2. 重力势能（教学课件）物理人教版必修第二册

第八章 机械能守恒定律 人教版（2019）必修 第二册 2. 重力势能 目录 学习目标 重点难点 课堂导入 探究新知 课堂小结 课堂练习 布置作业 1 2 3 4 5 6 7 2 01 02 03 04 物理观念 理解重力势能的定义及其表达式，掌握重力做功的特点，理解重力做功与重力势能变化的定量关系。 科学思维 通过“重力对物体做功”的情景，归纳重力做功与路径无关的特点；从功是能量转化的量度出发，推导重力势能表达式，体会“功能关系”的逻辑推理过程。 科学探究 针对“重力势能的正负意义”“参考平面的选择原则”“零势能面是否必须选地面”等问题开展小组讨论，深化对相对性的理解；结合实例，分析重力势能与重力做功的关系。 科学态度与责任 通过重力势能与重力做功的关系，初步建立“能量可以相互转化”的观念，为理解能量守恒定律奠定基础，激发对自然规律统一性的探究兴趣。 学习目标 重力做的功 01 重力势能 02 重力势能的相对性 03 教学内容 弹性势能 04 教学重点 1 教学重点 2 教学难点 3 理解重力做功的特点。 掌握重力势能的表达式及重力做功与势能变化的关系。 理解重力势能相对性。 重点难点 课堂导入——观察与思考 课堂导入——观察与思考 (1)雪崩时，雪从高处落下时，为什么会产生如此 “势不可挡”的威力？ (3)根据你初中所学，你认为以上两个实例跟哪种能量有关呢？ 课堂导入——观察与思考 (2)水力发电站为什么要修那么高的大坝？ 请同学们用课本做如下实验，体会物体的重力势能与什么因素有关？ (1)同一课本从不同高度下落到自己手上，感觉 • • • (2)不同质量的课本从同一高度下落到自己手上，感觉 • • • 与质量有关：质量越大，重力势能越大。 与高度有关：位置越高，重力势能越大。 课堂导入——实验与思考 01 PART 01 第一部分 重力做的功 探究新知 10 当人向上或向下运动时，重力做什么功？重力势能如何变化？ (1)人向下运动，重力做 功，重力势能 。 (2)人向上运动，重力做 功，重力势能 。 正 减少 负 增加 探究新知——思考与讨论 质量为m的小球从离地面高为h1的A位置运动到离地高度为h2的B位置，求两种情况下重力做的功。 （1）WG＝mgh=mgh1－mgh2 （2）WG＝ mglcosθ ＝mgh＝ mgh1－mgh2 探究新知——不同路径下的重力做功 (1)假设一个物体沿曲面向下运动，高度由h1 降为h2，如何求解重力做功？ 探究新知——拓展学习 (2)求出的重力所做功的大小和以上两种情况会有不同吗？ (1)通过以上分析，你认为重力做功有何特点？ 探究新知——思考与讨论 (2)结合第一节课和今天所学内容，你认为求解重力做功可以通过几种方式呢？ 1.重力做功的特点： 重力做功只跟它的起点和终点的位置的高度差有关，而跟物体运动的路径无关。 2.重力做功的表达式： WG =mgh1－mgh2 探究新知——重力做功的特点、表达式 【例1】某游客领着孩子游泰山时，孩子不小心将手中的皮球滑落，球从A点滚到了山脚下的B点，高度标记如图所示，则下列说法正确的是（　　） A．从A到B的曲线轨迹长度不知道，无法求出此过程重力做的功 B．从A到B过程中阻力大小不知道，无法求出此过程重力做的功 C．从A到B重力做功 D．从A到B重力做功 探究新知——典例解析 D 探究新知——典例解析 【答案】D 【详解】AB．重力做功与路径无关，根据两点间的高度差即可求得重力所做的功，AB错误； CD．因AB两点间的高度差为，则重力做功，C错误，D正确。 故选D。 02 PART 02 第二部分 重力势能 探究新知 18 根据刚才做的课本掉落实验，你是否认为的重力做功表达式中mgh有什么特殊的意义？ 它与重力做功有关,又与重力势能的基本特征一致。 探究新知——思考与讨论 1.定义： 物体所受重力mg与所处高度h的乘积叫做物体的重力势能。用Ep表示。 4.重力势能是标量。 2.公式： Ep = mgh 3.单位： 焦耳，符号为J 5.重力势能是地球与物体所组成的“系统”所共有的，而不是物体单独具有的。 探究新知——重力势能的定义及公式 WG =mgh1－mgh2 重力做功WG (正、负） 重力势能EP （增加、减少） 重力做功和重力势能变化的关系 物体 上升 物体 下降 正 负 减少 增加 重力做的功等于重力势能的减少 物体克服重力做的功等于重力势能的增加 探究新知——重力做功与重力势能的关系 若重力做的功与路径有关，即对应于同样的起点和终点，重力对同一物体所做的功，随物体的运动路径的不同而不同，我们还能把mgh叫做物体的重力势能吗？为什么？ h 探究新知——思考与讨论 【例2】关于重力势能，下列说法中正确的是（　　） A．重力势能的大小与参考平面的选取无关 B．重力势能的变化与参考平面的选取有关 C．重力势能是地球和物体共同具有的，而不是物体单独具有的 D．只要物体在地面上方，那么重力势能就一定大于零 探究新知——典例解析 C 探究新知——典例解析 【答案】C 【详解】A．重力势能是相对的，重力势能的大小与参考平面的选取有关，故A错误； B．选不同的零势能面，同一物体的重力势能不同，但重力势能的变化量与参考平面的选取无关，故B错误； C．重力势能是地球和物体共同具有的，不是物体单独具有的，故C正确； D．重力势能的大小与零势能面的选取有关，并不一定以地面为参考平面，故地面上的物体重力势能不一定大于零，故D错误。 故选C。 探究新知——典例解析 B 【例3】一个0.1kg的球从1.8m的高处落到地上又弹回到的0.8m高度，选下落起点为参考面（），下列说法正确的是（　　） A．整个过程重力做功为1.8J B．整个过程重力做了1J的功 C．物体的重力势能一定减少了0.8J D．物体在地面时的重力势能为0 探究新知——典例解析 【答案】B 【详解】ABC．整个过程重力做功为则整个过程物体的重力势能减少了，故AC错误，B正确； D．选下落起点为参考面，则物体在地面时的重力势能为故D错误。 故选B。 03 PART 03 第三部分 重力势能的相对性 探究新知 27 (1)如果我们说放在课桌上的课本所在的高度是80cm，这种说法合适？如何表述更加确切？ 探究新知——思考与讨论 (2)通过以上讨论说明高度这个物理量具有什么性质？ (1)物体在参考面上，h=0，Ep=0。 (2)物体在参考面上方，h为正值，Ep为正值 参考面即高度为零的平面，一般来说参考面可以任意选取 参考面又称零势能面 正负表示大小 Ep = mgh (h是物体相对参考面的高度) (3)物体在参考面下方，h为负值，Ep为负值 探究新知——重力势能的相对性 如图有一个质量0.2kg的小球从桌面以上高h1=1.2m的A点落到地面上的B点，桌面的高为h2=0.8m。请按要求填写下表 (g=10m/s2)。 h1 h2 A B 参考 平面 小球在A点重力势能EpA 小球在B点重力势能EpB A→B下落过程小球重力做功WG A→B下落过程小球重力势能变化ΔEp 桌面 地面 选取不同的参考平面,物体的重力势能的数值不同。 WG、△Ep与参考面的选取无关。 比较、分析表格中的数据，有何特点？ 探究新知——练一练 探究新知——典例解析 B 【例4】如图所示，一质量为的苹果，从树上高的某处先落到地面，又滚入深的沟底处停下。以地面为零势能面，该苹果滚入沟底时的重力势能和全过程中减少的重力势能为（取重力加速度）（　　） A．0J和 B．和 C．0J和 D．和 探究新知——典例解析 【答案】B 【详解】根据题意可知，以地面为零势能面，则苹果在树上时的重力势能为苹果滚入沟底时的重力势能为 则全过程中减少的重力势能为 故选B。 04 PART 04 第四部分 弹性势能 探究新知 33 观察以下这几张图中的物体有什么共同点 拉开的弹簧 拉开的弓 弯曲的杆 拉开的橡皮筋 探究新知——观察与思考 定义：发生弹性形变的物体（弹簧）各部分之间，由于有弹力的相互作用而具有的势能，叫做弹性势能。 弹性势能的大小与形变量有关，形变量越大，弹性势能越大。 弹性势能的大小与劲度系数有关，劲度系数越大，相同形变量时，弹性势能越大。 探究新知——弹性势能的定义 (1)弹力做正功时，弹性势能减小。 (2)弹力做负功时，弹性势能增大。 (3)弹力做功与弹性势能变化的关系为W弹＝－ΔEp。 探究新知——弹性势能的变化与弹力做功的关系 F拉 x F拉 0 x l F拉 = kx F2 F3 F4 F5 F1 Δx1 Δx2 Δx3 Δx4 用外力缓慢拉弹簧时：F拉=kx 拉力做正功，弹力做负功，二者大小相等 即：W弹＝－W拉= 若取弹簧自然长度时为弹簧零势能，则有： 探究新知——弹簧弹力做功 (1)系统性：弹性势能是发生弹性形变的物体上所有质点因相对位置改变和发生弹力作用而具有的能量，因此弹性势能具有系统性。 (2)相对性：弹性势能的大小与选定的零势能位置有关，对于弹簧，一般规定弹簧原长处为其零势能的位置。 探究新知——对弹性势能的理解 探究新知——典例解析 D 【例5】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大 B．当弹簧变短时，它的弹性势能一定变小 C．弹簧长度相同的弹簧具有相同的弹性势能 D．在弹簧被拉伸的长度相同时，劲度系数k越大的弹簧，它的弹性势能越大 探究新知——典例解析 【答案】D 【详解】当弹簧变长时，它的弹性势能不一定增大，若弹簧处于压缩状态时，弹簧的弹性势能减小．故A错误；若处于压缩状态时，弹簧变短时，弹簧的弹性势能增大．故B错误；由，可知弹簧形变量相同时，弹簧具有相同的弹性势能．故C错误；由，可知在拉伸长度相同时，k越大的弹簧，它的弹性势能越大，故D正确．故选D． 课堂小结 课堂练习 D 1．如图所示，三个斜面的高度相同，倾角θ1<θ2<θ3，质量相同的小物块A、B、C分别沿三个斜面从顶端由静止下滑到底端，已知小物块与斜面间的动摩擦因数均相同。则（　　） A．重力对A物块做的功最多 B．摩擦力对C物块做的功最多 C．重力对B物块做功的平均功率最大 D．到达斜面底端时C物块重力的功率最大 课堂练习 【答案】D 【详解】A．物块下降的高度相同，根据可知，三物块重力做功相同，故A错误； B．物块克服摩擦力做功为可知，摩擦力对C做功最少，故B错误； C．根据牛顿第二定律得，物块下滑的加速度由图可知，倾角θ越大，加速度越大，沿斜面运动的位移x大小越小，根据可知运动时间越短，因为θ1<θ2<θ3，则t1>t2>t3，根据可知P甲<P乙<P丙，故C错误； D．到达斜面底端时，重力做功相同，克服摩擦力做功C的最少，所以下滑到底端时速率最大，根据重力的瞬时功率P=mgvsinθ可知C的重力功率最大，故D正确。 故选D。 2．如图所示，质量的小球从离桌面高处的A点由静止下落到地面上的B点。桌面离地面高，空气阻力不计，重力加速度g取，关于小球下落过程说法正确的（　　） A．若选桌面为参考平面小球经B位置时的重力势能为8J B．小球从A点下落至桌面的过程，重力做正功，重力势能增加12J C．小球从A点下落至B点的过程，重力势能的减少量与参考平面的选取无关 D．小球从A点下落至B点的过程，重力做功的多少与参考平面的选取有关 课堂练习 C 课堂练习 【答案】C 【详解】A．若选桌面为参考平面小球经B位置时的重力势能为 故A错误； B．小球从A点下落至桌面的过程，重力做正功，重力势能减小，故B错误； CD．小球从A点下落至B点的过程，重力做功的多少与参考平面的选取无关，重力势能的减少量等于重力做功，与参考平面的选取无关，故C正确，D错误。 故选C。 3．如图，身长为3L，质量为m的毛毛虫外出觅食，缓慢经过一边长为L的等边三角形小石块。以地面为零势能参考平面，重力加速度为g，当毛毛虫身体中点刚刚到达最高点的时重力势能为（　　） A．mgL B．mgL C．mgL D．mgL 课堂练习 A 课堂练习 【答案】A 【详解】毛毛虫身体中点刚刚到达最高点的时重力势能为 故选A。 4．如图所示，一轻质弹簧竖直放置。现有一小球从A点自由下落，压缩弹簧至最低点B。在小球从A到B的过程中（　　） A．小球的重力势能增大，弹簧的弹性势能先不变后增大 B．小球的重力势能减小，弹簧的弹性势能先不变后增大 C．小球的重力势能增大，弹簧的弹性势能先不变后减小 D．小球的重力势能减小，弹簧的弹性势能先不变后减小 课堂练习 B 课堂练习 【答案】B 【详解】小球从A到B的过程中，小球的重力一直做正功，其重力势能一直减小；小球未接触弹簧前，弹簧未发生形变，弹性势能不变，小球接触弹簧后，压缩弹簧，弹簧形变量逐渐增大，其弹性势能逐渐增大。 故选B。 5．质量相等的均质柔软细绳A、B平放于水平地面，绳A较长。分别捏住两绳中点缓慢提起，直至全部离开地面，两绳中点被提升的高度分别为，上述过程中克服重力做功分别为。若（　　） A．，则可能有 B．，则可能有 C．，则可能有 D．，则一定有 课堂练习 B 课堂练习 【答案】B 【详解】AC．若，由于质量相等，则两绳重心上升的高度相同。但由于绳A较长，则一定有，故AC错误； BD．若，由于绳A较长，所以绳A的重心上升的高度可能较小，而质量相等，所以可能有，故B正确，D错误。 故选B。 布置作业 1.认真阅读课本本节内容，并完成课后“练习与应用”； 2.完成分层作业。 谢谢聆听 鼎力物理制作，盗版必究 谢谢聆听 $