41勢能的變化與機(jī)械功解析課件

第4章能量守恒與可持續(xù)發(fā)展4.1勢能的變化與機(jī)械功2013年的俄羅斯隕石事件震驚全球，圖中是2013年2月15日在俄羅斯車?yán)镅刨e斯克拍攝的隕石在空中留下的軌跡。當(dāng)日，隕石突襲車?yán)镅刨e斯克州，導(dǎo)致約1200人受傷，近3000座建筑物受損。為何一顆隕石有這么大的威力呢？1.知道什么是重力勢能。2.掌握重力做功和重力勢能的關(guān)系。(重點(diǎn))3.探究重力做功的特點(diǎn)，并會通過重力做功討論重力勢能的變化。

物體由于被舉高而具有的能量叫做重力勢能。同學(xué)們見過打樁機(jī)工作的情景嗎？在建筑工地上，一臺臺打樁機(jī)巍然聳立，重錘在絞車鋼絲繩的帶動(dòng)下上升到一定高度后自由落下，把一根根樁打入地下。讓我們來觀看一段打樁的視頻，同時(shí)思考幾個(gè)問題。重錘下落過程中，重力對重錘做什么功？重力做功有什么特點(diǎn)呢？重力做功和重力勢能的變化有什么關(guān)系？一.研究重力做功跟重力勢能變化的關(guān)系1.重力勢能的大小如圖是打樁機(jī)工作的示意圖，打樁機(jī)重錘的質(zhì)量為m，重錘所受到的重力為G=mg。重錘從離地面高h(yuǎn)1處，自由下落至離地高為h2處（鐵樁的頂端）。重錘的位移重力做的功式中的mgh跟物體的質(zhì)量和離地面的高度有關(guān)，用Ep表示。(1)表達(dá)式：EP=mgh(2)文字表述：物體的重力勢能等于它所受重力和它的高度的乘積。(3)單位：焦（耳），符號是J。2.重力做功跟重力勢能的變化當(dāng)重錘從高處h1下落到低處h2的過程中，重力做正功，重錘的重力勢能減少。反之，當(dāng)重錘從低處h2上升到高處h1的過程中，重力做負(fù)功，重錘的重力勢能增加。重力做的功等于重力勢能的變化量的負(fù)值。案例分析：案例一臺打樁機(jī)重錘的質(zhì)量是250kg，重錘在打樁機(jī)頂端時(shí)，離地面的高度是20m。（1）當(dāng)重錘被鋼絲繩拉著從地面勻速上升到打樁機(jī)頂端時(shí)，重力對重錘做了多少功？重錘的重力勢能變化了多少？（2）當(dāng)鋼絲繩松弛，重錘從打樁機(jī)頂端自由落到地面時(shí)，重力做了多少功？重錘的重力勢能變化了多少？解析：（1）重力做功（2）重力做功功是能量變化的量度，可以通過重力做功來確定重力勢能的變化。二.重力做功跟路徑無關(guān)重力做功跟物體經(jīng)過的路徑有沒有關(guān)系呢？看課本圖4-3，思考：兩個(gè)質(zhì)量相同的同學(xué)，登上高為h的階梯，走樓梯和爬豎梯重力做功是否相同呢？如果不是走階梯而是沿斜面上升h，做功是否有變化？重力做功和運(yùn)動(dòng)的路徑有關(guān)系嗎？解析：爬樓梯可以簡化為以下模型重力對爬樓梯的人做功重力對爬豎梯的人做功重力對兩個(gè)學(xué)生所做的功相同。如圖，沿斜面上升時(shí)設(shè)斜面與水平方向的夾角為，斜面長為L，重力對物體做功如果運(yùn)動(dòng)路徑為任意曲線，結(jié)果還一樣嗎？如何驗(yàn)證呢？一樣的，可以用微分的思想把曲線分割成若干小段，則每一小段可看作一斜面，繼而求出做功的大小。結(jié)論：重力做功與運(yùn)動(dòng)的路徑無關(guān)，取決于物體的質(zhì)量和初末位置的高度差。重力勢能的大小與參考平面的選擇有關(guān)，h為物體到參考平面的高度差。重力做功與參考平面的選取無關(guān)，與高度差有關(guān)。案例分析：如圖是地圖上某小山包的等高線圖，a、b、c為山包上的三個(gè)點(diǎn)在地圖上的位置。（1）若選擇海平面為重力勢能參考平面，質(zhì)量為55kg的學(xué)生在a、b、c位置時(shí)的重力勢能是多大？他從a位置上升到c位置，重力做了多少功？解析：等高線就是物體與海平面的高度差，所以重力做功（2）若選擇100m的等高線所在平面為重力勢能參考平面，質(zhì)量為55kg的學(xué)生在a、b、c位置時(shí)的重力勢能是多大？從a位置上升到c位置，重力做了多少功？重力做功解析：a到參考平面的高度差hab=50m-100m=-50mc到參考平面的高度差hcb=150m-100m=50m三.引力勢能和彈性勢能一切受到吸引力或排斥力作用的物體都具有勢能，例如電場中的電荷有勢能，組成物質(zhì)的分子之間也有勢能。被壓縮或拉伸的彈簧能夠?qū)ν庾龉Γf明它也具有勢能。像這種由于發(fā)生彈性形變時(shí)具有的勢能叫做彈性勢能。設(shè)彈簧的勁度系數(shù)為k，彈簧的伸長量或壓縮量為x，則彈簧的彈性勢能1.重力勢能：EP=mgh與參考面的選取有關(guān)。選擇不同的參考面，結(jié)果不同。2.重力做功：W=mg△h與路徑無關(guān)，與其他外力做功無關(guān)，取決于質(zhì)量和初末位置的高度差。3.重力勢能和重力做功的關(guān)系W=-△Ep重力做正功，重力勢能減少。重力做負(fù)功，重力勢能增加。1．下面有關(guān)重力勢能的說法正確的是(

)A．舉得越高的物體，具有的重力勢能就越大B．質(zhì)量越大的物體，具有的重力勢能就越大C．物體的重力勢能可能小于零D．物體的重力勢能不可能為零C2.物體在運(yùn)動(dòng)過程中，克服重力做功50J，則（）A.重力做功為50JB.物體的重力勢能一定增加了50JC.物體的重力勢能為50JD.重力做了50J的負(fù)功解析：克服重力做功50J即重力做了50J負(fù)功，而重力勢能的變化量等于重力做功的負(fù)值，所以重力勢能增加了50J。BD3.沿高度相同，坡度不同，粗糙程度也不同的斜面向上拉同一個(gè)物體到頂端，在下列說法中正確的是（）A.沿坡度小，長度大的斜面上升克服重力做的功多B.沿坡度大，粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功多C.沿長度大，粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功多D.以上幾種情況下克服重力所做的功一樣多解析：重力做功和路徑無關(guān)，與其他外力無關(guān)。D4.桌子到地面的高度為0.8m，在桌面上方高0.2m處有一質(zhì)量為1kg的小球，則該球的重力勢能為（）A.8JB.10JC.2JD.不能確定解析：重力勢能具有相對性，與參考平面的選擇有關(guān)，題目沒有明確參考平面，所以不能確定重力勢能的大小。D5.（2012·上海高考）質(zhì)量相等的均質(zhì)柔軟細(xì)繩A、B平放于水平地面，繩A較長。分別捏住兩繩中點(diǎn)緩慢提起，直至全部離開地面，兩繩中點(diǎn)被提升的高度分別為hA、hB，上述過程中克服重力做功分別為WA、WB。若（）

A.hA=hB，則一定有WA＝WB

B.hA>hB，則可能有WA<WBC.hA<hB，則可能有WA＝WB

D.hA>hB，則一定有WA>WB【解析】選B?？朔亓ψ龅墓Φ扔谥亓菽艿脑黾恿?，兩繩都離開地面時(shí)，若hA=hB或hA<hB，則繩A的重心低于繩B的重心，