4.4 势能 课件-2025-2026学年高一下学期物理教科版必修第二册

第四章 机械能及其守恒定律 第4节 势能 一个50克的鸡蛋 从4楼抛下来就会让人起肿包 从8楼抛下来就会让人头皮破裂 从18楼高甩下来就可以砸破行人的头骨 从25楼抛下可使人当场死亡2 h m h’ m h m’ m 质量相同时，高度越高，重力势能越大 高度相同时，质量越大，重力势能越大 回顾：初中定性学习重力势能与哪些因素有关？重力势能与m 、h有怎样关系？ 1.知道重力做功与路径无关。 2.理解重力势能的概念，会用重力势能的计算式进行相关计算。 3.理解重力做功与重力势能变化的关系。 4.理解弹性势能的概念，知道弹簧弹性势能大小的相关因素并会计算弹力做功。 知识点一：重力做功的特点 类型3 类型2 类型1 B B Δh h1 h2 A mg A1 A2 A3 l B θ mg A A mg 物体竖直下落 物体沿斜线运动 物体沿曲线运动 请同学们分别计算以下三种情况重力所做的功 类型3 类型2 类型1 B B Δh1 Δh2 Δh3 Δh h1 h2 A mg A1 A2 A3 l B θ mg A A mg 物体竖直下落 物体沿斜线运动 物体沿曲线运动 微元法 类型1: 类型2: 类型3: WG＝mgΔh＝mgh1－mgh2 WG＝mgl cosθ＝mgΔh＝mgh1－mgh2 WG＝mgΔh1＋mgΔh2＋mgΔh3＋… ＝mgΔh＝mgh1－mgh2 A B mg 甲 h A B θ mg 乙 B A 丙 起 点 终 点 = mg(h1－h2) ＷＧ= mgΔh =mgh1－mgh2 以上三种类型总结： 微元法 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位置有关，而跟物体运动的路径无关。 （高度差） 思考“mgh”具有什么特殊意义？ WG ＝ mgh1－mgh2 知识点二：重力势能 1. 定义：物体由于被举高而具有的能量叫重力势能。 大小：物体的重力势能等于它所受重力与所处高度的乘积。 3. 单位：焦（耳）J 1 J = 1 kg•m•s-2•m = 1 N•m Ep= mgh 4. 重力势能是标量：只有大小没有方向 状态量 5.重力做功与重力势能的关系 WG = mgh1 - mgh2 = EP1－EP2 1、当物体由高处向低处运动时： 重力做 功，重力势能 。 2、当物体由低处向高处运动时： 重力做 功，重力势能 。 正 减少 负 增加 功的物理意义是什么？ 功是能量转化的量度。 参考平面 0 0 h > 0 Ep > 0 h < 0 Ep < 0 高度h 重力势能EP 零势能面 6.重力势能的相对性： Ep= mgh h h h A h h h A h h h A B B B EpB=-3mgh EpA=2mgh EpB=-2mgh EpA=0 EpA=-mgh EpB=0 1.为了比较势能的大小我们通常选一个参考面，处在参考面的物体的重力势能为0 ，参考面上方的物体的重力势能是正数，参考面下方的物体的重力是负数。 2.参考面的选取不影响重力势能的变化： EpB－EpA ＝-2mgh 例题 ：如图，质量 0.5 kg 的小球，从桌面以上 h1 = 1.2 m 的 A 点落到地面的 B 点，桌面高 h2 = 0.8 m。关于小球的重力势能，请按要求填写下表。( g = 10 m/s2 ) 参考平面 在A点 在 B点 下落过程重力做功 重力势能变化 桌面 地面 6 J 10 J ─4 J 0 10 J 10 J 减少10 J 减少10 J h1 h2 A B ★选择不同的参考平面，物体的重力势能不同。 相对性 ★重力做功和重力势能的变化与参考平面的选择无关。 绝对性 在人的作用下几张图片中的物体都有什么共同点？ 知识点三：弹性势能 1.弹性势能：在物理学中，把物体由于发生弹性形变而具有的能量叫作弹性势能 物体具有弹性势能的条件是发生弹性形变。 2.探究影响弹性势能大小的因素 （1）实验设计： （2）实验方法：控制变量法①改变l ②改变弹簧劲度系数k （3）实验结论：①与弹簧形变量l有关 ②与弹簧劲度系数k有关 形变量l一定,弹簧的劲度系数k越大，弹性势能越大； 弹簧劲度系数k一定，弹簧的形变量ΔL越大，弹性势能也越大。 3.求弹力做功 疑惑：求拉力做功能否直接用W=Flcosα？ 这是一个变力做功问题，好像不能直接用功的公式。 F l 思考：弹簧在拉力F的作用下移动了l (在弹性限度内），求拉力做的功。 微元法+图像法 联想 o t v vo o t v vo o t v vo o t v vo 计算匀加速直线运动位移时曾经用过的方法 怎样计算这个求和式？ W＝F1Δl1＋F2Δl2＋F3Δl3＋… F拉 l F 0 l l Δl1 Δl2 Δl3 Δl5 Δl4 F2 F3 F4 F5 F1 F = k l 拉力所做的功等于图线与横轴所围的面积 W拉＝ k l 2 1 2 4.弹簧的弹性势能与弹力做功的关系 重力做功 重力势能的变化 重力做正功，重力势能减小；重力做负功，重力势能增加。 弹力做正功，弹性势能减小； 弹力做负功，弹性势能增加。 弹性势能的变化 弹力做功 回顾： 类比可得： WF弹＝EP1－EP2＝ -△ EP 弹力做的功 初态的弹性势能 末态的弹性势能 关系式： 关系：弹力做功是弹性势能变化的量度。 5.弹性势能的表达式 可见弹簧的弹性势能表达式为： l为弹簧的形变量 k为弹簧的劲度系数 WF弹＝-WF拉=EP1－EP2 l Δl1 Δl2 Δl3 Δl5 Δl4 F拉 F弹 WF拉＝k l 2 EP1=0 , 重力势能和弹性势能是势能的两种不同类型。那么势能是谁具有的呢? 物体重力势能与重力做功密切相关，而重力是地球与物体间的相互作用力，若离开了地球或物体，就谈不上重力，所以，重力势能是物体与地球所组成的“系统”所共有的。平常只说物体具有的重力势能，是一种简化的说法。 与重力势能一样，弹性势能也是弹力装置与受弹力作用的物体组成的系统所共有的。 1.关于重力做功和物体的重力势能，下列说法错误的是（ ） A.重力对物体做正功时，物体的重力势能减少； B.物体克服重力做功时，物体的重力势能增加； C.地球上的物体的重力势能都只有一个唯一确定的值； D.重力做功的多少与参考平面的选取无关。 C 2.如图，在一次“蹦极”运动中，人由高空跃下到最低点的整个过程中，下列说法正确的是（ ） A.重力对人做正功 B.人的重力势能减小了 C.“蹦极”绳对人做负功 D.“蹦极”绳的弹性势能增加了 AB 3.如图所示，在光滑的水平面上有一物体，它的左端连一弹簧，弹簧的另一端固定在墙上，在力F作用下物体处于静止状态。当撤去F后，物体将向右运动，在物体向右运动过程 中下列说法正确的是 （ ） A、弹簧的弹性势能逐渐减小 B、弹簧的弹性势能逐渐增大 C、弹簧的弹性势能先增大再减小 D、弹簧的弹性势能先减小再增大 B F D 4.如图所示，质量为m的足球在地面1的位置被踢出后落到地面3的位置，在空中达到的最高点2的高度为 h。重力加速度为g。 （1）足球由位置1运动到位置2时，重力做了多少功？足球的重力势能变化了多少？ （2）足球由位置2运动到位置3时，重力做了多少功？足球的重力势能变化了多少？ 答案：(1)-mgh，重力势能增加mgh，(2) mgh，重力势能减少mgh。 $