4.1 势能的变化与机械功（课件）-2018版步步高学案导学与随堂笔记物理（沪科版必修2）

第4章 4.1　势能的变化与机械功 学习目标　 1.认识重力做功与物体运动的路径无关的特点，理解重力势能的概念. 2.理解重力做功与重力势能变化的关系. 3.知道重力势能具有相对性，知道重力势能是物体和地球所组成的系统所共有的. 内容索引 Ⅰ自主预习梳理 Ⅱ 重点知识探究 Ⅲ 当堂达标检测 自主预习梳理 Ⅰ 一、研究重力做功跟重力势能变化的关系 1.重力势能 (1)定义：物体由于 而具有的能. (2)公式：Ep＝ ，式中h是物体重心到 的高度. (3)单位： ；符号： . 2.重力做功与重力势能的变化： (1)表达式：W＝ ＝－ΔEp. (2)两种情况： ①物体由高处到低处，重力做 功，重力势能 ； ②物体由低处到高处，重力做 功，重力势能 . 增加 被举高 mgh 参考平面 焦耳 J Ep1－Ep2 正 减少 负 二、重力做功与路径无关 1.重力做功的表达式：W＝ ，h指初位置与末位置的 . 2.重力做功的特点：物体运动时，重力对它做的功只跟它的___________ 有关，而跟物体运动的 无关. 三、弹性势能 1.定义：物体发生 时具有的势能叫做弹性势能. 2.大小：弹簧的劲度系数为k，弹簧的伸长量或压缩量为x，则弹簧的弹性 势能Ep＝ . 弹性形变 mgh 高度差 初位置和末 位置的高度 路径 1.判断下列说法的正误. (1)重力做功与物体沿直线或曲线运动有关.( ) (2)物体只要运动，其重力一定做功.( ) (3)同一物体在不同位置的重力势能分别为Ep1＝3 J，Ep2＝－10 J，则Ep1<Ep2.( ) (4)物体由高处到低处，重力一定做正功，重力势能一定减少.( ) (5)重力做功一定与路径无关，只与初、末位置的高度差有关.( ) (6)只要发生形变的物体就一定具有弹性势能.( ) × × × 即学即用 √ √ × 2.将质量为m的物体从地面上方H高处由静止释放，物体落在地面后地面出现一个深度为h的坑，如图1所示，在此过程中，重力对物体做功为_________，重力势能_____(填“减少”或“增加”)了_________. 图1 mg(H＋h) 减少 mg(H＋h) 重点知识探究 Ⅱ 一、重力做功的特点 如图2所示，一个质量为m的物体，从高度为h1的位置A分别按下列三种方式运动到高度为h2的位置B，在这个过程中思考并讨论以下问题： (1)根据功的公式求出甲、乙两种情况下重力做的功； 导学探究 答案　甲中W＝mgh＝mgh1－mgh2 乙中W′＝mglcos θ＝mgh＝mgh1－mgh2 答案 图2 (2)求出丙中重力做的功； 答案　把整个路径AB分成许多很短的间隔AA1、A1A2…，由于每一段都很小，每一小段都可以近似地看做一段倾斜的直线， 答案 设每段小斜线的高度差分别为Δh1、Δh2…， 则物体通过每段小斜线时重力做的功分别为mgΔh1、mgΔh2…. 物体通过整个路径时重力做的功 W″＝mgΔh1＋mgΔh2＋…＝mg(Δh1＋Δh2＋…)＝mgh＝mgh1－mgh2 (3)重力做功有什么特点？ 答案　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. 答案 1.重力做功大小只与重力和物体高度变化有关，与物体受其他力及物体的运动状态均无关. 2.物体下降时重力做正功，物体上升时重力做负功. 3.在一些往复运动或多个运动过程的复杂问题中求重力做功时，利用重力做功的特点，可以省去大量中间过程，一步求解. 知识深化 例1　在同一高度，把三个质量相同的球A、B、C分别以相等的速率竖直上抛、竖直下抛和平抛，它们都落到同一水平地面上.三个球在运动过程中，重力对它们做的功分别为WA、WB、WC，重力的平均功率分别为PA、PB、PC，则它们的大小关系为 A.WA>WB＝WC，PA>PB＝PC B.WA＝WB＝WC，PA＝PB＝PC C.WA＝WB＝WC，PB>PC>PA D.WA>WB>WC，PA>PB>PC √ 解析　由重力做功特点知：WA＝WB＝WC； 由运动学知识知，从抛出到落地的时间：tB<tC<tA， 答案 解析 二、重力势能 如图3所示，质量为m的物体自高度为h2的A处下落至高度为h1的B处.求下列两种情况下，重力做的功和重力势能的变化量，并分析它们之间的关系. (1)以地面为零势能参考面