2019-2020年高中物理 第2章 能的轉(zhuǎn)化與守恒 第3講 勢(shì)能的改變學(xué)案 魯科版必修2目標(biāo)定位1.理解重力勢(shì)能的概念和重力勢(shì)能的表達(dá)式知道重力勢(shì)能的相對(duì)性、系統(tǒng)性.2.知道重力做功的特點(diǎn)，理解重力勢(shì)能的變化和重力做功的關(guān)系.3.了解彈性勢(shì)能的變化和彈力做功的關(guān)系一、重力勢(shì)能1定義：物體處于一定_而具有的能 2大?。何矬w的重力勢(shì)能的大小與物體的_和所處的_有關(guān)，Ep_.3參考平面：高度規(guī)定為零的水平面，任何物體在該平面上的重力勢(shì)能都_參考平面的選取是任意的(通常選地面為參考平面)物體位于參考平面以上時(shí)，重力勢(shì)能取_值，物體位于參考平面以下時(shí)，重力勢(shì)能取_值4標(biāo)、矢性及單位：重力勢(shì)能是_，單位是_，符號(hào)是_二、重力做功與重力勢(shì)能的改變1重力做功的特點(diǎn)：重力做功與_無(wú)關(guān)，只與初、末位置的_有關(guān)；重力做功總是對(duì)應(yīng)于物體重力勢(shì)能的變化，兩者的大小_，并且與是否存在其他作用力及其他力是否做功_2兩者間的關(guān)系：(1)物體的重力做多少功，物體的重力勢(shì)能就_多少；物體克服重力做多少功，物體的重力勢(shì)能就_多少(2)關(guān)系式：_.想一想物體在空中下落時(shí)，存在空氣阻力和不存在空氣阻力兩種情況下，下落相同的高度時(shí)，重力做功情況，重力勢(shì)能變化情況及能量轉(zhuǎn)化情況，是否相同？三、彈性勢(shì)能的改變1定義：物體因?yàn)榘l(fā)生_而具有的能2影響彈性勢(shì)能的因素：一個(gè)物體彈性勢(shì)能的大小，取決于_的大小3彈力做功與彈性勢(shì)能的改變：彈力對(duì)外做了多少功，彈性勢(shì)能就_多少，克服彈力做了多少功，彈性勢(shì)能就_多少4勢(shì)能：由_決定的能，包括_和_等一、重力做功的特點(diǎn)由WFscos 可知，WGmgS cos mgh，所以重力做功的大小由重力大小和重力方向上位移的大小即高度差決定，與其他因素?zé)o關(guān)，所以只要起點(diǎn)和終點(diǎn)的位置相同，不論沿著什么路徑由起點(diǎn)到終點(diǎn)，重力所做的功相同例1某游客領(lǐng)著孩子游泰山時(shí)，孩子不小心將手中的皮球滑落，球從A點(diǎn)滾到了山腳下的B點(diǎn)，高度標(biāo)記如圖1所示，則下列說(shuō)法正確的是()圖1A從A到B的曲線軌跡長(zhǎng)度不知道，無(wú)法求出此過(guò)程中重力做的功B從A到B過(guò)程中阻力大小不知道，無(wú)法求出此過(guò)程中重力做的功C從A到B重力做功mg(Hh)D從A到B重力做功mgH二、對(duì)重力勢(shì)能的理解及計(jì)算1相對(duì)性：Epmgh中的h是物體重心相對(duì)參考平面的高度參考平面選擇不同，則物體的高度h不同，重力勢(shì)能的大小也就不同，所以確定重力勢(shì)能首先選擇參考平面2系統(tǒng)性：重力是地球與物體相互吸引產(chǎn)生的，所以重力勢(shì)能是物體和地球組成的系統(tǒng)共有，平時(shí)所說(shuō)的“物體”的重力勢(shì)能只是一種簡(jiǎn)化說(shuō)法3重力勢(shì)能是標(biāo)量：無(wú)方向，但有正負(fù)負(fù)的重力勢(shì)能只是表示物體的重力勢(shì)能比在參考平面上時(shí)具有的重力勢(shì)能要少，這跟用正負(fù)表示溫度高低是一樣的例2如圖2所示，桌面距地面的高度為0.8 m，一物體質(zhì)量為2 kg，放在桌面上方0.4 m的支架上圖2(1)以桌面為零勢(shì)能參考平面，計(jì)算物體具有的重力勢(shì)能，并計(jì)算物體由支架下落到地面過(guò)程中重力勢(shì)能減少多少？(2)以地面為零勢(shì)能參考平面，計(jì)算物體具有的重力勢(shì)能，并計(jì)算物體由支架下落到地面過(guò)程中重力勢(shì)能減少多少？(3)以上計(jì)算結(jié)果說(shuō)明什么？三、重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系1重力做功是重力勢(shì)能變化的原因，且重力做了多少功，重力勢(shì)能就改變多少，即WGEp1Ep2Ep.(1)當(dāng)物體從高處向低處運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力做正功，重力勢(shì)能減少(2)當(dāng)物體從低處向高處運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力做負(fù)功，重力勢(shì)能增加2重力做的功與重力勢(shì)能的變化量均與參考平面的選擇無(wú)關(guān)3重力勢(shì)能的變化只取決于物體重力做功的情況，與物體除重力外是否還受其他力作用以及除重力做功外是否還有其他力做功等因素均無(wú)關(guān)例3一個(gè)100 g的球從1.8 m的高處落到一個(gè)水平板上又彈回到1.25 m的高度，則整個(gè)過(guò)程中重力對(duì)球所做的功及球的重力勢(shì)能的變化是(g10 m/s2)()A重力做功為1.8 JB重力做了0.55 J的負(fù)功C物體的重力勢(shì)能一定減少0.55 JD物體的重力勢(shì)能一定增加1.25 J四、彈力做功與彈性勢(shì)能變化的關(guān)系1關(guān)系：物體彈性勢(shì)能的改變總是與彈力做功相聯(lián)系彈力做功是彈性勢(shì)能變化的唯一量度彈力做多少正功，彈性勢(shì)能就減少多少；彈力做多少負(fù)功，彈性勢(shì)能就增加多少2表達(dá)式：W彈EpEp1Ep2例4如圖3所示，一個(gè)物體以速度v0沖向與豎直墻壁相連的輕質(zhì)彈簧，墻壁和物體間的彈簧被物體壓縮，在此過(guò)程中，以下說(shuō)法正確的是()圖3A物體對(duì)彈簧做的功與彈簧的壓縮量成正比B物體向墻壁運(yùn)動(dòng)相同的位移，彈力做的功不相等C彈簧的彈力做正功，彈性勢(shì)能增加D彈簧的彈力做負(fù)功，彈性勢(shì)能增加重力做功的特點(diǎn)1如圖4所示，某物塊分別沿三條不同的軌道由離地面高h(yuǎn)的A點(diǎn)滑到同一水平面上，軌道1、2是光滑的，軌道3是粗糙的，則()圖4A沿軌道1滑下重力做的功多B沿軌道2滑下重力做的功多C沿軌道3滑下重力做的功多D沿三條軌道滑下重力做的功一樣多對(duì)重力勢(shì)能的理解及計(jì)算2質(zhì)量為20 kg的薄鐵板平放在二樓的地面上，二樓地面與樓外地面的高度差為5 m這塊鐵板相對(duì)二樓地面的重力勢(shì)能為_(kāi)J，相對(duì)樓外地面的重力勢(shì)能為_(kāi)J；將鐵板提高1 m，若以二樓地面為參考平面，則鐵板的重力勢(shì)能變化了_J；若以樓外地面為參考平面，則鐵板的重力勢(shì)能變化了_J.重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系的理解及應(yīng)用3在離地80 m處無(wú)初速釋放一小球，小球質(zhì)量為m200 g，不計(jì)空氣阻力，g取10 m/s2，取最高點(diǎn)所在水平面為零勢(shì)能參考平面求：(1)在第2 s末小球的重力勢(shì)能；(2)3 s內(nèi)重力所做的功及重力勢(shì)能的變化彈力做功與彈性勢(shì)能變化的關(guān)系4.如圖5所示，在光滑水平面上有一物體，它的左端連一彈簧，彈簧的另一端固定在墻上，在力F作用下物體處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)撤去F后，物體將向右運(yùn)動(dòng)，在物體向右運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中下列說(shuō)法正確的是()圖5A彈簧對(duì)物體做正功，彈簧的彈性勢(shì)能逐漸減少B彈簧對(duì)物體做負(fù)功，彈簧的彈性勢(shì)能逐漸增加C彈簧先對(duì)物體做正功，后對(duì)物體做負(fù)功，彈簧的彈性勢(shì)能先減少再增加D彈簧先對(duì)物體做負(fù)功，后對(duì)物體做正功，彈簧的彈性勢(shì)能先增加再減少答案精析第3講勢(shì)能的改變預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)一、1.高度2質(zhì)量高度mgh3為零正負(fù)4標(biāo)量焦耳J二、1.路徑高度差相等無(wú)關(guān)2(1)減少增加(2)WGEp1Ep2Ep想一想重力做功、重力勢(shì)能變化情況相同，而能量轉(zhuǎn)化情況不同三、1.彈性形變2彈性形變3減小增加4物體間的相對(duì)位置重力勢(shì)能彈性勢(shì)能課堂講義例1D重力做功與物體的運(yùn)動(dòng)路徑無(wú)關(guān)，只與初末狀態(tài)物體的高度差有關(guān)，從A到B的高度是H，故從A到B重力做功mgH，D正確例2(1)8 J24 J(2)24 J24 J(3)見(jiàn)解析解析(1)以桌面為零勢(shì)能參考平面，物體距離零勢(shì)能參考平面的高度h10.4 m，因而物體具有重力勢(shì)能Ep1mgh12100.4 J8 J.物體落至地面時(shí)，物體重力勢(shì)能Ep2210(0.8) J16 J.因此物體在此過(guò)程中重力勢(shì)能減小量EpEp1Ep28 J(16) J24 J.(2)以地面為零勢(shì)能參考平面，物體的高度h1(0.40.8) m1.2 m.因而物體具有的重力勢(shì)能Ep1mgh12101.2 J24 J.物體落至地面時(shí)重力勢(shì)能Ep20.在此過(guò)程中物體重力勢(shì)能減小量EpEp1Ep224 J024 J.(3)通過(guò)上面的計(jì)算可知，重力勢(shì)能是相對(duì)的，它的大小與零勢(shì)能參考平面的選取有關(guān)，而重力勢(shì)能的變化是絕對(duì)的，它與零勢(shì)能參考平面的選取無(wú)關(guān)，其變化值與重力對(duì)物體做功的多少有關(guān)例3C整個(gè)過(guò)程中重力做功WGmgh0.1100.55 J0.55 J，故重力勢(shì)能減少0.55 J，所以選項(xiàng)C正確例4BD由功的計(jì)算公式WFscos 知，恒力做功時(shí)，做功的多少與物體的位移成正比，而彈簧對(duì)物體的彈力是一個(gè)變力，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤；彈簧開(kāi)始被壓縮時(shí)彈力小，彈力做的功也少，彈簧的壓縮量變大時(shí)，物體移動(dòng)相同的距離做的功多，故選項(xiàng)B正確；物體壓縮彈簧的過(guò)程，彈簧的彈力與彈力作用點(diǎn)的位移方向相反，所以彈力做負(fù)功，彈性勢(shì)能增加，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤，選項(xiàng)D正確對(duì)點(diǎn)練習(xí)1D重力做功只與初末位置的高度差有關(guān)，與路徑無(wú)關(guān)，D選項(xiàng)正確20103200200解析根據(jù)重力勢(shì)能的定義式，以二樓地面為參考平面：Ep0.以樓外地面為參考平面：Epmgh20105 J103 J.以二樓地面為參考平面：EpEp2Ep1mgh1020101 J200 J.以樓外地面為參考平面：EpEp2Ep1mg(hh1)mghmgh120101 J200 J.3(1)40 J(2)90 J減少了90 J解析(1)在第2 s末小球所處的高度為：hgt21022 m20 m重力勢(shì)能為：Epmgh0.210(20) J40 J.(2)在3 s內(nèi)小球下落的高度為hgt21032 m45 m.3 s內(nèi)重力做功為：WGmgh0.21045 J90 JWG>0，所以小球的重力勢(shì)能減少，且減少了90 J.4C彈簧由壓縮到原長(zhǎng)再到伸長(zhǎng)，剛開(kāi)始時(shí)彈力方向與物體運(yùn)動(dòng)方向同向做正功，彈性勢(shì)能減小越過(guò)原長(zhǎng)位置后彈力方向與物體運(yùn)動(dòng)方向相反，彈力做負(fù)功，故彈性勢(shì)能增加，所以只有C正確，A、B、D錯(cuò)誤