2024版新教材高中物理第八章機(jī)械能守恒定律2.重力勢(shì)能課件新人教版必修第二冊(cè)

2．重力勢(shì)能核心素養(yǎng)定位物理觀念(1)知道重力做功的特點(diǎn)．(2)理解重力勢(shì)能的表達(dá)式．(3)了解彈性勢(shì)能的概念及決定因素．科學(xué)思維(1)通過不同路徑重力做功的分析，歸納出重力做功與路徑無關(guān)的特點(diǎn)．(2)通過重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系，體會(huì)功能關(guān)系．(3)知道重力勢(shì)能的大小與參考平面的選取有關(guān)，即重力勢(shì)能具有相對(duì)性，但重力勢(shì)能的變化量與參考平面的選取無關(guān)．科學(xué)態(tài)度與責(zé)任熟練掌握具體應(yīng)用中重力做功和重力勢(shì)能的特點(diǎn)和計(jì)算方法．導(dǎo)學(xué)·掌握必備知識(shí)共研·突破關(guān)鍵能力精煉·落實(shí)學(xué)科素養(yǎng)導(dǎo)學(xué)·掌握必備知識(shí)一、重力做的功1．做功表達(dá)式：WG＝mgΔh＝mgh1－mgh2，式中Δh指初位置與末位置的高度差，h1、h2分別指初位置、末位置的高度．

Δh為重力方向上的位移2．做功的特點(diǎn)：物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力對(duì)它做的功只跟它的________和________的位置有關(guān)，而跟物體運(yùn)動(dòng)的________無關(guān)．3．做功的正負(fù)：物體下降時(shí)重力做_____功；物體被舉高時(shí)重力做______功．起點(diǎn)終點(diǎn)路徑正負(fù)二、重力勢(shì)能

1．定義：我們把________叫做物體的重力勢(shì)能，常用Ep表示．

標(biāo)量2．表達(dá)式：Ep＝________．3．單位：在國際單位制中是______，符號(hào)為______.1J＝1kg·m·s－2·m＝1N·m.4．重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系

初勢(shì)能減去末勢(shì)能(1)表達(dá)式：WG＝___________．(2)兩種情況①當(dāng)物體從高處運(yùn)動(dòng)到低處時(shí)，重力做________，重力勢(shì)能________，即WG＞0，Ep1＞Ep2.②當(dāng)物體由低處運(yùn)動(dòng)到高處時(shí)，重力做______，重力勢(shì)能________，即WG＜0，Ep1＜Ep2.mghmgh焦耳JEp1－Ep2

正功減少負(fù)功增加1

重力做功與路徑無關(guān)物體沿路徑Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ運(yùn)動(dòng)，重力做功相同．

1

重力勢(shì)能是物體和地球所組成的系統(tǒng)共同具有的能量，而不是物體獨(dú)有的，通常所說的物體的重力勢(shì)能是一種簡略的習(xí)慣說法．

2

重力勢(shì)能的計(jì)算公式Ep＝mgh只適用于地球表面及其附近g值不變時(shí)，當(dāng)g值變化時(shí)，不能用其計(jì)算．三、重力勢(shì)能的相對(duì)性1．參考平面：物體的重力勢(shì)能總是相對(duì)于某一________來說的，在參考平面上，物體的重力勢(shì)能取為________．2．相對(duì)性：選擇不同的參考平面，物體重力勢(shì)能的數(shù)值________(選填“相同”或“不同”)．根據(jù)解題需要任意選取

3．正負(fù)的含義：參考平面上方物體的重力勢(shì)能是________，參考平面下方物體的重力勢(shì)能是________．

“＋”“－”號(hào)代表重力勢(shì)能的大小水平面0不同正值負(fù)值四、彈性勢(shì)能1．定義：發(fā)生________的物體的各部分之間，由于有________的相互作用，也具有勢(shì)能，這種勢(shì)能叫作彈性勢(shì)能．2．彈簧的彈性勢(shì)能：彈簧的長度為原長時(shí)，彈性勢(shì)能為________；彈簧被________或被________時(shí)，就具有了彈性勢(shì)能．3．彈力做功與彈性勢(shì)能的變化

與重力做功和重力勢(shì)能的變化相同彈簧彈力做正功，彈簧的彈性勢(shì)能________；彈簧彈力做負(fù)功，彈簧的彈性勢(shì)能________．4．影響因素(1)彈簧的________．(2)彈簧的________．彈性形變彈力零拉伸壓縮減小增大勁度系數(shù)形變量【情境思考】如圖，質(zhì)量為m的足球在地面1的位置被踢出后落到地面3的位置，在空中達(dá)到的最高點(diǎn)2的高度為h.請(qǐng)對(duì)以下結(jié)論作出判斷．(1)足球由位置1運(yùn)動(dòng)到位置2時(shí)，重力做的功為mgh.(

)(2)足球由位置2運(yùn)動(dòng)到位置3時(shí)，重力勢(shì)能減少了mgh.(

)(3)足球由位置1運(yùn)動(dòng)到位置3時(shí)，足球重力勢(shì)能變化量為0.(

)×√√2

重力勢(shì)能的相對(duì)性圖中選擇不同的參考平面，小球的重力勢(shì)能有不同的值．

彈性勢(shì)能有正負(fù)之分取彈簧處于原長時(shí)的彈性勢(shì)能為零，無論拉伸或壓縮，彈簧的彈性勢(shì)能都為正值．

發(fā)生彈性形變是物體具有彈性勢(shì)能的必要條件．發(fā)生塑性形變時(shí)，因?yàn)槲矬w各部分之間無彈力，所以不具有彈性勢(shì)能．共研·突破關(guān)鍵能力目標(biāo)一重力做功的理解和計(jì)算【導(dǎo)思】如圖所示，滑雪者靠重力沿山坡正在下滑，滑雪者下滑過程中會(huì)受到阻力的影響，還會(huì)受到滑雪桿或滑雪板的影響．(1)在這種情況下，重力做正功還是負(fù)功？(2)重力做功的多少會(huì)受其他力影響嗎？提示：(1)重力做正功．(2)重力做功不受其他力的影響．【歸納】1．重力做功只與重力和物體高度變化有關(guān)，與運(yùn)動(dòng)路徑無關(guān)．2．物體下降時(shí)重力做正功，WG＝mgh；物體上升時(shí)重力做負(fù)功，WG＝－mgh.3．重力做功的特點(diǎn)可推廣到任一恒力做功．恒力做功的特點(diǎn)是與具體路徑無關(guān)，即恒力做的功等于力與在力的方向上的位移大小的乘積，跟初、末位置有關(guān)．【典例】例1如圖所示，一物體從A點(diǎn)出發(fā)，分別沿粗糙斜面AB下滑、光滑斜面AC下滑及斜向上拋出，運(yùn)動(dòng)后到達(dá)同一水平面上的B、C、D三點(diǎn)．關(guān)于重力的做功情況，下列說法正確的是(

)A.沿AB面滑下時(shí)，重力做的功最多B．沿AC面滑下時(shí)，重力做的功最多C．沿AD拋物線運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力做的功最多D．三種情況下運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力做的功相等答案：D解析：因?yàn)橹亓ψ龉εc路徑無關(guān)，只與初末位置的高度差有關(guān)，所以三種情況做功相同，故D正確．

答案：C解析：由題意可知最終籃球?qū)㈧o止在地面上，整個(gè)過程籃球初、末狀態(tài)的高度差為h，所以籃球受到的重力做的功為mgh，故選C.目標(biāo)二對(duì)重力勢(shì)能的理解及計(jì)算【導(dǎo)思】如圖所示，打夯時(shí)，夯錘被高高舉起，然后砸向地面，設(shè)夯錘質(zhì)量為m，重力加速度大小為g.(1)選擇地面為參考平面，夯錘在地面上的重力勢(shì)能是多少？夯錘從地面被舉高h(yuǎn)后重力勢(shì)能是多少？(2)選擇離地面高度h處為參考平面，夯錘在地面上的重力勢(shì)能是多少？夯錘在h處重力勢(shì)能是多少？提示：(1)0

mgh

(2)－mgh

0【歸納】1．重力勢(shì)能與重力勢(shì)能的變化量(1)重力勢(shì)能Ep＝mgh具有相對(duì)性，與參考平面的選取有關(guān)，其中h是相對(duì)參考平面的高度．當(dāng)物體在參考平面下方h處時(shí)，重力勢(shì)能Ep＝－mgh.(2)重力勢(shì)能是標(biāo)量，但有正負(fù)，正負(fù)表示重力勢(shì)能的大?。?3)重力勢(shì)能的變化量ΔEp與參考平面的選取無關(guān)，重力勢(shì)能的變化量是絕對(duì)的．2．重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系WG＝Ep1－Ep2(1)當(dāng)物體由高處運(yùn)動(dòng)到低處時(shí)，重力做正功，重力勢(shì)能減少，重力勢(shì)能的減少量等于重力所做的功．(2)當(dāng)物體由低處運(yùn)動(dòng)到高處時(shí)，重力做負(fù)功(物體克服重力做功)，重力勢(shì)能增加，重力勢(shì)能的增加量等于物體克服重力所做的功．【典例】例3(多選)關(guān)于重力勢(shì)能，以下說法中正確的是(

)A．某個(gè)物體處于某個(gè)位置，重力勢(shì)能的大小是唯一確定的B．只要重力做功，重力勢(shì)能一定變化C．物體與零勢(shì)能面的距離越大，它的重力勢(shì)能也越大D．一個(gè)物體的重力勢(shì)能從－5J變化到－3J，重力勢(shì)能變大了答案：BD解析：選取不同的零勢(shì)能面，同一位置同一物體的重力勢(shì)能是不同的，故A錯(cuò)誤．重力勢(shì)能的改變量等于重力做功的多少，若重力做功，重力勢(shì)能一定發(fā)生變化，故B正確．重力勢(shì)能的表達(dá)式Ep＝mgh，若物體在零勢(shì)能面的上方，重力勢(shì)能為正值，則物體與零勢(shì)能面的距離越大，它的重力勢(shì)能也越大；若物體在零勢(shì)能面的下方，重力勢(shì)能為負(fù)值，則物體與零勢(shì)能面的距離越大，它的重力勢(shì)能越小，故C錯(cuò)誤．重力勢(shì)能是標(biāo)量，一個(gè)物體的重力勢(shì)能從－5J變化到－3J，重力勢(shì)能增大了，故D正確．例4如圖所示，“天津之眼”摩天輪直徑為110米，輪外裝掛48個(gè)360°透明座艙，每個(gè)座艙可乘坐8個(gè)人，可同時(shí)供384個(gè)人觀光．假設(shè)某一游客質(zhì)量為m，游客到圓心的距離為R，重力加速度為g，摩天輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω，游客從最低點(diǎn)開始計(jì)時(shí)，以最低點(diǎn)為重力勢(shì)能的零點(diǎn)．則經(jīng)過時(shí)間t，游客重力勢(shì)能隨時(shí)間變化的關(guān)系式為(

)A.Ep＝mgR(1－cosωt)B．Ep＝mgR(1＋cosωt)C．Ep＝mgR(1－sinωt)D．Ep＝mgR(1＋sinωt)答案：A解析：設(shè)乘客與圓心的連線與豎直方向的夾角為θ，重力勢(shì)能隨時(shí)間變化的關(guān)系式為Ep＝mgh＝mgR(1－cosθ)，θ＝ωt，聯(lián)立得Ep＝mgh＝mgR(1－cosωt)，故選A.例5一棵樹上有一個(gè)質(zhì)量為0.3kg的熟透了的蘋果P，該蘋果從樹上A先落到地面C，后又滾入溝底D.A、B、C、D、E之間豎直距離如圖所示．以地面C為零勢(shì)能面，g取10m/s2，則該蘋果從A下落到D的過程中重力勢(shì)能的減少量和在D處的重力勢(shì)能分別是(

)A．15.6J和9J

B．9J和－9JC．15.6J和－9JD．15.6J和

－15.6J答案：C解析：以地面C為零勢(shì)能面，蘋果從A下落到D的過程中重力勢(shì)能的減少量ΔEp＝mgΔh＝0.3×10×(0.7＋1.5＋3.0)J＝15.6J，D處的重力勢(shì)能Ep＝mgh＝0.3×10×(－3.0)J＝－9J．規(guī)律方法重力勢(shì)能的三種求解方法(1)根據(jù)重力勢(shì)能的定義求解：選取零勢(shì)能參考平面，由Ep＝mgh可求質(zhì)量為m的物體在離零勢(shì)能參考平面h處的重力勢(shì)能．(2)由重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系求解：由WG＝Ep1－Ep2知Ep2＝Ep1－WG或Ep1＝WG＋Ep2.(3)由等效法求重力勢(shì)能：重力勢(shì)能的變化與運(yùn)動(dòng)過程無關(guān)，只與初、末位置有關(guān)．ΔEp＝mgΔh＝Ep2－Ep1.目標(biāo)三彈性勢(shì)能【導(dǎo)思】如圖所示，彈簧拉力器可以鍛煉臂力．(1)人不用力時(shí)，彈簧不伸長，此時(shí)彈簧有彈性勢(shì)能嗎？(2)人拉彈簧時(shí)對(duì)彈簧做什么功？彈簧的彈性勢(shì)能怎么變化？(3)在彈簧彈性限度內(nèi)，人將彈簧拉得越長，克服彈力做功越多嗎？彈性勢(shì)能越大嗎？提示：(1)彈簧不伸長，沒有彈性勢(shì)能．(2)人對(duì)彈簧做正功，彈性勢(shì)能增加．(3)將彈簧拉得越長，克服彈力做功越多，彈性勢(shì)能越大．【歸納】1．對(duì)彈性勢(shì)能的理解(1)系統(tǒng)性：彈性勢(shì)能是發(fā)生彈性形變的物體上所有質(zhì)點(diǎn)因相對(duì)位置改變而具有的能量，因此彈性勢(shì)能具有系統(tǒng)性．(2)(彈簧)彈性勢(shì)能的影響因素：①彈簧的形變量x；②彈簧的勁度系數(shù)k.(3)相對(duì)性：彈性勢(shì)能的大小與選定的彈性勢(shì)能為零的位置有關(guān)，對(duì)于彈簧，一般規(guī)定彈簧處于原長時(shí)的彈性勢(shì)能為零．2．彈性勢(shì)能與彈力做功的關(guān)系(1)彈力做正功時(shí)，彈性勢(shì)能減?。?2)彈力做負(fù)功時(shí)，彈性勢(shì)能增大．(3)彈力做功與彈性勢(shì)能變化的關(guān)系為W彈＝－ΔEp.【典例】例6(多選)如圖所示，一個(gè)物體以速度v0沖向與豎直墻壁相連的輕質(zhì)彈簧，墻壁和物體間的彈簧被物體壓縮至最短的過程中，以下說法正確的是(

)A．彈簧的彈力大小與彈簧的壓縮量成正比B．物體向墻壁運(yùn)動(dòng)相同的位移，彈力做的功不相等C.彈簧的彈力做正功，彈性勢(shì)能增加D．彈簧的彈力做負(fù)功，彈性勢(shì)能增加答案：ABD解析：由F＝kx知，A正確；彈簧開始被壓縮時(shí)彈力較小，發(fā)生相同的位移時(shí)彈力做的功較少，彈簧的壓縮量較大時(shí)，物體向墻壁運(yùn)動(dòng)相同的位移，彈力做的功較多，故B正確；物體壓縮彈簧，彈簧的彈力與彈力作用點(diǎn)的位移方向相反，所以彈力做負(fù)功，彈性勢(shì)能增加，故C錯(cuò)誤，D正確．精煉·落實(shí)學(xué)科素養(yǎng)1.如圖所示，質(zhì)量為m的工件懸吊在水平操作臺(tái)面上方，工件重心離地面的高度為h1，操作臺(tái)面離地面的高度為h2.已知重力加速度為g，若選操作臺(tái)面為零勢(shì)能面，工件的重力勢(shì)能為(

)A．mgh1

B．mgh2C．mg(h1－h(huán)2)D．mg(h1＋h2)答案：C2.如圖所示，一顆人造地球衛(wèi)星繞地球沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，下列說法正確的是(

)A．衛(wèi)星在A點(diǎn)的重力勢(shì)能比在B點(diǎn)的重力勢(shì)能大B．衛(wèi)星在B點(diǎn)的重力勢(shì)能比在A點(diǎn)的重力勢(shì)能大C．衛(wèi)星在A、B兩點(diǎn)的重力勢(shì)能相等D．條件不足，無法比較衛(wèi)星在A、B兩點(diǎn)的重力勢(shì)能答案：B3.登山，不僅可以強(qiáng)身健體，還可領(lǐng)略大自然的旖旎風(fēng)光，陶冶人的情操．一位登山愛好者從某網(wǎng)紅登山地山腳的A點(diǎn)登至山頂上的B點(diǎn)，這一過程中登山者克服重力做了一定的功．下列所述因素中與登山者克服重力做功多少無關(guān)的是(

)A．登山者連同所攜帶的裝備的質(zhì)量B．當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣鹊拇笮．B點(diǎn)與A點(diǎn)的高度差D．登山者由A點(diǎn)登至B點(diǎn)的路線答案：D解析：根據(jù)WG＝mgh，可知重力做功與質(zhì)量、當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣群统跄┪恢玫母叨扔嘘P(guān)，與路徑無關(guān)，D正確，A、B、C錯(cuò)誤．故選D.4.(多選)位于重慶永川樂和樂都主題公園的極限蹦極高度約60米，是西南地區(qū)的蹦極“第一高”．為了研究蹦極運(yùn)動(dòng)過程，做以下簡化，將游客視為質(zhì)點(diǎn)，他的運(yùn)動(dòng)始終沿豎直方向．彈性繩的一端固定在O點(diǎn)，另一端和游客相連．游客從O點(diǎn)自由下落，至B點(diǎn)彈性繩自然伸直，經(jīng)過合力為零的C點(diǎn)到達(dá)最低點(diǎn)D，然后彈起，整個(gè)過程中彈性繩始終在彈性限度內(nèi)，不考慮空氣阻力的影響．游客在從O→B→C→D的過程中，下列說法正確的是(

)A．從O到C過程中，游客的機(jī)械能守恒B．從B到D過程中，彈性繩的彈性勢(shì)能一直增加C．從O到C過程中，游客的重力勢(shì)能減少，動(dòng)能增加D．從B到D過程中，游客的加速度一直減小答案：BC解析：從B到C過程中，彈力做功，則游客的機(jī)械能不守恒，故A錯(cuò)誤．從B到D過程中，彈性繩被拉長，則彈性勢(shì)能一直增加，故B正確．從O到C過程中，高度一直降低，則重力勢(shì)能減少，速度一直增加，則動(dòng)能增加，故C正確．從B到C，彈力小于重力，彈力從零開始