【中学教材全解】2014-2015学年人教版高中物理必修2 第7章 第4节 重力势能

重力势能学习目标：1.认识重力做功与路径无关的特点。2.理解重力势能的概念，会用重力势能的定义进行计算。3.理解重力势能的变化和重力做功的关系，知道重力做功与路径无关。4.知道重力势能的相对性，知道重力势能是物体和地球所组成的系统共有的。第4节重点重力势能的概念及重力做功跟物体重力势能变化的关系。难点1.重力势能的系统性和相对性。2.重力做功跟物体重力势能变化的关系。重点难点导入新课这是一幅美国内华达州亚利桑那陨石坑图片。这个陨石坑是5万年前，一颗直径约为30~50米的铁质流星撞击地面的结果。这颗流星重约50万千克、速度达到20千米／秒，爆炸力相当于2000万千克TNT，超过美国轰炸日本广岛那颗原子弹的一千倍。爆炸在地面上产生了一个直径约1245米，平均深度达180米的大坑。据说，坑中可以安放下20个足球场，四周的看台则能容纳200多万观众。通过美国内华达州亚利桑那的陨石坑现象，你能说出这么大的能量与哪些因素有关？导入新课这是长江三峡水力发电站的图片，水力发电站是利用水来发电的，它是利用水的什么能量发的电？图中发电站的建设位置选择（a）还是（b）？（a）（b）1.物体的重力势能跟哪些因素有关？实验（一）用质量不同的两个铁块从同一高度释放，观察小桌陷入沙子中的深度。实验（二）用两个相同铁块从不同高度释放，观察小桌陷入沙子中的深度。学生认真观察，并记录观察到的实验现象,思考总结重力势能跟哪些因素有关？一、重力的功提出问题实验现象：在实验（一）中，铁块的质量越大，小桌陷入沙子中的深度越大；在实验（二）中，铁块释放的高度越高，小桌陷入沙子中的深度越大。结论：重力势能的大小与物体的质量和所处的位置有关，物体的质量越大，高度越高，重力势能就越大。物体的高度发生变化时，重力要做功,因此，要研究重力势能，就不应脱离对重力做功的研究。提出问题2.根据功的有关知识，写出图甲、乙两种情况下，物体从A点运动到B点的过程中，重力做的功，并比较做功的大小。提出问题典型例题例1沿着高度相同、坡度不同、粗糙程度也不相同的斜面将同一物体分别从底端拉到顶端，下列说法正确的是（）A.沿坡度小的斜面运动时物体克服重力做功多B.沿坡度大、粗糙程度大的斜面运动时物体克服重力做功多C.沿坡度小、粗糙程度大的斜面运动时物体克服重力做功多D.不管沿怎样的斜面运动，物体克服重力做功相同解析：重力做功的特点是与运动的具体路径无关，只与初末状态物体的高度差有关，不论光滑路径还是粗糙路径，也不论是直线运动还是曲线运动，只要初末状态的高度差相同，重力做的功就相同,故选项D正确，选项A、B、C错误。D二、重力势能提出问题1.什么叫势能？什么叫做物体的重力势能？表达式如何？提出问题2.重力做功与重力势能的关系是怎样的？如何从功是能的转化的量度理解重力做功与重力势能的变化。并举例说明。典型例题三、重力势能的相对性提出问题1.如何理解重力势能的相对性？小结：（1）重力势能的相对性：重力势能与参考平面的选取有关，而参考平面的选择是任意的，所以，重力势能具有相对性。因此在表达重力势能时，要指明参考平面的位置。物体在参考平面上时重力势能为0。重力势能具有相对性，是因为高度h具有相对性。（2）参考平面的选择：参考平面的选择是任意的。可视解决问题的方便而定，通常选择地面为参考平面。如果没有特别说明参考平面就是地面。（3）重力势能的正负：对选定的参考平面而言，在参考平面上方的物体，重力势能是正值；在参考平面下方的物体，重力势能是负值。物体具有负的重力势能，表示物体在该位置具有的重力势能比在参考平面上具有的重力势能要少。（4）重力势能变化的绝对性：重力势能具有相对性，与参考平面的选择有关，但重力势能的变化与参考平面的选择无关。正是因为这样，重力势能的变化比重力势能要有研究价值。四、重力势能是系统所共有的提出问题1.我们常说某物体的重力势能是多少，这种说法准确吗？结论：由重力势能与重力做功的密切关系和重力是地球与物体之间的相互作用力可以看出，如果没有地球，就谈不上重力势能，因此，严格说，重力势能是地球与物体所组成的“系统”共有的，而不是地球上的物体单独具有的。通常说某物体的重力势能是多少，只是一种简化的说法。典型例题典型例题例4如图所示，杆的中点有一转轴O，两端分别固定质量为2m和m的小球a和b，当杆从水平位置转到竖直位置时，小球a和b构成的系统的重力势能如何变化，变化了多少？巩固练习1.如图所示，某物块分别沿三条不同的轨道由离地高h的A点滑到同一水平面上，轨道1、2是光滑的，轨道3是粗糙的，则下列说法中正确的是（）A.沿轨道1滑下重力做功多B.沿轨道2滑下重力做功多C.沿轨道3滑下重力做功多D.沿三条轨道滑下重力做的功一样多D巩固练习2.关于重力势能，下列说法中正确的是（）A.物体的位置一旦确定，它的重力势能的大小也随之确定B.物体与零势面的距离越大，它的重力势能也越大C.一个物体的重力势能从-5J变化到-3J，重力势能减少了D.重力势能的减少量等于重力对物体做的功D巩固练习ABD巩固练习布置作业完成[课时学案]中交流讨论的内容