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2019-2020年高中物理 4.2動(dòng)能 勢(shì)能 學(xué)案 粵教版必修2 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 一、知識(shí)與技能： 1、知道做功的過(guò)程就是物體能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程。知道功是能量轉(zhuǎn)化的量度。 2、正確理解動(dòng)能的概念，會(huì)用動(dòng)能的定義式進(jìn)行計(jì)算． 3、理解重力勢(shì)能的概念和相對(duì)性，會(huì)用重力勢(shì)能的定義式進(jìn)行計(jì)算． 4、理解重力勢(shì)能的變化和重力做功的關(guān)系．知道重力做功與路徑無(wú)關(guān)． 5、了解彈性勢(shì)能． 二、過(guò)程與方法： 1、推導(dǎo)重力做功與重力勢(shì)能的變化關(guān)系，學(xué)會(huì)如何把科學(xué)規(guī)律用簡(jiǎn)潔的語(yǔ)言表達(dá)出來(lái)，學(xué)會(huì)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(shì)能與形變的物體所具有的能量之間有何相同之處，體會(huì)類(lèi)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(guò)討論交流的形式，培養(yǎng)合作精神和積極參與的意識(shí)。 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(lèi)。 【學(xué)習(xí)重點(diǎn)】 重力勢(shì)能以及重力勢(shì)能的變化與重力做功的關(guān)系. 【知識(shí)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(shuō)這個(gè)物體具有能量。能量總是與物體的某一運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相聯(lián)系，并且與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。所以，能量是由物體的運(yùn)動(dòng)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(duì)應(yīng)。 2、 在國(guó)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(guò)程就是物體能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程，做了多少功，就有多少能量改變。也就是說(shuō)，功是能量轉(zhuǎn)化的量度。 外界對(duì)物體做功，物體能量要增加；物體對(duì)外界作功，物體能量要減少。 4、無(wú)論什么形式的能量都是標(biāo)量。 二、動(dòng)能 物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量叫做動(dòng)能。永遠(yuǎn)是正值。 ⑤ 式中EK表示物體的動(dòng)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(duì)的，由所確定的動(dòng)能大小也是相對(duì)的。通常我們以地面做參照物計(jì)算物體的動(dòng)能。 三、重力勢(shì)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(duì)位置決定的能量叫重力勢(shì)能。 EG= mgh ⑥ 說(shuō)明： （1）、重力勢(shì)能本來(lái)是物體與地球組成的系統(tǒng)共有的，通常簡(jiǎn)稱(chēng)為“物體具有多少重力勢(shì)能”。 （2）、重力勢(shì)能具有相對(duì)性，它的值與“零勢(shì)能面”的選取有關(guān)。但是，重力勢(shì)能的改變量卻與“零勢(shì)能面”的選取無(wú)關(guān)。 “相對(duì)位置”指的是：重力勢(shì)能是相對(duì)于某一個(gè)水平面來(lái)說(shuō)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(shì)能也為零。這個(gè)水平面叫參考面(或零勢(shì)能面)。 一般選參考面的原則是： i 沒(méi)指明時(shí)，以地面為零勢(shì)能面，故重力勢(shì)能又可稱(chēng)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(shì)能面。 iii 解題中，也可選物體運(yùn)動(dòng)到最低處為零勢(shì)面。 3）、重力勢(shì)能有正有負(fù)。 物體位于零勢(shì)能面以上，則EG＞0；位于零勢(shì)能面以下則EG＜0。 4）、重力做功與重力勢(shì)能的關(guān)系： 重力做正功時(shí)，重力勢(shì)能減少；重力做負(fù)功時(shí)，重力勢(shì)能增加。 重力做的功與重力勢(shì)能的改變量在數(shù)值上相等。 設(shè)初位置重力勢(shì)能為EG1，末位置重力勢(shì)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(wú)關(guān)，由物體所處的初、末位置決定。 四、彈性勢(shì)能 物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能量叫做彈性勢(shì)能（EN） 說(shuō)明： （1）、發(fā)生彈性形變時(shí)，物體各部分之間的相對(duì)位置發(fā)生了改變。 （2）、彈性勢(shì)能與彈力做功的關(guān)系 彈力做正功，彈性勢(shì)能減小；彈力做負(fù)功（即外力克服彈力做正功），彈性勢(shì)能增加。彈力做的功與彈性勢(shì)能的改變量在數(shù)值上相等。 【典型例題】 【例1】一輛汽車(chē)以v1=6 m/s的速度沿水平路面行駛時(shí)，急剎車(chē)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(chē)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(chē)滑行時(shí)，汽車(chē)的動(dòng)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(kāi)彈簧，直到小球速度為零.在小球上升的過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是（　　） 圖4－2－3 A.小球的動(dòng)能先增大后減小 B.小球在離開(kāi)彈簧時(shí)動(dòng)能最大 C.小球的動(dòng)能最大時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能為零 D.彈簧對(duì)小球的彈力做正功時(shí)，小球的動(dòng)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(dòng)，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(dòng)，當(dāng)彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)時(shí)，小球脫離彈簧，做上拋運(yùn)動(dòng)，繼續(xù)減速，速度為零時(shí)達(dá)到最高點(diǎn).結(jié)合彈性勢(shì)能的特點(diǎn)與上述分析，就能對(duì)各選項(xiàng)作出判斷. 由上述分析知，小球先做加速運(yùn)動(dòng)，后做減速運(yùn)動(dòng)，故A正確;kx=mg時(shí)，速度最大，動(dòng)能最大，小球并未離開(kāi)彈簧，B錯(cuò)誤.此時(shí)彈簧處于形變狀態(tài)，有彈性勢(shì)能，C錯(cuò)誤.在小球開(kāi)始減速而未脫離彈簧時(shí)，彈力對(duì)小球做正功，小球動(dòng)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(duì)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(shì)能變化了多少？（空氣阻力不計(jì)） 解析：由物體運(yùn)動(dòng)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(duì)物體的拉力.再由功的定義式及重力做功與重力勢(shì)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(shì)能增加了mgh. 答案:拉力做功為mgh,克服重力做功為mgh,重力勢(shì)能增加了mgh. 【當(dāng)堂反饋】 1. 下列正確的說(shuō)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(shì)能 D. 能夠做功的物體一定具有動(dòng)能 2. 以同樣速度行駛的載重汽車(chē)和小轎車(chē)，它們的動(dòng)能相比（ ） A. 載重汽車(chē)的動(dòng)能大　 B. 小轎車(chē)的動(dòng)能較大 C. 它們的動(dòng)能一樣大　 D. 無(wú)法比較 3. 跳傘運(yùn)動(dòng)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(wú)法說(shuō)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(dòng)能　　 B. 勢(shì)能　　C. 機(jī)械能 　D. 以上都對(duì) 　5. 水從高處落下，水的（ ） A. 勢(shì)能不變，動(dòng)能增加 　 B. 動(dòng)能、勢(shì)能都不變 C. 動(dòng)能增加，勢(shì)能減少 　 D. 勢(shì)能增加，動(dòng)能減少　 6. 下列過(guò)程中，屬于動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能的是（ ） A. 將一塊石子向上拋出　 B. 張開(kāi)的弓把箭射出； C. 自行車(chē)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(shì)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(shì)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(guò)程中（ ） A. 彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能　　　 B. 動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能 C. 重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能 　 D. 動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)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(wèn)