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2019-2020年高中物理 4.2動能 勢能 學(xué)案 粵教版必修2 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 一、知識與技能： 1、知道做功的過程就是物體能量的轉(zhuǎn)化過程。知道功是能量轉(zhuǎn)化的量度。 2、正確理解動能的概念，會用動能的定義式進(jìn)行計(jì)算． 3、理解重力勢能的概念和相對性，會用重力勢能的定義式進(jìn)行計(jì)算． 4、理解重力勢能的變化和重力做功的關(guān)系．知道重力做功與路徑無關(guān)． 5、了解彈性勢能． 二、過程與方法： 1、推導(dǎo)重力做功與重力勢能的變化關(guān)系，學(xué)會如何把科學(xué)規(guī)律用簡潔的語言表達(dá)出來，學(xué)會科學(xué)的表達(dá)方法。 2、觀察被舉高的重物所具有的重力勢能與形變的物體所具有的能量之間有何相同之處，體會類比法是物理學(xué)研究中常用的一種方法。 三、情感態(tài)度與價(jià)值觀： 1、通過討論交流的形式，培養(yǎng)合作精神和積極參與的意識。 2、運(yùn)用辯證唯物主義的觀點(diǎn)和科學(xué)的態(tài)度，從功能角度探索、研究、發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律，并運(yùn)用它服務(wù)人類。 【學(xué)習(xí)重點(diǎn)】 重力勢能以及重力勢能的變化與重力做功的關(guān)系. 【知識要點(diǎn)】 一、能量 1、 如果一個(gè)物體能夠?qū)ν饨缱龉Γ覀兙驼f這個(gè)物體具有能量。能量總是與物體的某一運(yùn)動狀態(tài)相聯(lián)系，并且與運(yùn)動狀態(tài)存在一一對應(yīng)的關(guān)系。所以，能量是由物體的運(yùn)動狀態(tài)決定的，能量是狀態(tài)量。 能量不能脫離物體而單獨(dú)存在。并且與物體的質(zhì)量相對應(yīng)。 2、 在國際單位制中，能量的單位和功相同，都是焦耳（J）。 3、 功和能的關(guān)系 做功的過程就是物體能量轉(zhuǎn)化的過程，做了多少功，就有多少能量改變。也就是說，功是能量轉(zhuǎn)化的量度。 外界對物體做功，物體能量要增加；物體對外界作功，物體能量要減少。 4、無論什么形式的能量都是標(biāo)量。 二、動能 物體由于運(yùn)動而具有的能量叫做動能。永遠(yuǎn)是正值。 ⑤ 式中EK表示物體的動能，m是物體的質(zhì)量，v是物體瞬時(shí)速度的大小。 注意：速度是相對的，由所確定的動能大小也是相對的。通常我們以地面做參照物計(jì)算物體的動能。 三、重力勢能： 物體與地球組成的系統(tǒng)中，由于物體與地球間相互作用，由它們間的相對位置決定的能量叫重力勢能。 EG= mgh ⑥ 說明： （1）、重力勢能本來是物體與地球組成的系統(tǒng)共有的，通常簡稱為“物體具有多少重力勢能”。 （2）、重力勢能具有相對性，它的值與“零勢能面”的選取有關(guān)。但是，重力勢能的改變量卻與“零勢能面”的選取無關(guān)。 “相對位置”指的是：重力勢能是相對于某一個(gè)水平面來說的，將這個(gè)水平面的高度取作零，在這個(gè)水平面上重力勢能也為零。這個(gè)水平面叫參考面(或零勢能面)。 一般選參考面的原則是： i 沒指明時(shí)，以地面為零勢能面，故重力勢能又可稱為“物體由于被舉高而具有的能”。 ii 一般選初始狀態(tài)或末了狀態(tài)所在平面為零勢能面。 iii 解題中，也可選物體運(yùn)動到最低處為零勢面。 3）、重力勢能有正有負(fù)。 物體位于零勢能面以上，則EG＞0；位于零勢能面以下則EG＜0。 4）、重力做功與重力勢能的關(guān)系： 重力做正功時(shí)，重力勢能減少；重力做負(fù)功時(shí)，重力勢能增加。 重力做的功與重力勢能的改變量在數(shù)值上相等。 設(shè)初位置重力勢能為EG1，末位置重力勢能為EG2 ， 則：?EG＝EG2－EG1 當(dāng) WG＜0時(shí) ?EG＝EG2－EG1＞0 WG＞0時(shí) ?EG＝EG2－EG1＜0 上述性質(zhì)也可表述為：重力做功與路徑無關(guān)，由物體所處的初、末位置決定。 四、彈性勢能 物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能量叫做彈性勢能（EN） 說明： （1）、發(fā)生彈性形變時(shí)，物體各部分之間的相對位置發(fā)生了改變。 （2）、彈性勢能與彈力做功的關(guān)系 彈力做正功，彈性勢能減?。粡椓ψ鲐?fù)功（即外力克服彈力做正功），彈性勢能增加。彈力做的功與彈性勢能的改變量在數(shù)值上相等。 【典型例題】 【例1】一輛汽車以v1=6 m/s的速度沿水平路面行駛時(shí)，急剎車后能滑行s1=3.6 m.如果改以v2=8 m/s的速度行駛，同樣情況下急剎車后滑行的距離s2為（　?。? A.6.4 m B.5.6 m C.7.2 m D.10.8 m 解析：剎車滑行時(shí)，汽車的動能消耗于克服路面的摩擦力所做的功（空氣阻力等不計(jì)）.由Ek=mv2=μmgs得滑行距離s=即= 所以s2=s1=6.4 m. 答案:A 【例2】如圖4－2－3所示，小球在豎直向下的力F作用下將豎直彈簧壓縮，若將力F撤去，小球?qū)⑾蛏蠌椘鸩㈦x開彈簧，直到小球速度為零.在小球上升的過程中，下列說法正確的是（　?。? 圖4－2－3 A.小球的動能先增大后減小 B.小球在離開彈簧時(shí)動能最大 C.小球的動能最大時(shí)彈簧的彈性勢能為零 D.彈簧對小球的彈力做正功時(shí)，小球的動能總在增大 解析：小球在撤力F前處于平衡狀態(tài)，設(shè)彈簧壓縮量為x，小球的質(zhì)量為m，由平衡條件有：mg+F=kx.撤去F時(shí)，小球?qū)⒃诤狭x－mg作用下向上做加速度減小的加速運(yùn)動，x逐漸減小，當(dāng)kx=mg，即加速度減為零時(shí)，速度達(dá)到最大，此時(shí)x=mg/k.以后小球?qū)⒃谙蛏系暮狭g－kx作用下做減速運(yùn)動，當(dāng)彈簧恢復(fù)原長時(shí)，小球脫離彈簧，做上拋運(yùn)動，繼續(xù)減速，速度為零時(shí)達(dá)到最高點(diǎn).結(jié)合彈性勢能的特點(diǎn)與上述分析，就能對各選項(xiàng)作出判斷. 由上述分析知，小球先做加速運(yùn)動，后做減速運(yùn)動，故A正確;kx=mg時(shí)，速度最大，動能最大，小球并未離開彈簧，B錯(cuò)誤.此時(shí)彈簧處于形變狀態(tài)，有彈性勢能，C錯(cuò)誤.在小球開始減速而未脫離彈簧時(shí)，彈力對小球做正功，小球動能在減小，因此D錯(cuò)誤. 答案:A 【例3】起重機(jī)以的加速度，將質(zhì)量為m的物體勻減速地沿豎直方向提升h高度，則起重機(jī)鋼索的拉力對物體做的功為多少？物體克服重力做功為多少？物體的重力勢能變化了多少？（空氣阻力不計(jì)） 解析：由物體運(yùn)動的加速度，據(jù)牛頓第二定律可確定物體所受的合力及鋼索對物體的拉力.再由功的定義式及重力做功與重力勢能的變化關(guān)系求解. 由題意可知起重機(jī)的加速度a=，物體上升高度h，根據(jù)牛頓第二定律得：mg－F=ma F=mg－ma=mg－m=mg.方向豎直向上 所以拉力做功WF=Fhcos0=mgh 重力做功WG=mghcos180=－mgh，即物體克服重力做功為mgh.又因?yàn)閃G=－=－mgh WG＜0　　＜ 即物體的重力勢能增加了mgh. 答案:拉力做功為mgh,克服重力做功為mgh,重力勢能增加了mgh. 【當(dāng)堂反饋】 1. 下列正確的說法是（ ） A. 只有正在做功的物體才具有能 B. 只要能夠做功的物體就具有能 C. 正在做功的物體一定具有勢能 D. 能夠做功的物體一定具有動能 2. 以同樣速度行駛的載重汽車和小轎車，它們的動能相比（ ） A. 載重汽車的動能大　 B. 小轎車的動能較大 C. 它們的動能一樣大　 D. 無法比較 3. 跳傘運(yùn)動員在空中勻速降落時(shí)機(jī)械能將（ ）\ A. 逐漸減少　　 B. 逐漸增大 C. 保持不變　　 D. 無法說明機(jī)械能的變化情況 4. 拋向空中的石子，在飛行中具有（ ） A. 動能　　 B. 勢能　　C. 機(jī)械能 　D. 以上都對 　5. 水從高處落下，水的（ ） A. 勢能不變，動能增加 　 B. 動能、勢能都不變 C. 動能增加，勢能減少 　 D. 勢能增加，動能減少　 6. 下列過程中，屬于動能轉(zhuǎn)化為勢能的是（ ） A. 將一塊石子向上拋出　 B. 張開的弓把箭射出； C. 自行車從高坡上滑下 　 D. 屋檐下落向地面的水滴。 　7. 一個(gè)物體的重力勢能減少了，這是因?yàn)椋? ） A. 它所處的高度減少了 　 B. 它所處的高度增加了 C. 它的速度減少了 　　　 D. 它在水平面上的位置改變了 　8. 關(guān)于功和能的敘述，其中正確的是（ ） A. 能量就是物體做功的本領(lǐng)，所以能量就是功； B. 一個(gè)物體具有的能量越多，這個(gè)物體具有的功越多； C. 彈簧一定具有彈性勢能； D. 具有能的物體不一定在做功。 　9. 皮球從手中豎直落到地上，從撞擊地面到發(fā)生形變的過程中（ ） A. 彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能　　　 B. 動能轉(zhuǎn)化為彈性勢能 C. 重力勢能轉(zhuǎn)化為彈性勢能 　 D. 動能轉(zhuǎn)化為重力勢能 【參考答案】 1. B 　 2. A 　3. A 　4. D　 5. C　　6. A 　 7. A 　8. D　 9. B 　 【反思】 收 獲 疑 問