。 2．表达式：Ep＝mgh。 3．重力势能是______(填“矢量”或“标量”)，只有大小，没有方向，但有正负之分，正负表示物体位于参考平面的___方或___方。 4．单位：在国际单位制中是______，符号为 J。 标量 上 下 焦耳 必备知识 自主学习 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 5．重力做功和重力势能变化之间的关系 重力做正功，重力势能______；重力做负功，重力势能______。重力势能变化量大小______重力做的功。 减小 增加 等于 必备知识 自主学习 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 三、弹性势能 物体由于__________________而具有的能量。形变量越大，弹性势能越___。势能是系统______的能量。 发生弹性形变 大 共有 必备知识 自主学习 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 1．运动员将足球由位置1踢出，经最高点2后落到与位置1同一水平面的位置3，判断下面的说法是否正确。(对的画“√”，错的画“×”) (1)足球由位置1运动到位置2时，重力做的功为mgh。(　　　) × 必备知识 自主学习 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 (2)足球由位置2运动到位置3的过程中，重力势能减少了mgh。(　　　) (3)足球由位置1运动到位置3时，足球重力势能变化量为0。(　　　) √ √ 必备知识 自主学习 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 2．判断以下说法是否正确。(对的画“√”，错的画“×”) (1)物体在两个位置间移动时，如果移动的路径不同，重力做功不同。(　　　) (2)即使规定不同的零势面，物体在某一位置的势能也是相同的。(　　　) (3)弹簧的弹性势能与弹簧本身和形变量有关，与弹簧连接的物体无关。(　　　) (4)势能是系统共有的能量，因此一根弹簧不具有势能。(　　　) × × √ × 必备知识 自主学习 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 图中是一架儿童游乐场的滑梯，有三条不同的滑道，每条滑道的起点和终点相同，小朋友在不同的滑道爬上后再滑下。 关键能力 互动探究 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 [问题设计] 小朋友从不同的滑道滑下时，重力对其做的功相同吗？ 提示：相同。 必备知识 自主学习 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 1．重力做功的表达式：W＝mgh，式中h指初位置与末位置的高度差。 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差有关，与物体运动的路径无关。 关键能力 互动探究 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 例如：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。 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。 关键能力 互动探究 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 (2)沿着直线AB路径②移动。 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。 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。 关键能力 互动探究 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 注意：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。 关键能力 互动探究 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 B 关键能力 互动探究 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 解 析 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 [练1] (多选)(2025·广西高一期末)如图所示，质量均匀分布且m＝5 kg的长方体放在水平面上，规定水平面为零势能面，长方体的长为a＝0.8 m、宽为b＝0.2 m、高为c＝0.4 m，重力加速度g取10 m/s2。下列说法正确的是 (　　) A．物体的重力势能为10 J B．物体向右翻转90°，物体的重力势能增加20 J C．物体向外翻转90°，物体的重力势能减少5 J D．物体向外翻转90°，物体的重力势能减少10 J AC 关键能力 互动探究 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 解 析 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 解 析 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 一盆花放在25层的房间的窗台上，房间里的小明说这盆花并不具有很大的势能，因为他从窗台上掉到屋内的地板上不会造成多大的破坏，但楼下地面上的小王说，这盆花具有很大的势能，因为如果花盆掉下来的话会造成很大的破坏。 关键能力 互动探究 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 [问题设计] 两人说法正确吗？如何计算这盆花的势能？ 提示：两人的说法不同是因为选取的零势能面不同，计算势能时，必须选取零势能面。 关键能力 互动探究 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 1．重力势能 (1)系统性：重力势能是物体和地球所组成的系统共有的能量。 (2)相对性：重力势能为零的参考面称为零势能面。相对于不同的参考面，重力势能不同。一般选取地面为零势能面。 (3)重力势能表达式：Ep＝mgh。h为相对于零势能面的高度，在零势能面上方重力势能为“＋”，下方为“－”。 关键能力 互动探究 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 (4)重力势能是标量，“＋、－”表示重力势能大小。 (5)重力势能变化量：重力势能的变化具有绝对性，即重力势能的变化量与零势能面的选取无关，等于重力和初末两个位置的高度差的乘积。 关键能力 互动探究 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 2．重力势能变化量与重力做功的关系 (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改变量均与零势能面的选取无关。 关键能力 互动探究 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 【例2】 质量为m＝1 kg的小球，从离桌面H＝1.5 m高处由静止下落，桌面离地面高度为h＝0.5 m，如图所示，若以桌面为零势能面，重力加速度g取10 m/s2，则下列说法正确的是 (　　) A．小球在A点的重力势能为20 J B．小球在B点的重力势能为5 J C．整个下落过程中重力势能减少15 J D．若改变所选择的零势能面，则小球在A、B点的重力势能改变 D 关键能力 互动探究 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 解 析 若以桌面为零势能面，小球在A点的重力势能为Ep＝mgH＝15 J，A错误；若以桌面为零势能面，小球在B点的重力势能为Ep＝－mgh＝－5 J，B错误；若以桌面为零势能面，整个下落过程中重力势能的减少量为ΔEp＝mg(H＋h)＝20 J，C错误；若改变所选择的零势能面，根据Ep＝mgh，则小球在A、B点的重力势能改变，D正确。 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 A 关键能力 互动探究 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 解 析 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 “弓弩”指的是“弓”和“弩”，即弓和弩的合称，弩是由弓和弩臂、弩机三个部分构成。弓横装于弩臂前端，弩机安装于弩臂后部，弩臂用以承弓、撑弦，并供使用者托持，弩机用以扣弦、发射。 关键能力 互动探究 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 [问题设计] 弩箭射出的动能是由哪种能量转化来的？ 提示：由弓的弹性势能转化来的。 关键能力 互动探究 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 1．弹性势能：物体由于发生弹性形变而具有的能量。 2．弹性势能大小与弹簧的劲度系数和形变量有关，其大小具有三个特点。 (1)同一弹簧弹性势能与形变量的平方成正比； (2)同一弹簧形变量(拉伸或压缩)相同时，弹性势能相同； (3)同一弹簧形变量(拉伸或压缩)的变化量相同时，弹性势能的变化量相同。 关键能力 互动探究 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 3．弹性势能的变化量 (1)弹簧伸长或压缩时，弹性势能增大，恢复原长时弹性势能减小。 (2)弹性势能的变化量等于弹力做的功，弹力做正功，弹性势能减小，弹力做负功，弹性势能增加。 关键能力 互动探究 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 关键能力 互动探究 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 C 【例3】 如图所示，将弹簧拉力器用力拉开的过程中，弹簧的弹力和弹性势能的变化情况是 (　　) A．弹力变大，弹性势能变小 B．弹力变小，弹性势能变大 C．弹力和弹性势能都变大 D．弹力和弹性势能都变小 关键能力 互动探究 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 解 析 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 [练3] 如图所示的几个运动过程中，物体的弹性势能增加的是 (　　) A．如图甲所示，撑竿跳高的运动员上升过程中，竿的弹性势能 B．如图乙所示，人拉长弹簧过程中，弹簧的弹性势能 C．如图丙所示，模型飞机用橡皮筋发射出去的过程中，橡皮筋的弹性势能 D．如图丁所示，小球被弹簧向上弹起的过程中，弹簧的弹性势能 B 关键能力 互动探究 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 解 析 撑竿跳高的运动员上升过程中，竿的形变量减小，弹力做正功，所以弹性势能减小，A错误。人拉长弹簧过程中，弹簧的形变量增大，弹力做负功，弹性势能增加，B正确。模型飞机用橡皮筋发射出去的过程中，橡皮筋的形变量减小，弹力做正功，所以弹性势能减小，C错误。小球被弹簧向上弹起的过程中，弹簧的形变量减小，弹力做正功，所以弹性势能减小，D错误。 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 1．势能按作用性质的不同，可分为引力势能、弹性势能、电势能和核势能等。根据你学习过的重力势能和弹性势能相关理论判断下列说法正确的是 (　　) A．势能的正负表示势能的方向 B．重力势能的大小与参考平面的选取有关，但重力势能的变化量大小与参考平面选取无关 C．系统所受合外力对物体做的功一定等于势能的变化量 D．当弹簧弹力做正功时弹簧弹性势能可能增大 B 素养训练 学业评价 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 解 析 势能是标量，有正负、无方向，势能为正值表示势能大于零势能点的势能，势能为负值表示势能小于零势能点的势能，A错误；重力势能的大小与参考平面的选取有关，但重力势能的变化量大小与参考平面的选取无关，重力做正功，重力势能减小，重力做负功，重力势能增加，B正确；系统所受合外力对物体做的功一定等于动能的变化量，C错误；当弹簧弹力做正功时弹簧弹性势能减小，D错误。 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 2．在做蹦床运动时，运动员由高处自由落下，从运动员双脚接触蹦床开始到最低点的过程中，关于蹦床的弹性势能、运动员的重力势能的变化情况，下列说法正确的是 (　　) A．增大、增大 B．增大、减小 C．减小、增大 D．减小、减小 B 素养训练 学业评价 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 解 析 从运动员双脚接触蹦床开始到最低点的过程中，蹦床的形变量逐渐增大，故蹦床的弹性势能逐渐增大；运动员的高度逐渐降低，故运动员的重力势能逐渐减小，B正确。 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 3．如图所示虚线是一名跳水运动员在跳水过程中其重心运动的轨迹，从起跳至入水的过程中，该运动员的重力势能 (　　) A．一直减小 B．一直增大 C．先增大后减小 D．先减小后增大 C 素养训练 学业评价 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 解 析 运动员的重心先升高后降低，故其重力势能先增大后减少，C正确。 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 C 素养训练 学业评价 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 解 析 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 课时梯级训练(19) 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 谢谢观看 必备知识 自主学习 高中物理 必修 第二册 J 返回导航 探究点一___重力做功 【例1】 如图所示，质量为m的小球从高度为h的斜面上的A点滚下，经水平面BC后再滚上另一斜面，当它到达处的D点时，速度为0，在这个过程中，重力做功为 (　　) A． B． C．mgh D．0 根据重力做功的特点，知重力做功为W＝mg(h－)＝，B正确。 由题图可知，物体的重心到零势能面的高度为＝0.2 m，则物体的重力势能为Ep1＝mg·＝5×10×0.2 J＝10 J，A正确；物体向右翻转90°，物体的重心到零势能面的高度为＝0.4 m，则物体的重力势能为Ep2＝mg·＝5×10×0.4 J＝20 J，物体的重力势能增加量为ΔEp1＝Ep2－Ep1＝ (20－10)J＝10 J，B错误；物体向外翻转90°，物体的重心到零势能面的高度为＝0.1 m，则物体的重力势能为Ep3＝mg·＝5×10×0.1 J＝5 J，物体的重力势能增加量为ΔEp2＝Ep3－Ep1＝(5－10)J＝－5 J，该过程物体的重力势能减少5 J，C正确，D错误。 探究点二___重力势能 [练2] 一条长为L，质量为m的均匀链条放在光滑的水平桌面上，其中悬在桌边，如图所示。在链条的另一端用水平力缓慢地把链条全部拉到桌面上，此过程中重力势能的变化量为 (　　) A． B． C． D． 悬在桌边的L长链条的重心在其中点处，离桌面的高度为h＝×＝，它的质量为，把它拉到桌面上时，增加的重力势能为ΔEp＝×h＝×＝，在桌面上原L长的链条重力势能不变，所以用水平力缓慢地把链条全部拉到桌面上，重力势能的变化量为。A正确。 探究点三___弹性势能 (3)利用图像法求弹力做功：如图所示，弹力F与形变量l成线性关系，如果将形变量l分成很多小段Δl，在各小段上的弹力可以当作恒力处理，由W＝FΔl知，很多个矩形的面积之和与弹力做功的大小相等，综合起来考虑，图线与l轴所夹面积，就等于弹力做功的大小。则W＝ F·l＝kl·l＝kl2。 由胡克定律可知，在弹性限度内弹簧的形变量越大，弹簧的弹力越大；在弹性限度内，弹簧的形变量越大，弹簧的弹性势能越大。 4．质量为m的均匀链条长为L，开始放在光滑的水平桌面上时，有的长度悬在桌边缘，如图所示，松手后链条滑离桌面，从开始到链条刚好滑离桌面过程中链条的重力所做的功为 (　　) A．mgL B．mgL C．mgL D．mgL 设桌面为零势能面，开始时链条的重力势能为Ep1＝－mg·L＝ －mgL，当链条刚脱离桌面时的重力势能Ep2＝－mg·L＝－mgL，根据重力做功与重力势能变化量的关系可得WG＝－ΔEp＝Ep1－Ep2＝ mgL。 $$