4.4 势能 课件 -2025-2026学年高一下学期物理粤教版必修第二册

该高中物理课件聚焦重力势能、弹性势能核心知识点，通过物块移动路径、滑梯运动等情境导学实例，从重力做功特点切入，推导其与势能变化关系，延伸至势能相对性及弹性势能，构建递进式学习支架。 其亮点在于以情境创设和问题驱动融合科学思维与探究，如用微元思想分析重力做功路径无关性，通过不同参考平面势能计算典例强化理解。助力学生形成能量观念，提升科学探究能力，为教师提供结构化教学资源，提高教学效率。

第四节　势　能 [学习目标]　 1.通过实例分析,理解重力势能、弹性势能的概念,通过比较,建构势能的概念,理解势能的特征及其对建构能量观念的作用.2.通过分析重力做功的特点,体会微元思想,培养科学思维;通过推导重力做功和重力势能变化的关系,培养科学探究能力.3.结合实例分析,通过观察与思考分析归纳影响弹性势能的因素,理解弹性势能的概念. 知识点一　重力做功 「情境导学」 如图所示,将质量为m的物块从A移到B可以有如下方式:方式1:沿着折线AOB路径①移动.方式2:沿着直线AB路径②移动.方式3:沿着曲线ACB路径③移动. (1)沿着上述三条路径移动物块,重力做的功分别是多少? 提示:(1)都是mgh. (2)结合上面的讨论,分析重力做功有什么特点. 提示:(2)重力做的功与路径无关,只与初、末两个位置有关,重力做的功等于重力与沿着重力方向的位移的乘积. 「知识整合」 1.重力做功 (1)表达式:WG= . (2)做功特点:重力做功只与运动物体的 和 的位置有关,而与运动物体所经过的 无关,如图所示. mgh1-mgh2 起点 终点 路径 2.重力势能 (1)定义:物体由于位于 而具有的能量. (2)定义式:Ep= . (3)单位:重力势能是 ,在国际单位制中是 ,简称焦,符号是J. 3.重力做功与重力势能的关系 (1)表达式:WG= . (2)两种情况:重力做正功时,重力势能 ;重力做 时,重力势能增加. 高处 mgh 标量 焦耳 Ep1-Ep2 减少 负功 「问题思考」 如图所示,小朋友们正在玩滑梯. (1)小朋友从最高点滑落到地面的过程中,重力做正功还是负功?重力势能是增加还是减少? 提示:(1)正功;重力势能减少. (2)小朋友从地面爬上滑梯最高点的过程中,重力做正功还是负功?重力势能是增加还是减少? 提示:(2)负功;重力势能增加. 「归纳提升」 1.重力做功大小只与重力和物体高度变化有关,与是否受其他力及运动状态均无关. 2.物体下降时重力做正功,物体上升时重力做负功. 3.物体运动时,重力对它做的功只与它的起点和终点的位置有关,而与物体运动的路径无关. 「典例研习」 [例1] 利用功能关系研究重力势能过程中,我们用到了如图所示的情景:物体沿任意坡面从A运动到B.下列说法正确的是(　　) A.物体下滑过程中重力做正功,重力势能增加 B.物体沿光滑坡面下滑时重力做功小于沿粗糙坡面下滑重力所做的功 C.这个过程可以用来证明重力做功跟运动路径无关 D.若将物体从B移动到A,此过程重力势能减小 C 【解析】 物体下滑过程中重力做正功,重力势能减少,A错误;物体沿任意坡面从A下滑到B,重力做功为WG=mgΔh1+mgΔh2+mgΔh3+…=mg(Δh1+Δh2+ Δh3+…)=mgΔh=mg(h1-h2),可知物体运动时,重力对它做的功只与它的起点和终点的位置有关,而与物体运动的路径无关,因此物体沿光滑坡面下滑时重力做功等于沿粗糙坡面下滑重力所做的功,B错误,C正确;若将物体从B移动到A,高度升高,重力势能增大,D错误. 计算重力做功时,找出初、末位置的高度差Δh,直接利用公式WG=mgΔh即可,无须考虑中间的复杂运动过程. ·方法点拨· 知识点二　重力势能的相对性 如图所示,A点和B点到参考平面的高度都是h.将质量为m的质点放在A处和放在B处的重力势能各是多少?哪个大? 「情境导学」 提示:A处EpA=mgh,B处EpB=-mgh;A处大. 「知识整合」 1.参考平面:物体具有的重力势能总是相对某个 来说的,这个水平面叫作参考平面.一般规定在参考平面上的物体的重力势能为 . 2.重力势能的相对性 (1)选择不同的参考平面,同一物体在空间同一位置的重力势能就 . (2)对选定的参考平面而言,在参考平面上方的物体,重力势能为 ,在参考平面下方的物体,重力势能为 .重力势能为负值表示物体在这个位置具有的重力势能比在参考平面上具有的重力势能 . 水平面 零 不同 正值 负值 小 「问题思考」 如图所示,运动员在进行蹦床比赛.假设运动员质量为m,床面到地面的高度为h,运动员蹦起后离床面的高度为H.思考以下问题: (1)以地面为参考平面,运动员跳起后在最高点的重力势能是多少? (2)以床面为参考平面,运动员跳起后在最高点的重力势能是多少? (3)以运动员跳起后重心的最高点为参考平面,运动员跳起后又落到蹦床上时,重力势能是正值还是负值? 提示:(1)mg(H+h).(2)mgH.(3)运动员落到蹦床上,重心在参考平面以下,重力势能为负值. 「归纳提升」 1.重力势能的三个性质 (1)重力势能的相对性. 选取不同的水平面作为参考平面,其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简化的说法. 2.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下表所示. 参考平面 EpA EpB EpC 地面 正值 正值 零 桌面 正值 零 负值 A处平面 零 负值 负值 3.重力做功与重力势能变化的关系 (1)当物体由高处运动到低处时,重力做正功,重力势能减少,重力势能的减少量等于重力所做的功. (2)当物体由低处运动到高处时,重力做负功(物体克服重力做功),重力势能增加,重力势能的增加量等于物体克服重力所做的功. 「典例研习」 [例2] (对重力势能的理解)下列关于重力势能的说法正确的是(　　) A.重力势能是物体独有的 B.重力势能的变化只跟重力做功有关系,和其他力做功无关 C.重力势能是矢量,在地球表面以下为负 D.重力势能的增加量等于重力对物体做的功 B 【解析】 重力势能是物体与地球共有的,离开了地球没有重力,重力势能无意义,故A错误;重力做功,重力势能才发生变化,重力做多少功,重力势能就变化多少,与其他力做的功无关,故B正确;重力势能是标量,而负号则是说明在参考平面的下方,并不是地球表面以下为负,故C错误;重力对物体做的功等于初位置的重力势能减去末位置的重力势能,即重力做功等于重力势能的减少量,故D错误. 重力势能的求解方法 (1)根据重力势能的定义求解:选取参考平面,由 Ep=mgh可求质量为m的物体在离参考平面h高度处的重力势能. (2)由重力做功与重力势能变化的关系求解:由WG=Ep1-Ep2知Ep2=Ep1-WG或Ep1=WG+Ep2. ·方法点拨· [例3] (重力做功与重力势能变化的关系)如图所示,树上与A等高的P处有一个质量m=0.3 kg 的苹果下落.苹果有可能被人用篮子在与B等高处接住,也可能落到地面C处,还可能落到地面后滚入坑底D处.(g取10 m/s2) (1)分别以A、C、E所在水平面为参考平面,求P处苹果的重力势能. 【答案】 见解析 【解析】 (1)以A所在水平面为参考平面, P的相对高度hA=0, 则P处苹果的重力势能EpA=mghA=0; 以C所在水平面为参考平面, P的相对高度hC=2.2 m, 则P处苹果的重力势能EpC=mghC=6.6 J; 以E所在水平面为参考平面, P的相对高度hE=-1.6 m, 则P处苹果的重力势能EpE=mghE=-4.8 J. (2)苹果由P分别落至C或落至D的过程中,求重力所做的功以及重力势能的变化量. 【答案】 见解析 【解析】 (2)苹果由P落至C处,高度降低ΔhC=2.2 m, 重力做正功, WG C=mgΔhC=0.3×10×2.2 J=6.6 J, 重力势能变化量 ΔEpC=-WG C=-6.6 J; 苹果由P落至D处,高度降低ΔhD=5.2 m, 重力做正功, WGD=mgΔhD=15.6 J, 重力势能变化量ΔEpD=-WGD=-15.6 J. (1)重力做功与重力势能变化的关系:WG=Ep1-Ep2=-ΔEp,即重力势能变化多少是由重力做功的多少作为唯一量度的,与物体除重力外是否还受其他力作用,以及除重力做功外是否还有其他力做功等因素均无关. (2)两种情况. ·方法点拨· 知识点三　弹性势能 撑竿跳高运动员可以借助手中弯曲的竿跳得很高,拉开的弓可以把箭射出去,压缩的弹簧可以把小球弹出去……弯曲的竿、拉开的弓、压缩的弹簧有什么共同特征? 「情境导学」 提示:它们的共同特征是具有能量,具有对外做功的本领,这种能量为弹性势能.弹性势能是通过弹力做功转化为其他形式的能量的. 「知识整合」 1.弹性势能 发生 的物体,在恢复原状过程中,能够对外界做功,而具有的能量. 2.弹簧弹性势能 (1)在弹性限度内,同一弹簧发生的 越大,弹性势能越大. (2)形变相同的弹簧, 越大,弹性势能越大. 弹性形变 弹性形变 劲度系数 3.势能 与相互作用物体的 有关的能量. 4.势能的属性 (1)重力势能是 与受重力作用的物体组成的系统所共有的. (2)弹性势能是发生 的物体与此时受弹力作用的物体组成的系统所共有的. 相对位置 地球 弹性形变 「问题思考」 如图所示,为弹簧拉力器,可用来锻炼臂力. (1)人拉弹簧时对弹簧做什么功?弹簧的弹性势能怎么变化? 提示:(1)人对弹簧做正功,弹性势能增加. (2)在弹簧弹性限度内,人将弹簧拉得越长,克服弹力做功越多吗?弹性势能越大吗? 提示:(2)将弹簧拉得越长,克服弹力做功越多,弹性势能越大. (3)拉力器有2条弹簧和有4条弹簧,拉伸相同长度,用力一样吗?克服弹力做功相同吗? 提示:(3)用力不一样,克服弹力做功也不相同. 「归纳提升」 1.弹性势能的产生原因 (1)物体发生了弹性形变. (2)各部分间的弹力作用. 2.弹性势能的影响因素 (1)弹簧的形变量x. (2)弹簧的劲度系数k. 3.弹性势能与弹力做功的关系 如图所示,O为弹簧的原长处. (1)弹力做负功:如物体由O向A运动(压缩)或者由O向A′运动(伸长)时,弹性势能增加,其他形式的能转化为弹性势能. (2)弹力做正功:如物体由A向O运动或者由A′向O运动时,弹性势能减少,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为 W弹=-ΔEp. 「典例研习」 [例4] (多选)如图所示,光滑的水平面上,物体与水平轻质弹簧相连,物体在O点时弹簧处于原长状态,把物体向右拉到A处由静止释放,物体会由A向A′运动,A、A′关于O点对称,弹簧始终在弹性限度内,则(　 　 ) A.物体由A向O运动的过程中,物体对弹簧做正功,弹性势能逐渐减少 B.物体由O向A′运动的过程中,物体对弹簧做正功,弹性势能逐渐增加 C.在A、A′两处弹性势能相等 D.物体在A处时弹性势能为正值,在A′处时弹性势能为负值 BC 【解析】 物体由A向O运动的过程中,弹簧对物体弹力向左,物体对弹簧的力向右,物体对弹簧做负功,弹性势能逐渐减少,故A错误;物体由O向A′运动的过程中,弹簧对物体弹力向右,物体对弹簧的力向左,物体对弹簧做正功,弹性势能逐渐增加,故B正确;A、A′两处关于O点对称,弹簧的形变量大小相等,弹性势能相等,故C正确,D错误. 理解弹性势能时应注意的三个问题 (1)弹簧的弹性势能的大小由弹簧的劲度系数和形变量(拉伸或压缩的长度)共同决定,劲度系数越大,形变量越大,弹簧的弹性势能越大. (2)弹簧处于原长时,弹性势能为零,弹簧拉伸或压缩时,弹性势能均为正值. (3)弹性势能具有相对性,但其变化量具有绝对性,因此,在判断弹性势能的变化时不必考虑零势能点的位置. ·方法点拨· 感谢观看 $