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

复习任务群一 现代文阅读Ⅰ 把握共性之“新”　打通应考之“脉” 第1课时 反应热 焓变（基础课） 第四章　机械能及其守恒定律 4　势能 1 学习任务目标 1．知道重力势能、弹性势能的概念，知道影响重力势能、弹性势能大小的相关因素。(物理观念) 2．通过实例分析，认识重力做功的特点及重力势能的相对性，掌握重力做功与重力势能变化的关系。(科学思维) 3．通过归纳和比较，了解和认识各种势能的共同特征——与相互作用的物体的相对位置有关，为以后学习其他势能打好基础。(科学思维) 4　势能 2 问题式预习 知识点一　重力做功的特点 1．做功表达式：WG＝mgΔh＝mgh1－mgh2，式中Δh指初位置与末位置的_________；h1、h2分别指_________、_________的高度。 2．做功的特点：物体运动时，重力对它做的功只跟它的______和_______________有关，而跟物体运动的______无关。 3．做功的正负：物体下降时重力做___功；物体被举高时重力做___功。 高度差 初位置 末位置 质量 初、末位置 路径 正 负 4　势能 3 [科学思维] 如图所示，质量为m的物块沿①、②、③三条不同的路径从A点滑到平面OB上。 mgh mgh mgh 4 [判一判] (1)物体运动时，重力对它做的功跟物体的运动路径无关。 (　) (2)物体运动时，它的起点越高，重力对它做的功就越多。 (　　) (3)物体向高处运动时，重力一定做负功。 (　　) (4)物体的高度只要发生变化，其重力一定做功。 (　　) √ × √ √ 知识点二　重力势能 1．特点：与____________的选取有关，随______而变化。 2．大小：等于物体所受______与所处______的乘积，表达式为Ep＝_________。 3．单位：______，与功的单位相同。 4．重力做功与重力势能变化的关系 (1)表达式：WG＝___________。 零势能面 高度 重力 高度 mgh 焦耳 Ep1－Ep2 (2)两种情况 ①当物体从高处运动到低处时，重力做___功，重力势能______，即WG>0，Ep1>Ep2，重力势能的减少量______重力所做的功。 ②当物体由低处运动到高处时，重力做___功，重力势能______，即WG<0，Ep1<Ep2，重力势能的增加量______物体克服重力所做的功。重力做负功也叫作________________________。 5．重力势能是状态量，与物体相对零势能面的______有关。 正 减少 等于 负 增加 等于 物体克服重力做功 高度 [科学思维] 山体滑坡会给人们带来巨大的灾难，静止的山脉哪来如此大的能量？为什么落差越大的瀑布水流速度越大？ 提示：巨大的山坡从高处滑落下来，其本身具有较大的重力势能。瀑布的落差越大，水流的重力势能的减少量越大，动能的增加量越大，水流速度也越大。 [判一判] (1)同一物体在不同高度时，重力势能不同。 (　　) (2)不同物体在同一高度，重力势能可能不同。 (　　) (3)重力做功与路径无关，但重力势能的变化与路径有关。 (　　) (4)某物体从一位置运动到另一位置，重力势能一定变化。 (　　) (5)重力做正功，则物体的重力势能一定减少。 (　　) √ √ × × √ 知识点三　弹性势能 1．定义：发生____________的物体的各部分之间由于有______的相互作用，也具有势能，这种势能叫作弹性势能。 2．弹簧的弹性势能：弹簧的长度为原长时，弹性势能为___；弹簧被______或被______时，就具有了弹性势能。 3．弹力做功与弹性势能的变化 弹簧弹力做正功，弹簧的弹性势能______；弹簧弹力做负功，弹簧的弹性势能______。 4．弹簧弹性势能大小的影响因素 (1)弹簧的_________； (2)弹簧的____________。 弹性形变 弹力 零 拉长 压缩 减少 增加 形变量 劲度系数 [判一判] (1)发生弹性形变的物体都具有弹性势能。 (　　) (2)弹簧只有在发生弹性形变时才具有弹性势能。 (　　) (3)弹性势能可以与其他形式的能相互转化。 (　　) (4)弹性势能在国际单位制中的单位是焦耳。 (　　) √ √ √ √ 知识点四　势能是系统所共有的 1．参考平面：物体的重力势能总是相对于某一_________来说的，这个_________叫作参考平面。在参考平面上，物体的重力势能取为___。 2．相对性：重力势能总是相对选定的____________而言的，该平面常被称为零势能面。 3．系统性：重力势能是_______________所组成的系统所共有的；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。 水平面 水平面 零 参考平面 地球与物体 [判一判] (1)物体的位置一旦确定，它的重力势能的大小也随之确定。 (　　) (2)物体与参考平面间的距离越大，它的重力势能也越大。 (　　) (3)一个物体的重力势能从－5 J变化到－3 J，重力势能增加了。 (　　) (4)在地面上的物体具有的重力势能一定等于零。 (　　) × × √ × 任务型课堂 任务一　对重力势能的理解 1．(多选)有关重力势能的变化，下列说法正确的是 (　　) A. 物体受拉力和重力作用而向上运动，拉力做的功是 1 J，但物体重力势能的增加量有可能不是1 J B. 从同一高度将某一物体以相同的速率平抛或斜抛，落到同一地面上时，物体重力势能的变化量是相同的 C. 从同一高度落下的物体到达同一地面，考虑空气阻力和不考虑空气阻力的情况下重力势能的减少量是相同的 D. 物体运动过程中重力做的功是－1 J，但物体重力势能的增加量不是1 J √ √ √ 4　势能 14 2．一棵树上有一个质量为0.3 kg的熟透了的苹果P，该苹果从树上与A面等高处先落到地面C，最后滚入沟底D，A、B、C、D、E面之间的竖直距离如图所示。以地面C为参考平面，取g＝10 m/s2，则该苹果从A面下落到D面的过程中重力势能的减少量和在D面的重力势能分别是 (　　) A. 15.6 J和9 J B. 9 J和－9 J C. 15.6 J和－9 J D. 15.6 J和－15.6 J √ 15 3．质量为3 kg的物体放在高4 m的平台上。取g＝10 m/s2，则： (1)物体相对于平台表面的重力势能是多少？ (2)物体相对于地面的重力势能是多少？ (3)物体从平台落到地面上，重力势能变化了多少？ 解析：(1)以平台表面为参考平面，物体的重力势能为零。 (2)以地面为参考平面，物体的重力势能 Ep＝mgh＝3×10×4 J＝120 J。 (3)以地面为参考平面，物体从平台落到地面，重力势能变化了ΔEp＝0－120 J＝－120 J。 答案：(1)零　(2)120 J　(3)减少了120 J 4．如图所示，桌面距地面 0.8 m，一物体质量为 2 kg，放在距桌面0.4 m高的支架上(取g＝10 m/s2，支架未画出)。以地面为参考平面，计算物体在支架上时具有的重力势能，并计算物体由支架下落到桌面的过程中重力势能的减少量。 解析：以地面为参考平面，物体的高度 h1＝1.2 m 物体的重力势能Ep1＝mgh1＝2×10×1.2 J＝24 J 物体落至桌面时的高度h2＝0.8 m 重力势能Ep2＝mgh2＝2×10×0.8 J＝16 J 物体由支架下落到桌面的过程中，重力势能的减少量 ΔEp＝Ep1－Ep2＝24 J－16 J＝8 J。 答案：24 J　8 J 1．对重力势能的理解 (1)重力势能的相对性 由于重力势能表达式为Ep＝mgh，高度h的相对性决定了重力势能具有相对性。选取不同的水平面作为参考平面，重力势能具有不同的数值，即重力势能的大小与参考平面的选取有关。 (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，即物体的重力势能的变化量与参考平面的选取无关。 (3)重力势能的系统性 重力是由地球对物体的吸引而产生的，如果没有地球对物体的吸引，就不会有重力，也就不存在重力势能，所以重力势能是物体和地球组成的系统共同具有的。平时所说的“物体的重力势能”只是一种简化的说法。 2．解决重力势能类问题的一般步骤 (1)选取研究对象。 (2)选择参考平面。 (3)确定物体初、末位置相对参考平面的高度。 (4)利用重力做功和重力势能改变的关系求解。 任务二　重力做功与重力势能改变之间的关系 [探究活动] 如图所示，熟透的果实从离水面2 m处的树枝上落下后，又在水中(水中运动未显示)继续下降2 m。根据以上情境，完成下列探究。 22 (1)果实在空中下落及在水中下落的过程中，重力做功一样多吗？ 提示：由W＝mgh知，这两个过程重力做功相同。 (2)这两个过程中果实重力势能的改变量一样吗？ 提示：物体重力势能的变化量仅与重力做功有关，与有无其他力做功无关，因此这两个过程中重力势能的改变量也相同。 [评价活动] 1．一个100 g的球从1.8 m的高度处落到一个水平板上又弹回到1.25 m的高度，则整个过程中重力对球所做的功及球的重力势能的变化量是(取g＝10 m/s2)(　　) A. 重力做功为1.8 J B. 重力做了0.55 J的负功 C. 球的重力势能一定减少0.55 J D. 球的重力势能一定增加1.25 J √ 2．(多选)用拉力F将一个重为5 N的小球匀速提升3 m，如图所示。在这个过程中，下列说法正确的是 (　　) A. 小球的重力做了15 J的功 B. 拉力F对小球做了15 J的功 C. 小球的重力势能增加了15 J D. 合力对小球做的功是15 J √ √ 3．如图所示，质量为m的小球从曲面左侧上的A点滚下，经过最低点后滚到曲面右侧上的B点。已知A点距最低点的高度为h1，B点距最低点的高度为h2。小球从A点滚到B点的过程中，重力做了多少功？小球的重力势能变化了多少？ 解析：重力做功与路径无关，只与初、末位置高度差有关，故重力做的功为WG＝mgΔh＝mg(h1－h2) 因为高度减小，重力做正功，所以重力势能减少，且减少的重力势能等于重力所做的功，故小球的重力势能减少了mg(h1－h2)。 答案：mg(h1－h2)　减少了mg(h1－h2) 1．重力做功与重力势能的比较 项目 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和相对参考平面的高度h 特点 与初、末位置的高度差有关，与路径及参考平面的选择无关 与参考平面的选择有关，位于同一位置的物体，选择不同的参考平面，其重力势能的值不同 过程量 状态量 项目 重力做功 重力势能 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。重力做了多少功，重力势能就改变多少，即WG＝Ep1－Ep2＝－ΔEp 2.重力做功与重力势能变化关系的理解与应用 (1)无论物体是否受到其他力的作用，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变化及变化量的大小，反之也可以由重力势能的变化及变化量的大小判断重力做功的正负及大小。 任务三　对弹性势能的理解 1．关于弹性势能，下列说法正确的是 (　　) 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 √ 34 2．如图所示的几个运动过程，物体弹性势能增加的是 (　　) A. 如图甲所示，撑竿跳高运动员从压竿到竿伸直的过程中，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 √ 3．一根弹簧的弹力­形变量图线如图所示，那么弹簧由伸长量为8 cm到伸长量为4 cm的过程中，弹力做功和弹性势能的变化量分别为 (　　) A. 3.6 J，－3.6 J B. －3.6 J，3.6 J C. 1.8 J，－1.8 J D. －1.8 J，1.8 J √ 4．蹦极运动是一种非常刺激的娱乐项目。现将蹦极运动简化为以下过程：将游客视为质点，他的运动始终沿竖直方向。如图所示，弹性绳的一端固定在O点，另一端和游客相连。游客从O点自由下落，至B点弹性绳自然伸直，经过合力为0的C点到达最低点D，然后弹起，整个过程中弹性绳始终在弹性限度内。游客从静止下降到最低点的过程中，下列说法正确的是 (　　) A. 从O点到B点过程中，重力势能增大 B. 从B点到D点过程中，游客做匀减速运动 C. 从B点到C点过程中，弹性绳的弹性势能先增大后减小 D. 在蹦极运动过程中，游客的速度先增大后减小 √ D　解析：从O点到B点过程中，游客的高度降低，则重力势能减小，选项A错误；从B点到D点过程中，弹性绳的拉力先小于重力，后大于重力，则游客先加速后减速，游客的速度先增大后减小，选项B错误，D正确；从B点到C点的过程中，弹性绳的长度一直增加，则弹性势能一直增大，选项C错误。 5．某物理小组通过探究得到弹性势能的表达式为Ep＝ kx2，式中k为弹簧的劲度系数，x为弹簧伸长(或缩短)的长度。 放在地面上的物体的上端系在劲度系数k＝200 N/m的弹簧上，弹簧的另一端拴在跨过定滑轮的绳子上，如图所示。手拉绳子的另一端，当竖直往下拉0.1 m时物体恰好离开地面，继续拉绳子，使物体缓慢升高到离地高h＝0.5 m处。 不计弹簧重力和滑轮与绳子间的摩擦(取g＝ 10 m/s2)。 求： (1)该过程中，弹簧弹性势能的最大值； (2)物体在整个运动过程中重力势能的增加量。 答案：(1)1 J　(2)10 J 1．弹性势能与弹力做功的关系 (1)弹力做正功时，弹性势能减少。 (2)弹力做负功时，弹性势能增加。 (3)弹力做功与弹性势能变化的关系为W弹＝－ΔEp。 2．弹性势能(以弹簧的弹性势能为例)与重力势能对比 物理量 弹性势能 重力势能 大小 与弹簧的劲度系数和形变量有关，劲度系数越大，形变量越大，弹性势能越大 与物体的质量和高度有关，质量越大，高度越高，重力势能越大 单位 焦耳(J) 焦耳(J) 标矢性 标量 标量 相对性 弹性势能与零势能位置的选取有关，通常选自然长度时势能为零 重力势能大小与零势能面的选取有关 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能量 重力势能是物体与地球这一系统所共有的能量 联系 两种势能分别以弹力、重力的存在为前提，又都具有相对性。两者同属机械能的范畴，在一定条件下可相互转化 43 本节课掌握了哪些考点？ 本节课还有什么疑问点？ 44 谢 谢！ 45 $