第4章 4 势能（课件）-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高一物理必修第二册（教科版）

该高中物理课件聚焦势能主题，系统涵盖重力势能（定义、表达式、标矢性、做功与势能变化关系、相对性）、弹性势能（定义、影响因素、做功关系）及势能系统性，通过知识辨析问题导入，以表格对比、典例分析为支架衔接前后知识。 其亮点在于以科学思维（模型建构、科学推理）和物理观念（能量观念）为核心，如链条重力势能变化问题中重心分析（模型建构）、重力势能相对性表格（科学推理），知识辨析促进质疑创新。学生能深化能量观念，培养科学思维，教师可依托结构化资源实施探究式教学。

4　势能 1.重力势能:物体由于位于高处而具有的能量。 2.表达式:Ep=mgh。 3.单位:焦耳,符号是J。 4.标矢性:重力势能是标量,只有大小,没有方向。 必备知识 清单破 知识点 1 重力势能 第四章　机械能及其守恒定律 高中同步 5.重力做功与重力势能变化的关系 (1)表达式:WG=Ep1-Ep2=-ΔEp。 (2)两种情况: ①当物体从高处运动到低处时,重力做正功,重力势能减少,即WG>0,Ep1>Ep2。 ②当物体由低处运动到高处时,重力做负功,重力势能增加,即WG<0,Ep1<Ep2。重力做负功也可 以说成物体克服重力做功。 6.重力势能的相对性:重力势能总是相对选定的参考平面(零势能面)而言的。公式Ep=mgh中 的h是物体重心相对于零势能面的高度。零势能面的选择不同,高度h不同,重力势能的大小 也就不同。 第四章　机械能及其守恒定律 高中同步 1.弹性势能:物体由于发生弹性形变而具有的能量。 2.弹簧的弹性势能:弹簧的长度为原长时,弹性势能为0。弹簧被拉长或被压缩时,就具有了弹 性势能。 3.对于同一弹簧,伸长和压缩相同的长度时弹性势能相同。 4.弹性势能与弹力做功的关系 (1)关系:弹力做功是弹性势能变化的唯一量度,弹力做多少正功,弹性势能就减少多少;弹力做 多少负功,弹性势能就增加多少。 (2)表达式:W弹=-ΔEp=Ep1-Ep2。 知识点 2 弹性势能 第四章　机械能及其守恒定律 高中同步 　　重力势能是地球和受力作用的物体组成的系统所共有的,不是地球上的物体单独具有 的。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。 知识点 3 势能是系统共有的 第四章　机械能及其守恒定律 高中同步 知识辨析 1.重力做功与路径有关吗? 2.两个不同的物体处在不同的高度,它们的重力势能一定不同吗? 3.拉开弹簧时,弹簧弹力做的是正功还是负功?弹簧的弹性势能怎么变化? 第四章　机械能及其守恒定律 高中同步 一语破的 1.无关。重力做功只与初、末位置的高度差有关,与路径无关。 2.不一定。物体的重力势能大小与物体重力的大小及高度两个因素有关。 3.弹簧弹力做负功,弹簧的弹性势能增加。 第四章　机械能及其守恒定律 高中同步 关键能力 定点破 1.重力势能的正负 重力势能是标量,其数值可正、可负、可为零,表示的是相对大小。如图所示,物体在A、B、 C三点重力势能的正负如表所示。   定点 1 对重力势能的理解 零势能面 EpA EpB EpC 地面 正值 正值 零 桌面 正值 零 负值 A处水平面 零 负值 负值 第四章　机械能及其守恒定律 高中同步 2.重力势能的三个性质 (1)重力势能的相对性 重力势能表达式为Ep=mgh,高度h的相对性决定了重力势能具有相对性。物体所处位置不变, 选取不同的水平面作为零势能面,其重力势能具有不同的数值,即重力势能的大小与零势能 面的选取有关。 (2)重力势能变化的绝对性 　　物体在两个高度不同的位置时,由于高度差一定,重力势能之差也是一定的,即物体重力 势能的变化与零势能面的选取无关。 (3)重力势能的系统性 　　重力是由于地球对物体吸引而产生的,如果没有地球对物体的吸引,就不会有重力,也不 存在重力势能,所以重力势能是这个系统共同具有的,平时所说的“物体的重力势能”只是 一种通俗的说法。 第四章　机械能及其守恒定律 高中同步 3.重力做功与重力势能的比较 重力做功 重力势能 表达式 WG=mgΔh Ep=mgh 影响大小 的因素 重力mg和初、末位置的高度差Δh 重力mg和相对零势能面的高度h 特点 只与初、末位置的高度差有关,与路径及零势能面的选取无关 与零势能面的选取有关,物体所处位置不变,选择不同的零势能面,其重力势能的值不同 过程量 状态量 联系 重力做功的过程是重力势能改变的过程,重力做正功,重力 势能减少,重力做负功,重力势能增加,且重力做了多少功,重 力势能就改变多少,即WG=Ep1-Ep2=-ΔEp 第四章　机械能及其守恒定律 高中同步 4.重力做功与重力势能变化关系的两点说明 (1)无论物体是否受其他力的作用,无论物体做何种运动,关系式WG=-ΔEp总是成立的。 (2)利用关系式WG=-ΔEp可由重力做功的正负及大小判断重力势能的增减及大小,反之也可以 由重力势能的增减及大小判断重力做功的正负及大小。 5.绳、链条类物体重力势能变化问题的求解 (1)重力势能的基本计算式是Ep=mgh,式中的h表示物体的重心相对零势能面的高度。对于绳 子、链条类物体的重力势能的求解,重心位置的确定是关键。粗细均匀、质量分布均匀的长 直绳子或链条,其重心在中点;Ep=mgh中的h表示其中点相对于零势能面的高度。 (2)当绳子、链条呈直线状(或水平、或竖直、或倾斜)放置时,直接应用Ep=mgh求解即可;当 绳子、链条不以直线状(如折线状)放置时,应当分段(使其每段都是直线状)求重力势能再求 和。 第四章　机械能及其守恒定律 高中同步 典例　如图所示,质量均匀的链条放在光滑的水平桌面上,链条长l,质量为m,有 的长度悬于 桌面下【1】。链条由静止开始下滑,设桌面的高度大于l,则在链条开始下滑到刚离开桌面【2】的 过程中重力势能改变了多少?重力做功多少?(重力加速度为g)   第四章　机械能及其守恒定律 高中同步 信息提取    【1】以桌面为零势能面,以悬于桌面下的链条为研究对象。 【2】两种情况下,链条状态如图所示。   思路点拨    首先选取零势能面,确定初、末状态,找出链条悬垂部分的重心位置,根据重力势 能公式Ep=mgh【3】,得出链条在初、末状态的重力势能,进而得出重力势能的改变量ΔEp;根据 重力做功与重力势能改变量的关系WG=-ΔEp【4】,得出重力做的功。 第四章　机械能及其守恒定律 高中同步 解析    以桌面为零势能面,初状态时重力势能Ep1=- mg× =- (由【3】得到), 末状态时重力势能Ep2=-mg× =- (由【3】得到), 故重力势能变化ΔEp=Ep2-Ep1=- mgl, 重力做功WG= mgl(由【4】得到)。 答案    - mgl     mgl 第四章　机械能及其守恒定律 高中同步 1.对弹性势能的理解 (1)弹性势能产生的原因 　　物体发生了弹性形变,物体各部分间有弹力作用。 (2)弹簧弹性势能大小的影响因素 ①弹簧的形变量l;②弹簧的劲度系数k。 (3)系统性:弹性势能是弹力装置与受弹力作用的物体组成的系统所共有的,因此弹性势能具 有系统性。 2.弹簧弹性势能表达式的推导 　　根据胡克定律,F=kx,作出表示拉力F与弹簧形变量x关系的F-x图线,根据W=Fx知,图线与 横轴所围面积等于F所做的功,即W= = kx2,所以Ep= kx2。 定点 2 对弹性势能的理解 第四章　机械能及其守恒定律 高中同步 3.弹力做功与弹性势能变化的关系 　　如图所示,O为弹簧处于原长时自由端所在位置。   (1)物体由O向A运动或者由O向A'运动时,弹力做负功,弹簧的弹性势能增大,其他形式的能转 化为弹性势能。 (2)物体由A向O运动或者由A'向O运动时,弹力做正功,弹簧的弹性势能减小,弹性势能转化为 其他形式的能。 (3)弹力做功与弹性势能变化的关系:弹力做多少正功,弹性势能就减小多少;弹力做多少负功, 弹性势能就增加多少,即W弹=-ΔEp=Ep1-Ep2。 第四章　机械能及其守恒定律 高中同步 $