高中物理《勢(shì)能》課件

高中物理《勢(shì)能》課件CATALOGUE目錄勢(shì)能基本概念與性質(zhì)重力勢(shì)能及其變化彈性勢(shì)能及其變化萬(wàn)有引力與天體運(yùn)動(dòng)中的勢(shì)能問(wèn)題電場(chǎng)中的電勢(shì)能及其變化總結(jié)與拓展01勢(shì)能基本概念與性質(zhì)勢(shì)能是物體間由于相互作用而具有的能量，與物體間的相對(duì)位置有關(guān)。勢(shì)能定義勢(shì)能反映了物體間相互作用的強(qiáng)弱和性質(zhì)，是物體間能量轉(zhuǎn)化和傳遞的重要形式。物理意義勢(shì)能定義及物理意義保守力做功與路徑無(wú)關(guān)，只與物體初末位置有關(guān)。如重力、彈力等。非保守力做功與路徑有關(guān)，不僅與物體初末位置有關(guān)。如摩擦力、空氣阻力等。保守力與非保守力區(qū)分非保守力保守力勢(shì)能零點(diǎn)選擇勢(shì)能零點(diǎn)可以任意選擇，但通常選擇使問(wèn)題簡(jiǎn)化或符合實(shí)際情況的點(diǎn)作為勢(shì)能零點(diǎn)。勢(shì)能計(jì)算根據(jù)保守力做功與路徑無(wú)關(guān)的特點(diǎn)，可以通過(guò)計(jì)算保守力在物體移動(dòng)過(guò)程中的做功來(lái)計(jì)算勢(shì)能的變化。勢(shì)能零點(diǎn)選擇與計(jì)算勢(shì)能是標(biāo)量勢(shì)能具有相對(duì)性勢(shì)能與保守力關(guān)系勢(shì)能轉(zhuǎn)化與守恒勢(shì)能性質(zhì)探討01020304勢(shì)能只有大小，沒(méi)有方向，是標(biāo)量。勢(shì)能的大小與勢(shì)能零點(diǎn)的選擇有關(guān)，具有相對(duì)性。保守力是勢(shì)能變化的原因，勢(shì)能是保守力做功的結(jié)果。在只有保守力做功的情況下，勢(shì)能與動(dòng)能可以相互轉(zhuǎn)化，但總機(jī)械能守恒。02重力勢(shì)能及其變化重力勢(shì)能表達(dá)式$E_p=mgh$，其中$m$為物體質(zhì)量，$g$為重力加速度，$h$為物體相對(duì)于參考平面的高度。重力勢(shì)能的意義表示物體在重力場(chǎng)中由于位置而具有的能量。物體在重力場(chǎng)中的位置越高，具有的重力勢(shì)能越大。重力勢(shì)能表達(dá)式及意義重力做功與路徑無(wú)關(guān)，只與物體初末位置的高度差有關(guān)。即$W_G=mgDeltah$，其中$Deltah$為物體初末位置的高度差。重力做功的特點(diǎn)無(wú)論物體沿何種路徑從初位置到末位置，重力做功都相同。這一特點(diǎn)簡(jiǎn)化了重力做功的計(jì)算。路徑無(wú)關(guān)性的意義重力做功與路徑無(wú)關(guān)性重力勢(shì)能的變化等于負(fù)的重力做功，即$DeltaE_p=-W_G$。當(dāng)重力做正功時(shí)，重力勢(shì)能減??；當(dāng)重力做負(fù)功時(shí)，重力勢(shì)能增加。重力勢(shì)能變化與重力做功的關(guān)系利用重力勢(shì)能變化可以分析物體在重力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況，如拋體運(yùn)動(dòng)、自由落體運(yùn)動(dòng)等。重力勢(shì)能變化的應(yīng)用重力勢(shì)能變化分析地球表面附近重力加速度近似為常數(shù)在地球表面附近，由于地球半徑遠(yuǎn)大于物體高度，因此可認(rèn)為重力加速度$g$近似為常數(shù)。這使得在該區(qū)域內(nèi)計(jì)算重力勢(shì)能和重力做功變得相對(duì)簡(jiǎn)單。地球表面附近重力勢(shì)能的變化規(guī)律在地球表面附近，物體的高度變化會(huì)引起重力勢(shì)能的顯著變化。當(dāng)物體高度增加時(shí)，重力勢(shì)能增加；當(dāng)物體高度減小時(shí)，重力勢(shì)能減小。這一規(guī)律對(duì)于分析近地物體的運(yùn)動(dòng)具有重要意義。地球表面附近重力勢(shì)能特點(diǎn)03彈性勢(shì)能及其變化彈性形變與恢復(fù)形變過(guò)程彈性形變物體在受到外力作用時(shí)，形狀或體積發(fā)生改變，當(dāng)外力撤去后，物體能恢復(fù)原狀的形變。恢復(fù)形變過(guò)程當(dāng)外力撤去后，物體內(nèi)部各部分之間的相互作用力使物體逐漸恢復(fù)到原來(lái)的形狀或體積。VSEp=1/2kx^2，其中k為勁度系數(shù)，x為形變量。彈性勢(shì)能的意義表示物體由于發(fā)生彈性形變而具有的勢(shì)能，其大小與形變量和勁度系數(shù)有關(guān)。彈性勢(shì)能表達(dá)式彈性勢(shì)能表達(dá)式及意義振動(dòng)過(guò)程中彈性勢(shì)能的變化在振動(dòng)過(guò)程中，彈簧振子的彈性勢(shì)能隨著形變量的變化而變化。當(dāng)振子向平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，形變量減小，彈性勢(shì)能減?。划?dāng)振子遠(yuǎn)離平衡位置時(shí)，形變量增大，彈性勢(shì)能增大。彈性勢(shì)能與動(dòng)能之間的轉(zhuǎn)化在振動(dòng)過(guò)程中，彈簧振子的彈性勢(shì)能和動(dòng)能之間不斷轉(zhuǎn)化。當(dāng)振子向平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能；當(dāng)振子遠(yuǎn)離平衡位置時(shí)，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能。彈簧振子中彈性勢(shì)能變化其他彈性體中的彈性勢(shì)能彈性繩在受到拉伸或壓縮時(shí)會(huì)產(chǎn)生彈性形變，從而具有彈性勢(shì)能。其大小與形變量和彈性繩的勁度系數(shù)有關(guān)。彈性繩中的彈性勢(shì)能彈性桿在受到彎曲或扭轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生彈性形變，從而具有彈性勢(shì)能。其大小與形變量和彈性桿的勁度系數(shù)有關(guān)。彈性桿中的彈性勢(shì)能04萬(wàn)有引力與天體運(yùn)動(dòng)中的勢(shì)能問(wèn)題任何兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)都存在通過(guò)連心線方向上的相互吸引的力，該力大小與它們質(zhì)量的乘積成正比，與它們距離的平方成反比。天體（如行星）繞中心天體（如太陽(yáng)）做橢圓運(yùn)動(dòng)，同時(shí)遵守開普勒三定律，即軌道定律、面積定律和周期定律。萬(wàn)有引力定律天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律萬(wàn)有引力定律及天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律回顧引力勢(shì)能定義在萬(wàn)有引力作用下，物體在空間中某點(diǎn)所具有的勢(shì)能稱為引力勢(shì)能。其大小與物體在該點(diǎn)的位置及中心天體的質(zhì)量有關(guān)。要點(diǎn)一要點(diǎn)二引力勢(shì)能與動(dòng)能轉(zhuǎn)化在天體運(yùn)動(dòng)中，引力勢(shì)能與動(dòng)能之間可以相互轉(zhuǎn)化。例如，衛(wèi)星在近地點(diǎn)時(shí)動(dòng)能最大，勢(shì)能最??；在遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí)動(dòng)能最小，勢(shì)能最大。天體運(yùn)動(dòng)中引力勢(shì)能概念引入衛(wèi)星變軌原理通過(guò)改變衛(wèi)星的速度，可以改變其受到的萬(wàn)有引力與所需向心力的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)軌道的升高或降低。引力勢(shì)能與軌道變化當(dāng)衛(wèi)星從低軌道向高軌道變軌時(shí)，需要克服引力做功，引力勢(shì)能增加；反之，從高軌道向低軌道變軌時(shí)，引力做功，引力勢(shì)能減少。衛(wèi)星軌道變化與引力勢(shì)能關(guān)系分析黑洞是一種極度強(qiáng)大的天體，其引力如此之強(qiáng)以至于連光也無(wú)法逃脫。在黑洞邊緣（事件視界）內(nèi)，引力勢(shì)能達(dá)到無(wú)窮大。黑洞中的引力勢(shì)能宇宙膨脹是指空間本身在不斷地?cái)U(kuò)張。在這一過(guò)程中，物質(zhì)的密度逐漸減小，導(dǎo)致引力勢(shì)能也發(fā)生變化。這種變化對(duì)于理解宇宙的演化和未來(lái)具有重要意義。宇宙膨脹與引力勢(shì)能黑洞和宇宙膨脹等前沿話題探討05電場(chǎng)中的電勢(shì)能及其變化電場(chǎng)強(qiáng)度描述電場(chǎng)的力的性質(zhì)，表示電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)力與該點(diǎn)電荷量的比值，方向?yàn)檎姾稍谠擖c(diǎn)所受電場(chǎng)力的方向。電勢(shì)描述電場(chǎng)的能的性質(zhì)，表示電場(chǎng)中某點(diǎn)與參考點(diǎn)之間的電勢(shì)差，單位為伏特。電勢(shì)是標(biāo)量，只有大小，沒(méi)有方向。電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)概念回顧電荷在電場(chǎng)中受力情況電荷在電場(chǎng)中受到電場(chǎng)力的作用，其大小與電荷量和電場(chǎng)強(qiáng)度成正比，方向與電場(chǎng)強(qiáng)度方向相同或相反（取決于電荷的正負(fù)）。電荷在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律根據(jù)牛頓第二定律，電荷在電場(chǎng)中的加速度與電場(chǎng)力成正比，與電荷質(zhì)量成反比。因此，不同質(zhì)量和電荷量的粒子在相同電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡和速度可能不同。電荷在電場(chǎng)中受力情況和運(yùn)動(dòng)規(guī)律電荷在電場(chǎng)中具有電勢(shì)能，其大小等于將電荷從該點(diǎn)移動(dòng)到參考點(diǎn)過(guò)程中電場(chǎng)力所做的功。當(dāng)電荷在電場(chǎng)中移動(dòng)時(shí)，其電勢(shì)能會(huì)發(fā)生變化。若電場(chǎng)力對(duì)電荷做正功，則電勢(shì)能減??；若電場(chǎng)力對(duì)電荷做負(fù)功，則電勢(shì)能增加。電荷在電場(chǎng)中移動(dòng)時(shí)電勢(shì)能變化電勢(shì)能變化電勢(shì)能定義電容器儲(chǔ)存的能量電容器能夠儲(chǔ)存電能，其儲(chǔ)存的能量與電容器的電容和兩端電壓的平方成正比。電容器充放電過(guò)程當(dāng)電容器充電時(shí)，電源將電能儲(chǔ)存在電容器中；當(dāng)電容器放電時(shí)，儲(chǔ)存的電能通過(guò)外電路釋放出來(lái)。在充放電過(guò)程中，電容器的電壓、電荷量和儲(chǔ)存的能量都會(huì)發(fā)生變化。電容器儲(chǔ)存能量問(wèn)題06總結(jié)與拓展各種類型勢(shì)能之間聯(lián)系和區(qū)別由物體與地球之間的相互作用力而產(chǎn)生的勢(shì)能，其大小與物體的質(zhì)量和高度有關(guān)。物體由于發(fā)生彈性形變而具有的勢(shì)能，其大小與物體的形變程度和彈性系數(shù)有關(guān)。電荷在電場(chǎng)中具有的勢(shì)能，與電荷量及電勢(shì)差有關(guān)。分子間相互作用力而產(chǎn)生的勢(shì)能，與分子間距離和分子間作用力有關(guān)。重力勢(shì)能彈性勢(shì)能電勢(shì)能分子勢(shì)能騎自行車下坡時(shí)，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，使自行車加速；拉伸或壓縮彈簧時(shí)，具有彈性勢(shì)能。日常生活工業(yè)生產(chǎn)科技領(lǐng)域利用物體的重力勢(shì)能進(jìn)行水力發(fā)電；借助彈性勢(shì)能設(shè)計(jì)減震裝置。在航天工程中利用引力勢(shì)能助推航天器；在微觀領(lǐng)域，利用電勢(shì)能操控粒子。030201勢(shì)能在日常生活、工業(yè)生產(chǎn)以及科技領(lǐng)域應(yīng)用舉例