2019-2020学年高中物理 第7章 机械能守恒定律 第4节 重力势能课件 新人教版必修2

第七章机械能守恒定律第4节重力势能学习目标1．知道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式进行计算．3．掌握重力做功与重力势能变化的关系.4．理解重力势能的相对性．5．知道重力势能是物体和地球系统所共有的.填一填、做一做、记一记课前自主导学|基础知识·填一填|一、重力做功与重力势能1．重力做功的特点：只跟物体运动的1和2有关，而跟物体运动的3无关．2．重力做功的表达式：WG＝4＝mgh1－mgh2，其中h1、h2分别表示物体5和6的高度．3．重力势能的特点：与物体相对地球的7有关．起点终点路径mgh起点终点位置4．重力势能(1)大小：等于物体所受重力与所处8的乘积，表达式为Ep＝9.(2)单位：10，与功的单位相同．高度mgh焦耳5．重力做功与重力势能变化的关系(1)表达式：WG＝11＝－ΔEp，即重力所做的功等于物体重力势能变化量的负值．(2)特点：①当物体从高处运动到低处时，重力做12，重力势能13，即WG＞0，Ep1＞Ep2.重力势能的减少量等于重力做的功．②当物体由低处运动到高处时，重力做14，重力势能15，即WG＜0，Ep1＜Ep2.重力做负功也叫做物体克服重力做功．重力势能的增加量等于物体克服重力所做的功．Ep1－Ep2正功减小负功增加二、重力势能的相对性和系统性1．相对性(1)参考平面：物体的重力势能总是相对于某一16来说的，这个17叫做参考平面．在参考平面上，物体的重力势能取作18.水平面水平面0(2)重力势能的相对性：选择不同的参考平面，物体重力势能的数值是19的．对选定的参考平面，上方物体的重力势能是20值，下方物体的重力势能是21值，负号表示物体在这个位置具有的重力势能要比在参考平面上具有的重力势能22．2．系统性：重力势能是23与24所组成的系统共有的．不同正负小地球物体|基础小题·做一做|1．正误判断(1)重力做功的大小由重力和物体的位移决定．()(2)同一物体在不同高度时，重力势能不同．()(3)不同物体在同一高度，重力势能可以不同．()(4)重力势能Ep1＝2J，Ep2＝－3J，则Ep1与Ep2方向相反．()(5)同一物体的重力势能Ep1＝2J，Ep2＝－3J，则Ep1＞Ep2.()(6)在同一高度的质量不同的两个物体，它们的重力势能一定不同．()×××√√√2．下列关于重力势能的说法正确的是()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．物体与零势能面的距离越大，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，重力势能增加了D．在地面上的物体具有的重力势能一定等于零解析：选C物体的重力势能与参考平面的选取有关，同一物体在同一位置相对不同的参考平面的重力势能不同，A错误；物体在零势能面以上，距零势能面的距离越大，重力势能越大，物体在零势能面以下，距零势能面的距离越大，重力势能越小，B错误；重力势能中的正、负号表示大小，－5J的重力势能小于－3J的重力势能，C正确；只有选地面为零势能面时，地面上的物体的重力势能才为零，否则不为零，D错误．3．如图所示，虚线是一跳水运动员在跳水过程中其重心运动的轨迹，则从起跳至入水的过程中，该运动员的重力势能()A．一直减小B．一直增大C．先增大后减小D．先减小后增大解析：选C运动员的重心先升高后降低，故其重力势能先增大后减少，所以选项C正确．[思维拓展]如图所示的滑雪运动员从雪山高处高速滑下，运动员的重力做了正功还是负功？其重力势能增大了还是减小了？当冲上另一个高坡时会怎样？提示：运动员从高处滑下，位移向下，重力做了正功，由于高度降低，其重力势能减小；当运动员冲上另一个高坡时，重力做负功，重力势能增大．|核心知识·记一记|1．物体运动时，重力对它做的功只跟它的起点和终点的位置有关，而跟物体运动的路径无关．2．重力势能的表达式为Ep＝mgh，重力势能是标量，但有正负，重力势能为负值时，说明物体在零势能面下方．3．重力势能具有相对性和系统性，但重力势能的变化量具有绝对性，重力做功与重力势能的关系为WG＝Ep1－Ep2＝－ΔEp.4．重力势能是地球与物体组成的系统所共有的，不是物体单独具有的，但习惯上说成“物体的重力势能”．5．重力势能是否变化，如何变化，以及变化了多少，只取决于物体重力的做功情况，与其他因素无关．析要点、研典例、重应用课堂互动探究★要点一重力势能的理解|要点归纳|1．重力势能的正负重力势能是标量，其数值可正可负可为零，表示的是相对大小，如图所示．物体在A、B、C三点重力势能的正负如下表所示.参考平面EpAEpBEpC地面正值正值零桌面正值零负值A处平面零负值负值2.重力势能的三个性质(1)重力势能的相对性由于重力势能表达式为Ep＝mgh，高度h的相对性决定了重力势能具有相对性．选取不同的水平面作为零势能面，其重力势能具有不同的数值，即重力势能的大小与零势能面的选取有关．(2)重力势能变化的绝对性物体在这两个高度不同的位置时，由于高度差一定，重力势能之差也是一定的，即物体的重力势能的变化与参考平面的选取无关．(3)重力势能的系统性重力是地球对物体吸引而产生的，如果没有地球对物体的吸引，就不会有重力，也不存在重力势能，所以重力势能是这个系统共同具有的，平时所说的“物体”的重力势能只是一种简化的说法．|例题展示|【例1】如图所示，桌面距地面0.8m，一个物体的质量为2kg，放在距桌面0.4m的支架上．以地面为参考平面，计算物体具有的重力势能，并计算物体由支架下落到桌面的过程中，重力势能减少了多少(g取10m/s2)．[思路点拨]在求解物体的重力势能时，应注意物体相对参考平面所处的高度．[解析]以地面为参考平面，物体的高度为h1＝1.2m物体的重力势能为Ep1＝mgh1＝2×10×1.2J＝24J物体落至桌面时的重力势能为Ep2＝mgh2＝2×10×0.8J＝16J物体重力势能的减少量为ΔEp＝Ep1－Ep2＝(24－16)J＝8J.[答案]24J8J[易错警示]重力势能理解的三点注意(1)零势能面的选择是任意的，在实际应用中，应以解决问题方便为原则选择零势能面．(2)如果在同一个问题中涉及多个物体的重力势能，必须选取一个统一的参考平面．(3)由于重力势能Ep＝mgh，比较重力势能大小的实际问题中，要比较重力的大小和重心的高度．|对点训练|1．(多选)下列关于重力势能的说法正确的是()A．重力势能是地球和物体共同具有的，而不是物体单独具有的B．重力势能的大小是相对的C．重力势能等于零的物体，不可能对别的物体做功D．在地面上的物体，它具有的重力势能一定等于零解析：选AB重力势能是由物体和地球的相对位置决定的，是地球和物体组成的系统所共有的，所以A、B正确；由于重力势能的大小与零势能面的选取有关，所以重力势能等于零，不等于没有对外做功的本领，所以C错误；只有选地面为零势能面时，地面上的物体重力势能才为零，否则不为零，所以D错误．2．一实心铁球与一实心木球质量相等，将它们放在同一水平地面上，下列说法正确的是()A．铁球的重力势能大于木球的重力势能B．铁球的重力势能等于木球的重力势能C．铁球的重力势能小于木球的重力势能D．上述三种情况都有可能解析：选C由于铁球和木球的密度不同，所以质量相等的铁球和木球比较，木球的体积较大，放在同一水平地面上时，木球的重心高，因此木球的重力势能大于铁球的重力势能，选项C正确．3．质量为20kg的铁板、厚度不计，平放在二楼的地面上．二楼地面与楼外地面的高度差约为3m．(g取10m/s2)．这块铁板相对二楼地面和楼外地面的重力势能分别为()A．600J、0B．0、600JC．1200J、0D．0、1200J解析：选B铁板相对于二楼平面的高度是零，故铁板相对于二楼平面的重力势能为零；铁板相对于楼外地面的高度为3m，则铁板相对于楼外地面的重力势能Ep＝mgh＝200×3J＝600J，故选项B正确．★要点二重力做功与重力势能变化的关系|要点归纳|1．重力做功与重力势能的比较重力做功重力势能物理意义重力对物体做功由物体与地球的相互作用产生，且由它们之间的相对位置决定的能表达式WG＝mgΔhEp＝mgh影响大小的因素重力mg和初、末位置的高度差Δh重力mg和相对参考面的高度h特点只与初、末位置的高度差有关，与路径及参考平面的选择无关与参考平面的选择有关，同一位置的物体，选择不同的参考平面，其重力势能的值不同过程量状态量联系重力做功的过程是重力势能改变的过程，重力做正功，重力势能减少，重力做负功，重力势能增加，且重力做了多少功，重力势能就改变多少，即WG＝Ep1－Ep2＝－ΔEp2.重力做功与重力势能变化关系的两点说明(1)无论物体是否受其他力的作用，无论物体做何种运动，关系式WG＝－ΔEp总是成立的．(2)利用关系式WG＝－ΔEp可由重力做功的正负及大小判断重力势能的增减及大小，反之也可以由重力势能的增减及大小判断重力做功的正负及大小．|例题展示|【例2】(2019·洛阳四校联考)起重机以g4的加速度将质量为m的物体匀减速地沿竖直方向提升高度h，则起重机钢索的拉力对物体做的功为多少？物体克服重力做功为多少？物体的重力势能变化了多少？[思路点拨]解此题可按以下思路：(1)利用物体运动的加速度，结合牛顿第二定律求出起重机对物体的拉力．(2)根据功的定义即可求出各个力做的功．(3)重力势能的变化可由重力做功来求得，也可由重力势能的定义求得．[解析]由题意可知物体的加速度大小为a＝g4方向向下，物体上升高度h，据牛顿第二定律得mg－F＝ma，所以F＝mg－ma＝mg－m×14g＝34mg，方向竖直向上．所以拉力做功WF＝Fh＝34mgh，重力做功WG＝mghcos180°＝－mgh，即物体克服重力做功为mgh.又因为WG＝Ep1－Ep2＝－mgh＜0，所以物体的重力势能增加了mgh.[答案]34mghmgh增加了mgh[规律方法]解决重力势能与重力做功关系类题的一般步骤(1)选取研究对象．(2)选择参考平面．(3)确定物体初、末位置相对参考平面的高度．(4)利用重力做功和重力势能变化的关系列式求解．(5)根据重力势能的变化量判断做功的正、负．|对点训练|4．(2019·泰安高一检测)大型拱桥的拱高为h，弧长为l，如图所示，质量为m的汽车在以不变的速率v由A点运动到B点的过程中，以下说法正确的是()A．由A到B的过程中，汽车的重力势能始终不变，重力始终不做功B．汽车的重力势能先减小后增加，总的变化量为0，重力先做负功，后做正功，总功为零C．汽车的重力势能先增大后减小，总的变化量为0，重力先做正功，后做负功，总功为零D．汽车的重力势能先增大后减小，总的变化量为0，重力先做负功，后做正功，总功为零解析：选D前半阶段，汽车向高处运动，重力势能增加，重力做负功；后半阶段，汽车向低处运动，重力势能减小，重力做正功，选项D正确．5．(多选)如图所示，物体沿不同的路径从A运动到B，其中按不同的路径：①有摩擦作用；②无摩擦作用；③无摩擦作用，但有其他外力拉它．比较这三种情况下重力做的功W1、W2、W3，重力势能的变化量ΔEp1、ΔEp2、ΔEp3的关系，以下正确的是()A．W1W2W3B．W1＝W2＝W3C．ΔEp1＝ΔEp2＝ΔEp3D．ΔEp1ΔEp2ΔEp3解析：选BC重力做功与路径无关，取决于物体初、末位置，且与物体受不受其他力无关．重力势能的变化量只取决于重力做的功，因此，三种情况下重力做功相同，重力势能的变化量也相同，故选项B、C正确．6．世界著名撑杆跳高运动员——乌克兰名将布勃卡身高1.83m，体重82kg，他曾35次打破撑竿跳高世界纪录(如图)，目前仍保持着6.14m的世界纪录．请你回答以下两个问题：(g取10m/s2)(1)他最后跳过6.14m时，至少克服重力做多少功？(2)他的重力势能改变了多少？解析：(1)人的重心大约在人身高的一半的位置，布勃卡身高1.83m，重心位置高度为0.915m在撑杆跳的过程中，人的重心升高的高度为：h＝6.14－0.915m＝5.225m在人重心升