【小初高学*]2017-2018年高中物理 第七章 机械能守恒定律 第4节 重力势能教学案 新人教版

发布于:2021-10-22 10:36:38

教育精品学*资源 第 4 节 重力势能 一、重力做的功┄┄┄┄┄┄┄┄① 1.重力做功的特点 (1)只跟物体运动的起点和终点的位置有关,而跟物体运动的路径无关,跟物体初位置 和末位置的高度差有关。 (2)物体下降时重力做正功,物体被举高时重力做负功。 2.表达式:WG=mgh=mg(h1-h2),其中 h1、h2 分别表示物体起点和终点的高度。 [说明] (1)物体在水*面上运动时,重力总是不做功。 (2)物体的竖直位移等于零,说明重力做功的代数和等于零,但过程中重力并不一定不 做功。 (3)重力做功的特点可以推广到任一恒力做功,即恒力做功特点为:与具体路径无关, 只与起点和终点两个位置有关,恒力做的功等于力与沿着力方向的位移的乘积。 ①[填一填] 同一物体从同一高度处分别做自由落体、竖直上抛、*抛运动,最终落地,上述三种运 动重力做的力分别为 W1 、W2、W3,则三者的关系为______________。 答案:W1=W2=W3 二、重力势能┄┄┄┄┄┄┄┄② 1.特点:与物体相对地球的位置或(高度)有关。 2.大小:物体的重力势能等于它所受重力与所处高度的乘积,表达式为:Ep=mgh。 3.单位:焦耳,与功的单位相同。 4.重力势能的特性 (1)相对性:重力势能总是相对选定的参考*面而言的(该*面常称为零势能面)。 (2)标矢性:重力势能为标量,只有大小没有方向,但有正负,其正负表示与参考*面 上物体重力势能的相对大小;物体在参考*面上方时,重力势能为正值,在参考*面下方时, 重力势能为负值。 (3)系统性:重力势能是地球与物体所组成的物体“系统”所共有的。 5.重力做的功与重力势能的关系:WG=Ep1-Ep2=-Δ Ep。 [说明] 当物体从高处运动到低处时,重力做正功,重力势能减小,即 WG>0,Ep1>Ep2。重力势 能的减少量等于重力做的功。 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 负功也叫做物体克服重力做功;重力势能的增加量等于物体克服重力所做的功。 ②[判一判] 1.同一物体在 1、2 两位置的重力势能分别为 Ep1=6 J,Ep2=-20 J,则 Ep1>Ep2(√) 2.若两物体的重力势能分别为 Ep1=6 J,Ep2=-20 J,则 Ep1 与 Ep2 方向相反(×) 3.在同一高度的质量不同的两个物体,它们的重力势能一定不同(×) 4.重力势能的变化量与参考*面的选取无关(√) 教育精品学*资源 教育精品学*资源 1.重力势能的正负 重力势能是标量,其数值可正可负也可为零,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。 参考*面 EpA EpB EpC 地面 正值 正值 零 桌面 正值 零 负值 A 处*面 零 负值 负值 2.重力势能的两个性质 (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。分析上 表可知,对于同一物体,选取不同的水*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,即物体的 重力势能的变化量与参考*面的选取无关。 [典型例题] 例 1.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 的支架上 (g=10 m/s2,支架未画出)。以地面为参考*面,计算物体具有的重力势能,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*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 物体重力势能的减少量 教育精品学*资源 教育精品学*资源 Δ Ep=Ep1-Ep2=24 J-16 J=8 J [答案] 24 J 8 J [点评] 求解重力势能的两种方法 (1)根据重力势能的定义求解:选取零势能面,由 Ep=mgh 可求质量为 m 的物体在距零 势能面 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。 [即时巩固] 1.例 1 题中如果以桌面为参考*面,物体具有的重力势能为多少?物体由支架下落到 桌面的过程中,重力势能减少了多少? 解析:以桌面为参考*面,物体的高度 h1=0.4 m 物体的重力势能 Ep1=mgh1=2×10×0.4 J=8 J 物体落至桌面时的重力势能 Ep2=0 物体重力势能的减少量 Δ Ep=Ep1-Ep2=(8-0) J=8 J 答案:8 J 8 J 物理意义 表达式 影响大小 的因素 特点 联系 重力做功与重力势能的比较 重力做功 重力势能 重力对物体做功 WG=mgΔ h 重力 mg 和初、末位置的高度 差Δ h 由于物体与地球的相互作用, 且由它们之间的相对位置决定 的能 Ep=mgh 重力 mg 和某一位置的高度 h 只与初、末位置的高度差有 关,与路径及参考*面的选 择无关 与参考*面的选择有关,同一 位置的物体,选择不同的参考 *面,会有不同的重力势能值 过程量 状态量 重力做功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=-Δ Ep [典型例题] 例 2.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。求小球从 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

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