2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理必修2 第8章機械能守恒定律第2節(jié)重力勢能(3)課件

1、2重力勢能一、重力做的功如圖1所示,一個質量為m的物體,從高度為h1的位置A分別按下列三種方式運動到高度為h2的位置B,在這個過程中思考并討論以下問題：圖1(1)根據(jù)功的公式求出甲、乙兩種情況下重力做的功；答案答案甲中WGmghmgh1mgh2乙中WGmglcos mghmgh1mgh2答案(2)求出丙中重力做的功；答案把整個路徑AB分成許多很短的間隔AA1、A1A2,由于每一段都很小,每一小段都可以近似地看作一段傾斜的直線,設每段小斜線的高度差分別為h1、h2,則物體通過每小段斜線時重力做的功分別為mgh1、mgh2.物體通過整個路徑時重力做的功WGmgh1mgh2mg(h1h2)mghmg

2、h1mgh2答案(3)重力做功有什么特點？答案物體運動時,重力對它做的功只跟它的起點和終點的位置有關,而跟物體運動的路徑無關.重力做功的特點(1)重力做功的特點：只跟物體的重力和有關,而跟物體運動的無關.(2)重力做功的表達式：WG ,其中h1、h2分別是初、末位置的高度.答案始末兩個位置的高度路徑mgh1mgh2物體沿不同的路徑從A運動到B,如圖2所示,則()A.沿路徑ACB重力做的功大些B.沿路徑ADB重力做的功大些C.沿路徑ACB和路徑ADB重力做功一樣多D.條件不足,無法判斷解析重力做功與路徑無關,只與初、末位置的高度差有關,故兩種情況下重力做功一樣多,C正確.解析答案圖2C二、重力勢

3、能如圖3所示,質量為m的物體自高度為h2的A處下落至高度為h1的B處,求此過程中重力做的功和重力勢能的變化量,并分析它們之間的關系.答案圖3答案重力做的功WGmg(h2h1)mgh,選地面為零勢能參考平面,物體的重力勢能由mgh2變?yōu)閙gh1,重力勢能的變化量Epmgh1mgh2mgh,可見WGEp.所以,重力做的功等于重力勢能的變化量的負值.對重力勢能的理解(1)重力勢能定義：物體由于 而具有的能.公式：Ep ,式中h是物體到參考平面的高度.單位： ；符號 .(2)重力做功與重力勢能之間的關系：WG .答案被舉高mgh重心焦耳JEp1Ep2(多選)有關重力勢能的變化,下列說法中正確的是()A

4、.物體受拉力和重力作用向上運動,拉力做功是1 J,但物體重力勢能的 增加量有可能不是1 JB.從同一高度將某一物體以相同的速率平拋或斜拋,落到地面上時,物 體重力勢能的變化是相同的C.從同一高度落下的物體到達地面,考慮空氣阻力和不考慮空氣阻力的 情況下重力勢能的減少量是相同的D.物體運動中重力做功是1 J,但物體重力勢能的增加量不是1 J解析答案解析根據(jù)重力做功的特點：與路徑無關,與是否受其他力無關,只取決于初、末位置的高度差,再根據(jù)重力做功等于重力勢能的減少量可知B、C對,D錯；對于A選項,當物體加速運動時克服重力做功少于1 J,重力勢能增加量少于1 J,物體減速運動時,克服重力做功即重力勢

5、能增加量大于1 J,只有物體勻速向上運動時,克服重力做功即重力勢能增加量才是1 J,A對.答案ABC三、重力勢能的相對性和系統(tǒng)性如圖4所示,桌面距地面的高度為H,一物體質量為m,放在距桌面h處,思考并討論以下問題：圖4(1)若以地面為零勢能參考平面,物體具有的重力勢能是多少？以桌面為零勢能參考平面,其值又是多少？答案以地面為零勢能參考平面時,物體的重力勢能Ep1mg(Hh).以桌面為零勢能參考平面時,物體的重力勢能Ep2mgh.答案(2)選取不同的零勢能參考平面,物體具有的重力勢能不同,這說明了什么？如何選擇零勢能參考平面呢？答案說明了重力勢能具有相對性,Epmgh表達式中,h是物體重心到參考

6、平面的高度,具有相對性.選擇哪個水平面做零勢能參考平面,可視研究問題的方便而定.通常選擇地面為零勢能參考平面.答案(1)相對性重力勢能具有 ,即Ep與選取的參考平面(零勢能面) .因此,在計算重力勢能時,必須首先選取參考平面.重力勢能的變化是 的,它與參考平面的選取 .正負的含義：在參考平面上方物體的重力勢能是 值；在參考平面下方物體的重力勢能是 值.(2)系統(tǒng)性重力勢能是物體和地球所組成系統(tǒng)共同具有的能量.通常所說的物體的重力勢能是一種簡略的習慣說法.答案相對性有關絕對無關正負下列關于重力勢能的說法中正確的是()A.重力勢能Ep12 J,Ep23 J,則Ep1與Ep2方向相反B.同一物體重力

7、勢能Ep12 J,Ep23 J,則Ep1Ep2C.在同一高度的質量不同的兩個物體,它們的重力勢能一定不同D.重力勢能是標量,負值沒有意義解析重力勢能是標量,沒有方向,正值表示物體在參考平面上方,負值表示物體在參考平面下方,Ep12 J表示比零勢能參考平面多2 J的重力勢能,Ep23 J表示比零勢能參考平面少3 J的重力勢能.故A、D錯誤,B正確.若兩物體都處于零勢能參考平面,則重力勢能都為零,故C錯誤.解析答案返回B解析答案一、重力做功的理解與計算方法點撥圖5方法點撥1.在一些往復運動或多個運動過程的復雜問題中求重力做功時利用重力做功的特點,可以省去大量中間過程,一步求解.2.重力做功大小只與

8、重力和物體高度變化有關,與受其他力及運動狀態(tài)均無關.針對訓練1在同一高度,把三個質量相同的球A、B、C分別以相等的速率豎直上拋、豎直下拋和平拋,它們都落到同一水平地面上,則三個球在運動過程中,重力對它們做的功分別為WA、WB、WC,重力的平均功率分別為PA、PB、PC,則它們的大小關系為()A.WAWBWC,PAPBPCB.WAWBWC,PAPBPCC.WAWBWC,PBPCPAD.WAWBWC,PAPBPC解析答案答案C例2下列關于重力勢能的說法正確的是()A.物體的位置一旦確定,它的重力勢能的大小也隨之確定B.物體與零勢能面的距離越大,它的重力勢能也越大C.一個物體的重力勢能從5 J變化到

9、3 J,重力勢能增加了D.在地面上的物體具有的重力勢能一定等于零解析答案二、重力勢能的理解總結提升解析物體的重力勢能與參考平面的選取有關,同一物體在同一位置相對不同的參考平面的重力勢能不同,A選項錯；物體在零勢能面以上,距零勢能面的距離越大,重力勢能越大,物體在零勢能面以下,距零勢能面的距離越大,重力勢能越小,B選項錯；重力勢能中的正、負號表示大小,5 J的重力勢能小于3 J的重力勢能,C選項對；只有選地面為零勢能面時,地面上的物體的重力勢能才為零,否則不為零,D選項錯.答案C總結提升1.重力勢能的相對性物體的重力勢能總是相對于某一水平參考面,選不同的參考面,物體重力勢能的數(shù)值是不同的.2.重

10、力勢能是標量.物體負的重力勢能表示物體的重力勢能比在參考平面上時要少,物體正的重力勢能表示物體的重力勢能比在參考平面上時要多.3.重力勢能的變化量,與參考平面的選擇無關.針對訓練 2如圖6所示,質量為m的小球,從離桌面H高處由靜止下落,桌面離地高度為h.若以桌面為參考平面,那么小球落地時的重力勢能及整個過程中重力勢能的變化分別是()解析答案圖6A.mgh,減少mg(Hh)B.mgh,增加mg(Hh)C.mgh,增加mg(Hh)D.mgh,減少mg(Hh)解析以桌面為參考平面,落地時小球的重力勢能為mgh.末狀態(tài)的重力勢能為mgh,初狀態(tài)的重力勢能為mgH,重力勢能的變化即為mghmgHmg(H

11、h),重力勢能減少了mg(Hh).故選D.答案D例3一質量為m的物體被人用手由靜止豎直向上以加速度a勻加速提升h.關于此過程,下列說法中正確的是()A.提升過程中手對物體做功m(ag)hB.提升過程中合外力對物體做功mahC.提升過程中物體的重力勢能增加m(ag)hD.提升過程中物體克服重力做功mgh解析答案三、重力做功與重力勢能變化的關系總結提升返回解析對物體受力分析,如圖所示,則Fmgma,所以手對物體做功W1Fhm(ga)h,故A正確；總結提升合外力的功W合F合hmah,B正確；物體上升h,克服重力做功mgh,重力勢能增加mgh,C錯誤,D正確.答案ABD重力做功與重力勢能變化的關系(1

12、)關系式WGEp1Ep2Ep.(2)兩種情況：注意無論物體是否受其他力的作用,物體做何種運動,關系式WGEp總是成立. 返回1231.如圖7所示,兩個質量相等的物體在同一高度沿傾角不同的兩個斜面由靜止加速下滑,a1a2,且第一個斜面光滑,第二個斜面粗糙,從頂端滑到底端的過程中,重力對物體做功分別為W1和W2,則()解析答案圖7A.W1W2 B.W1W2C.W1W2 D.不能確定123解析兩物體沿不同的斜面由靜止加速下滑,從頂端滑到底端的過程中,下滑高度相同,根據(jù)重力做功的特點只跟初、末位置有關,跟路徑無關得：W1W2mgh,故選A.答案A1232.大型拱橋的拱高為h,弧長為L,如圖8所示,質量為m的汽車在以不變的速率v由A點運動到B點的過程中,以下說法正確的是()解析答案圖8A.由A到B的過程中,汽車的重力勢能始終不變, 重力始終不做功B.汽車的重力勢能先減小后增大,總的變化量為零, 重力先做負功,后做正功,總功為零C.汽車的重力勢能先增大后減小,總的變化量為零, 重力先做正功,后做負功,總功為零D.汽車的重力勢能先增大后減小,總的變化量為零, 重力先做負功,后做正功,總功為零123解析前半