高中创新设计物理教科版必修2课件：第4章 第3节 势能

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(1)计算物体的重力势能，必须首先选定零势能面。 (2)零势能面以下的重力势能均为负值，“＋”、“－”号代 表重力势能的大小，因此，比较大小时，一定要带着“＋”、 “－”号进行比较。
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[针对训练1] 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－5 J变化到－3 J，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
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预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中
问题1 问题2 问题3
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对重力势能的理解
[要点归纳]
1．重力势能的三性 (1)标量性：重力势能是标量，只有大小，没有方向，但有 正、负。 重力势能正、负的含义：正、负值分别表示物体处于参考 平面上方和下方。
h1′＝(0.4＋0.8) m＝1.2 m。 因而物体具有的重力势能
Ep1′＝mgh1′＝2×9.8×1.2 J＝23.52 J。 物体落至地面时重力势能Ep2′＝0。 在此过程中物体重力势能减少量
ΔEp′＝Ep1′－Ep2′＝23.52 J－0＝23.52 J。
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(3)通过上面的计算可知，重力势能是相对的，它的大小与 零势能参考平面的选取有关，而重力势能的变化是绝对 的，它与零势能参考平面的选取无关，其变化值与重力对 物体做功的多少有关。 答案 (1)7.84 J 23.52 J (2)23.52 J 23.52 J (3)见解析
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思维拓展
如图1所示，幼儿园小朋友们正在兴高
采烈地玩滑梯。
(1) 小 朋 友 在 滑 梯 最 高 点 时 的 重 力 势 能
一定为正值吗？在地面上时的重力势能
一定为零吗？
(2) 小 朋 友 沿 滑 梯 下 滑 时 ， 重 力 势 能 怎
么变化？小朋友从最高点滑落到地面过
图1
程中重力势能的变化与参考平面的选取
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[精典示例]
[例 2] 如图 3 所示，质量为 m 的小球，用一长为 l 的细线悬于 O 点，将悬线拉直成水平状态，并给小球一个向下的速度让 小球向下运动，O 点正下方 D 处有一钉子，小球运动到 B 处时会以 D 为圆心做圆周运动，并经过 C 点。若已知 OD ＝23l，则
13、He who seize the right moment, is the right man.谁把握机遇，谁就心想事成。2021/9/192021/9/192021/9/192021/9/199/19/2021 14、谁要是自己还没有发展培养和教育好，他就不能发展培养和教育别人。2021年9月19日星期日2021/9/192021/9/192021/9/19 15、一年之计，莫如树谷；十年之计，莫如树木；终身之计，莫如树人。2021年9月2021/9/192021/9/192021/9/199/19/2021 16、教学的目的是培养学生自己学习，自己研究，用自己的头脑来想，用自己的眼睛看，用自己的手来做这种精神。2021/9/192021/9/19September 19, 2021 17、儿童是中心，教育的措施便围绕他们而组织起来。2021/9/192021/9/192021/9/192021/9/19
第3节 势 能
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学习目标
核心提炼
1.理解重力势能的概念，会进行简单计算，并会判断重 力势能的变化。
2.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。
3.理解弹性势能的概念，会分析决定弹簧弹性势能大小 的相关因素。
2个概念——重力势 能、弹性势能 1个关系——重力做功 与重力势能变化的关 系 1个公式——Ep＝mgh
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3．对于同一弹簧，伸长和压缩相同的长度时弹性势能__相__同___ (填“相同”或“不同”)。
4．弹性势能与弹力做功的关系 (1)关系：弹力做功是弹性势能变化的唯一量度，弹力做多 少正功，弹性势能就___减__少___(填“增加”或“减少”)多 少；弹力做多少负功，弹性势能就__增__加____(填“增加”或 “减少”)多少． (2)表达式：W弹＝－ΔEp＝__E_p_1_－__E_p_2_
4.知道势能是系统共有的，具有相对性。
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一、重力势能
阅读教材第64～66页“重力势能”部分，知道重力势能的 表达式，体会重力做功与重力势能变化的关系。 1．重力势能：物体由于位于高处而具有的能量。 2．表达式：Ep＝__m__g_h___。单位：_焦__耳____，符号：J。 3．标矢性：重力势能是_标__量____，只有大小，没有方向。
(1)小球由A点运动到C点的过程中，
重力做功为多少？
(2)重力势能减少了多少？
图3
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解析 (1)从 A 点运动到 C 点，小球下降高度 h＝13l，故重力 做功 WG＝mgh＝13mgl。 (2)重力势能的减少量 ΔEp 减＝WG＝13mgl。
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思维拓展 下列三张图中的物体有什么共同点？有没有弹性势能？
答案 弓、金属圈、弹性杆在发生形变时，都会伴随着弹 性势能的产生，在适当的条件下通过弹力做功将弹性势能 转化为其他形式的能。
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三、势能是系统共有的
阅读教材第66页“势能是系统共有的”部分，知道势能是 组成系统所共有的。 1．系统性 弹性势能是发生弹性形变的物体上的所有质点因相对位置 改变而具有的能量，因而弹性势能是整个系统所具有的。 2．相对性 弹性势能的大小与选定的零势能位置__有____(填“有”或 “无”) 关，对于弹簧，一般规定弹簧处于原长时的势能 为零。
能__增__加____，即WG＜0，Ep1＜Ep2。重力做负功也可以说 成物体__克__服__重__力__做__功______。
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5．重力势能的相对性：重力势能总是相对选定的_参__考__平__面___ 而言的(该平面常称为_零__势__能__面___)。 Ep＝mgh中的h是物体重心相对参考平面的高度。参考平面 选择不同，则物体的高度h不同，重力势能的大小也就不 同。
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(2)相对性：表达式Ep＝mgh中的h是相对于参考平面的高 度，故重力势能也具有相对性。计算重力势能时必须要选 取参考平面，处于参考平面上的任何物体的重力势能都为 零。 (3)系统性：重力是地球对物体的吸引而产生的，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。
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地面过
图2
程中重力势能减少多少？
(2)以地面为零势能参考平面，计算物体具有的重力势能， 并计算物体由支架下落到地面过程中重力势能减少多少？ (3)以上计算结果说明什么？
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解析 (1)以桌面为零势能参考平面，物体距离零势能参考 平面的高度h1＝0.4 m， 因而物体具有的重力势能
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概念 项目
重力做功
重力势能
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
重力做功过程是重力势能改变的过程来自重力做正功，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＝－ΔEp
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思考判断
(1)物体只要运动，其重力一定做功。( × ) (2) 重 力 做 功 多 少 取 决 于 物 体 的 重 力 和 它 通 过 的 路 程 。
(×) (3) 同 一 物 体 的 重 力 势 能 Ep1 ＝ 2 J ， Ep2 ＝ － 3 J ， 则 Ep1>Ep2。( √ ) (4)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。( × ) (5)同一弹簧伸长量不同时，弹性势能不同。( √ ) (6)重力势能是物体与地球共有的，弹性势能是弹力装置独 有的。( × )
You have to believe in yourself. That's the secret of success. 人必须相信自己，这是成功的秘诀。
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二、弹性势能
阅 读 教 材 第 66 页 “ 弹 性 势 能 ” 部 分 ， 了 解 弹 性 势 能 的 概 念。 1．弹性势能：物体由于发生_弹__性__形__变___而具有的能量。 2．弹簧的弹性势能：弹簧的长度为__原__长____时，弹性势能为 0。弹簧被___拉__长___或被__压__缩____时，就具有了弹性势能。
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4．重力做功与重力势能变化的关系 (1)表达式：WG＝__E_p_1－__E__p2__＝－ΔEp。 (2)两种情况：
①当物体从高处运动到低处时，重力做_正__功____，重力势能 __减__少___，即WG＞0，Ep1＞Ep2。 ②当物体由低处运动到高处时，重力做__负__功____，重力势
Ep1＝mgh1＝2×9.8×0.4 J＝7.84 J。 物体落至地面时，物体的重力势能
Ep2＝mgh2＝2×9.8×(－0.8) J＝－15.68 J。 因此物体在此过程中重力势能减少量
ΔEp＝Ep1－Ep2＝7.84 J－(－15.68) J＝23.52 J。
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(2)以地面为零势能参考平面，物体距离零势能参考平面的 高度
有关吗？
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答案 (1)不一定，若选最高点为参考平面，则小朋友在最 高点的重力势能为零，在地面上的重力势能为负。 (2)沿滑梯下滑，小朋友的重力势能减小，重力势能的变化 与参考平面的选取无关。
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9、要学生做的事，教职员躬亲共做；要学生学的知识，教职员躬亲共学；要学生守的规则，教职员躬亲共守。2021/9/192021/9/19Sunday, September 19, 2021 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。2021/9/192021/9/192021/9/199/19/2021 5:00:44 PM 11、只有让学生不把全部时间都用在学习上，而留下许多自由支配的时间，他才能顺利地学习……（这）是教育过程的逻辑。2021/9/192021/9/192021/9/19Sep-2119-Sep-21 12、要记住，你不仅是教课的教师，也是学生的教育者，生活的导师和道德的引路人。2021/9/192021/9/192021/9/19Sunday, September 19, 2021
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2．重力势能变化的绝对性：物体在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。
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[精典示例]
[例1] 如图2所示，桌面距地面的高度为0.8
m，一物体质量为2 kg，放在桌面上方
0.4 m的支架上，则(1)以桌面为零势能
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解析 物体的重力势能与参考平面有关，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，－5 J的重力势能小于－3 J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。 答案 C
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重力做功与重力势能的变化
[要点归纳]
重力做功与重力势能的比较
项目
概念
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
影响大小 的因素
WG＝mgΔh
重力mg和初、末位置的高 度差Δh
Ep＝mgh 重力mg和相对参考平面的高度h