全優(yōu)課堂·物理·必修第二冊(cè)(粵教版)·課件 第4章　第4節(jié) 勢(shì)能

第四章機(jī)械能及其守恒定律第四節(jié)勢(shì)能

1.知道重力做功與路徑無(wú)關(guān)的特點(diǎn).2.掌握重力勢(shì)能的概念，理解重力勢(shì)能的相對(duì)性.3.了解彈性勢(shì)能的概念．課前·

自主預(yù)習(xí)1．特點(diǎn)：只跟物體運(yùn)動(dòng)的____________和_________有關(guān)，而跟物體運(yùn)動(dòng)的______無(wú)關(guān)．2．表達(dá)式：WG＝________＝___________，其中h1、h2分別表示物體起點(diǎn)和終點(diǎn)的高度．重力做功初、末位置物體質(zhì)量路徑mgΔhmg(h1－h(huán)2)1．定義：物體所受的________與物體所在________的乘積叫作物體的重力勢(shì)能．2．表達(dá)式：Ep＝________．3．單位：______，與功的單位相同．重力勢(shì)能是______(填“標(biāo)量”或“矢量”).重力勢(shì)能的相對(duì)性重力高度mgh焦耳標(biāo)量4．重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系(1)表達(dá)式：WG＝Ep1－Ep2＝－ΔEp.(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)，重力做負(fù)功，______________，即WG＜0，Ep1＜Ep2.重力做負(fù)功也叫作_______________．正功減小重力勢(shì)能增大克服重力做功5．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(lái)說(shuō)的，在參考平面上，物體的重力勢(shì)能取作____．(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________(填“相同”或“不同”).(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________．(4)兩位置的重力勢(shì)能差不隨參考平面的改變而發(fā)生變化．水平面0不同正值負(fù)值1．定義：發(fā)生彈性形變的物體的各部分之間，由于有______的相互作用而具有的勢(shì)能．2．決定因素：彈性勢(shì)能的大小決定于彈簧被________或________的長(zhǎng)度，還和彈簧的__________有關(guān)．彈性勢(shì)能彈力拉伸壓縮勁度系數(shù)課堂·

重難探究1．重力所做的功跟物體的運(yùn)動(dòng)路徑無(wú)關(guān)，跟物體初位置和末位置的高度差有關(guān)．2．重力是恒力，大小不變，方向總是豎直向下．根據(jù)恒力做功的公式可知，重力做功的多少由重力多少和重力方向上位移的大小，即豎直方向的高度差決定，與其他因素?zé)o關(guān)，只與起點(diǎn)和終點(diǎn)的位置有關(guān)，與沿什么路徑無(wú)關(guān)．重力做功的特點(diǎn)例1

如圖甲所示，泰山是世界文化與自然雙重遺產(chǎn)，世界地質(zhì)公園，全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位，國(guó)家重點(diǎn)風(fēng)景名勝區(qū)，國(guó)家AAAAA級(jí)旅游景區(qū)．某游客領(lǐng)著孩子游泰山時(shí)，孩子不小心將手中的皮球滑落，球從A點(diǎn)滾到了山腳下的B點(diǎn)，高度標(biāo)記如圖乙所示，則下列說(shuō)法正確的是

(

)A．從A到B的曲線軌跡長(zhǎng)度不知道，無(wú)法求出此過(guò)程重力做的功B．從A到B過(guò)程中阻力大小不知道，無(wú)法求出此過(guò)程重力做的功C．從A到B重力做功為mg(H＋h)D．從A到B重力做功為mgH【答案】D【解析】重力對(duì)物體所做的功只與物體初、末位置的高度差有關(guān)，大小為WG＝mgH,故D正確，A、B、C錯(cuò)誤．變式1

(2023年廣州執(zhí)信中學(xué)期中)如圖所示，一物體從A點(diǎn)出發(fā)，分別沿粗糙斜面AB和光滑斜面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)于重力做功的情況，下列說(shuō)法正確的是

(

)A．沿AB面滑下時(shí)，重力做功最多B．沿AC面滑下時(shí)，重力做功最多C．沿AD拋物線運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力做功最多D．三種情況下運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力做的功相等【答案】D【解析】由于重力做功與路徑無(wú)關(guān)，只與初、末位置的高度差有關(guān)，故三種情況下運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力做的功相等，均為WG＝mgh，D正確．1．重力勢(shì)能的相對(duì)性、標(biāo)矢性和系統(tǒng)性重力勢(shì)能的性質(zhì)項(xiàng)目重力勢(shì)能相對(duì)性重力勢(shì)能總是相對(duì)選定的參考面而言的(該平面通常稱為零勢(shì)能面)標(biāo)矢性屬于標(biāo)量．重力勢(shì)能為mgh，其正、負(fù)表示重力勢(shì)能大?。矬w在參考平面上方時(shí)，重力勢(shì)能為正值；在參考平面下方時(shí)，重力勢(shì)能為負(fù)值系統(tǒng)性重力勢(shì)能是物體與地球所組成的系統(tǒng)共有的2.重力做功與重力勢(shì)能的比較項(xiàng)目

重力做功重力勢(shì)能物理意義重力對(duì)物體做功由物體與地球的相互作用產(chǎn)生，且由它們之間的相對(duì)位置決定的能表達(dá)式WG＝mgΔhEp＝mgh影響大小的因素重力mg和初、末位置的高度差Δh重力mg和相對(duì)參考平面的高度h項(xiàng)目

重力做功重力勢(shì)能特點(diǎn)只與初、末位置的高度差有關(guān)，與路徑及參考平面的選擇無(wú)關(guān)與參考平面的選擇有關(guān)，同一位置的物體，選擇不同的參考平面，其重力勢(shì)能的值不同過(guò)程量狀態(tài)量聯(lián)系重力做功過(guò)程是重力勢(shì)能改變的過(guò)程，重力做正功，重力勢(shì)能減少；重力做負(fù)功，重力勢(shì)能增加，且重力做了多少功，重力勢(shì)能就改變多少，即WG＝Ep1－Ep2＝－ΔEp例2

(多選)(2024年吉林檢測(cè))人們有時(shí)用“打夯”的方式把松散的地面夯實(shí)．某次打夯符合如圖模型：兩人同時(shí)通過(guò)繩子對(duì)重物各施加一個(gè)大小為600N，方向都與豎直方向成37°的力作用；重物離開水平地面30cm后人停止施力，最后重物自由下落把地面砸深3cm.重物的質(zhì)量為50kg，重力加速度g取10m/s2，cos37°＝0.8，不計(jì)空氣阻力，此次打夯過(guò)程中

(

)A．人對(duì)重物做功288JB．重物的重力勢(shì)能減少288JC．重物的重力勢(shì)能減少165JD．重物對(duì)地面的平均沖擊力大小為10100N【答案】AD【解析】人對(duì)重物做功為W1＝2Fcos37°·h1＝2×600×0.8×0.3J＝288J，A正確；重物的重力勢(shì)能減少ΔEp＝mgΔh＝50×10×0.03J＝15J，C錯(cuò)誤；設(shè)地面對(duì)重物的平均沖擊力大小為F，對(duì)全程根據(jù)動(dòng)能定理有W1＋mgΔh－FΔh＝0－0，解得F＝10100N.根據(jù)牛頓第三定律可知，重物對(duì)地面平均沖擊力的大小為10100N，D正確．變式2

(2023年華僑中學(xué)期中)廣西壯族“三月三”是壯族人民的傳統(tǒng)節(jié)日，該節(jié)日民族活動(dòng)很豐富，其中拋繡球是男女青年最喜歡的項(xiàng)目．假設(shè)某一青年女子在樓上將繡球水平拋出，拋出點(diǎn)離地4.5m，繡球質(zhì)量0.6kg，在離地2.0m處被一男青年搶到．重力加速度g取10m/s2，在繡球被拋出至被搶到的過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是(

)A．重力做功15JB．重力勢(shì)能增加了15JC．若以拋出點(diǎn)為參考平面，繡球被搶到時(shí)的重力勢(shì)能為－27JD．若以地面為參考平面時(shí)，上述過(guò)程中繡球重力勢(shì)能的變化量最大【答案】A【解析】重力做功為WG＝mgh＝0.6×10×(4.5－2.0)J＝15J，A正確；重力做正功，重力勢(shì)能減小，故重力勢(shì)能減少了15J，B錯(cuò)誤；若以拋出點(diǎn)為參考平面，繡球被搶到時(shí)的重力勢(shì)能為Ep＝－mg(h－h(huán)1)＝－0.6×10×(4.5－2)J＝－15J，C錯(cuò)誤；重力勢(shì)能的變化與重力做功對(duì)應(yīng)，與參考平面的選取無(wú)關(guān)，D錯(cuò)誤．1．影響彈性勢(shì)大小能的因素：取決于物體的彈性形變的大小，形變量越大，彈性勢(shì)能越大．2．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．彈性勢(shì)能(2)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(zhǎng)時(shí)的彈性勢(shì)能為零．4．彈性勢(shì)能與彈力做功的關(guān)系：彈性勢(shì)能的變化只與彈力做功有關(guān)，彈力做負(fù)功，彈性勢(shì)能增大，反之則減?。?如圖所示的蹦極運(yùn)動(dòng)是一種非常刺激的娛樂(lè)項(xiàng)目．為了研究蹦極運(yùn)動(dòng)過(guò)程，做以下簡(jiǎn)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(guò)合力為零的C點(diǎn)到達(dá)最低點(diǎn)D，然后彈起，整個(gè)過(guò)程中彈性繩始終在彈性限度內(nèi)．游客從O→B→C→D的過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是 (

)A．從O到B過(guò)程中，重力勢(shì)能增大B．從B到D過(guò)程中，游客做勻減速運(yùn)動(dòng)C．從B到C過(guò)程中，彈性繩的彈性勢(shì)能先增大后減小D．在蹦極運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，游客的動(dòng)能先增大后減小【答案】D【解析】從O到B過(guò)程中，游客的高度降低，則重力勢(shì)能減小，A錯(cuò)誤；從B到D過(guò)程中，彈性繩的拉力先小于重力后大于重力，則先加速后減速，游客的動(dòng)能先增大后減小，B錯(cuò)誤，D正確；從B到C過(guò)程中，彈性繩的長(zhǎng)度增加，則彈性勢(shì)能增大，C錯(cuò)誤．變式3

如圖所示，在光滑水平面上有一物體，它的左端連一輕質(zhì)彈簧，輕質(zhì)彈簧的另一端固定在墻上，O點(diǎn)為彈簧的原長(zhǎng)處，現(xiàn)使物體從O點(diǎn)開始運(yùn)動(dòng)(始終在彈簧的彈性限度內(nèi))，第一次從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到A′點(diǎn)，彈力做功W1；第二次從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)后再運(yùn)動(dòng)到A′點(diǎn)，彈力做功W2，則這兩次彈力做功的關(guān)系為

(

)A．W2＝2W1

B．W1＝2W2C．W1＝W2

D．無(wú)法判斷【答案】C【解析】彈力做功等于彈性勢(shì)能的變化，由于兩次都是從O點(diǎn)出發(fā)，最終到達(dá)A′點(diǎn)，則兩次彈簧的形變量相同，彈性勢(shì)能相同，即兩次彈力做功相同，即W1＝W2，故選C．小練·

隨堂鞏固1．關(guān)于彈簧的彈性勢(shì)能，下列說(shuō)法中正確的是 (

)A．當(dāng)彈簧變長(zhǎng)時(shí)，它的彈性勢(shì)能一定增大B．當(dāng)彈簧變短時(shí)，它的彈性勢(shì)能一定變小C．在拉伸長(zhǎng)度相同時(shí)，k越大的彈簧，它的彈性勢(shì)能越大D．彈性勢(shì)能是彈簧和使它發(fā)生形變的物體所共有的【答案】C【解析】當(dāng)彈簧變長(zhǎng)時(shí)，它的彈性勢(shì)能不一定增大，若彈簧原本處于壓縮狀態(tài)時(shí)，彈簧的彈性勢(shì)能減小，A錯(cuò)誤；若原本處于壓縮狀態(tài)，彈簧變短時(shí)，彈簧的彈性勢(shì)能增大，B錯(cuò)誤；在拉伸長(zhǎng)度相同時(shí)，k越大的彈簧彈力越大，克服做功越多，它的彈性勢(shì)能越大，C正確；彈性勢(shì)能是彈簧具有的，與使它發(fā)生形變的物體無(wú)關(guān)，D錯(cuò)誤．2．下列關(guān)于重力勢(shì)能的說(shuō)法正確的是 (

)A．物體的位置一旦確定，它的重力勢(shì)能的大小也隨之確定B．物體與零勢(shì)能面的距離越大，它的重力勢(shì)能也越大C．一個(gè)物體的重力勢(shì)能從－5J變化到－3J，重力勢(shì)能增加了D．地面上物體的重力勢(shì)能一定等于零【答案】C【解析】物體的重力勢(shì)能與參考平面有關(guān)，同一物體在同一位置相對(duì)不同的參考平面的重力勢(shì)能不同，A錯(cuò)誤；物體在零勢(shì)能面以上，距零勢(shì)能面的距離越大，重力勢(shì)能越大，物體在零勢(shì)能面以下，距零勢(shì)能面的距離越大，重力勢(shì)能越小，B錯(cuò)誤；重力勢(shì)能中的正、負(fù)號(hào)表示大小，－5J的重力勢(shì)能小于－3J的重力勢(shì)能，C正確；只有選地面為零勢(shì)能面時(shí)，地面上的物體的重力勢(shì)能才為零，否則不為零，D錯(cuò)誤．3．如圖所示，一輕彈簧一端固定于O點(diǎn)，另一端系一重物，將重物從與懸點(diǎn)O在同一水平面且使彈簧保持原長(zhǎng)的A點(diǎn)靜止釋放，讓它自由擺下，不計(jì)空氣阻力，在重物由A點(diǎn)擺向最低點(diǎn)B的過(guò)程中 (

)A．重力做正功，彈力不做功B．重力做正功，彈力做正功，彈性勢(shì)能增加C．若用與彈簧原長(zhǎng)相等的細(xì)繩代替彈簧后，重力做正功，彈力做負(fù)功D．若用與彈簧原長(zhǎng)相等的細(xì)繩代替彈簧后，重力做正功，彈力不做功【答案】D【解析】用細(xì)繩拴住重物向下擺動(dòng)時(shí)重力做正功，彈力不做功，D正確；用彈簧拴住重物下擺時(shí)，彈簧要伸長(zhǎng)，重物軌跡不是圓弧，彈力做負(fù)功，彈性勢(shì)能增加，重力做正功，A、B、C錯(cuò)誤．4．關(guān)于重力做功與重力勢(shì)能，下列敘述正確的是 (

)A．重力對(duì)物體不做功，物體的重力勢(shì)能一定為零B．重力對(duì)物體做正功，物體的重力勢(shì)能一定減少C．物體克服重力做功，物體的重力勢(shì)能可能減少D．物體克服重力做功，物體的重力勢(shì)能一定為負(fù)值【答案】B【解析】重力對(duì)物體不做功，物體的重力勢(shì)能不變，但是不一定為零，A錯(cuò)誤；重力對(duì)物體做正功，物體的重力勢(shì)能一定減少，B正確；物體克服重力做功，即重力做負(fù)功，物體的重力勢(shì)