高中物理第四章3势能教案2教科版必修2

第3节 势能
教学过程：
用投影片出示本节课的学习目标
1.理解重力势能的概念，会用重力势能的定义式进行计算.
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.知道重力势能的相对性.
4.了解弹性势能. 学习目标完成过程： 一、复习导入
二、新课教学 (一)重力势能 1.教师举例
把一个质量为ｍ的物体竖直向上抛出，在它上升和下落的过程中，重力分别做什么功?重力势能如何变化?
学生：上升过程中，物体克服重力做功 (重力做负功).物体的重力势能增大. 下落过程中，重力做正功，物体的重力势能减小. 教师：前边我们学过了功和能之间的关系，我们知道力对物体做了多少功，物体的能量就将变化多少，那么同学们认为重力所做的功与物体重力势能的变化之间有什么关系?
学生：重力所做的功等于物体重力势能的变化.
2.上边我们定性分析了重力所做的功等于物体重力势能的变化，下边我们再来分析一个例子： ①用投影片出示问题：
质量为ｍ的物体从高度为ｈ１的A 点下落到高度为ｈ2的B 点，重力所做的功为多少? ②学生求解得到：
重力所做的功为：W G ＝ｍｇΔｈ＝ｍｇ（ｈ１－ｈ２）
③教师：前边我们结合功和能的关系分析得到重力所做的功等于物体重力势能的变化，而我们经过推导又得到重力所做的功等于ｍｇｈ这个量的变化，所以在物理学中就用ｍｇｈ这个式子来表示物体的重力势能.
板书：E Ｐ＝mgh
E Ｐ−−→−表示物体的重力势能−−
→−单位
焦（J ） ｍ→物体的质量−−→−单位千克（kg ）
ｇ→重力加速度→(米每二次方秒)s 2
/ｍ ｈ→物体的高度→米（ｍ） ④推导重力势能的单位：
∵１kg ·ｍ/s 2
·ｍ＝１Ｎ·ｍ＝１J
∴重力势能的单位是焦耳，并把上述板书补充完整. ⑤重力势能是标量
3.据重力做功与重力势能变化之间的关系进行讨论：
①教师：我们用11
mgh E P =来表示物体在初位置的重力势能，用22
mgh E P =来表示物体在末位置的重
力势能，则2
1
P P G E E W -=
②学生讨论得到：
当物体由高处运动到低处时，ｈ１>ｈ2，W Ｇ>0 ∴2
1
P P E E >
当物体由低处运动到高处时，ｈ１<ｈ2，W Ｇ<0 ∴2
1
P P E E
③教师总结：重力做正功时，重力势能减少，减少的重力势能等于重力所做的功. 物体克服重力做功(重力做负功)时，重力势能增加，增加的重力势能等于物体克服重力所做的功.
4.讨论：如图所示，物体从高为h 1处运动到高为ｈ2处，运动的路径有无数条，讨论在这些运动过程中，重力所做的功是否相同.
学生：重力所做的功相同，因为重力所做的功等于重力势能的减少量，而重力势能的减少量ｍｇ（ｈ１－ｈ2）是一定的.
教师：由此得到：重力所做的功只跟物体初位置的高度ｈ１和末位置的高度ｈ2有关，跟物体运动的路径无关.
(二)重力势能的相对性
教师：有一个物体放在三楼顶，每层楼高ｈ，则该物体的重力势能为多大? 学生：3mgh ；mgh ；2mgh.
教师：同一个物体的重力势能，为什么会有三个不同的值呢? 学生：是由于所选高度的起点不同而造成的.
教师：我们把所选高度的起点处的平面叫参考平面，第一位同学以一楼地面为参考水平面得到物体的重力势能为3mgh ，第二位同学是以三楼地面为参考平面，则物体的重力势能为mgh ，同理第三位同学是以二楼地面作为参考平面，得到的重力势能为2mgh.
板书：①参考平面的选取是任意的.
②选取不同的参考平面，物体的重力势能的数值是不同的. ③通常选地面为参考平面. (三)弹性势能 1.演示
装置如图所示：将一弹簧压缩不同程度：观察现象.
取一个硬弹簧，一个软弹簧，分别把它们压缩相同程度，观察现象. 2.学生叙述实验现象
实验一中：当弹簧压缩程度越大时，弹簧把木块推的越远.
实验二中：两根等长的软、硬弹簧，压缩相同程度时，硬弹簧把木块弹出的远.
3.上述实验中，弹簧被压缩时，要发生形变，在恢复原状时能够对木块做功，我们说弹簧具有能，这种能叫弹性势能.
板书：发生形变的物体，在恢复原状时能够对外做功，因而具有能量，这种能量叫做弹性势能. 4.教师：同学们能举几个物体具有弹性势能的例子吗?
学生：卷紧的发条，被拉伸或压缩的弹簧，拉弯的弓、击球时的网球拍或羽毛球拍、撑杆跳高时的撑杆等.
5.教师分析上述各例中弹性势能和形变程度之间的关系，学生总结得到： 形变程度越大，弹性势能也越大.
6.教师：到现在为止，我们已学习了两种势能：重力势能和弹性势能. 对于重力势能，其大小由地球和地面上物体的相对位置决定，对于弹性势能，其大小由形变程度决定，而形变程度不同，发生形变的物体的各部分相对位置也会发生变化，得到：
①势能也叫位能.
②势能具有系统性：重力势能是物体和地球组成的系统共有的，弹性势能是物体的 各部分所共有的. 三、巩固练习
用投影片出示思考题：
1.关于重力做功和物体的重力势能，下列说法中正确的是 A.当重力对物体做正功时，物体的重力势能一定减少 B.物体克服重力做功时，物体的重力势能一定增加
C.地球上任何一个物体的重力势能都有一个确定值
D.重力做功的多少与参考平面的选取无关
2.物体在运动过程中，克服重力做功为50 J ，则 A.重力做功为50 J
B.物体的重力势能一定增加50 J
C.物体的动能一定减少50 J
D.重力做了50 J 的负功
3.以40 ｍ/s 的初速度竖直向上抛出一个物体，经过ｔ秒后，物体的重力势能是动能的3倍，ｇ＝10 ｍ/s 2
，则ｔ的大小为
A.2秒
B.3秒
C.4秒
D.5秒 参考答案： 1.ABD2.BD3.A 【课堂小结】
本节课我们学习了：
1.势能由物体间的相互作用而产生，由它们的相对位置而决定.
2.势能是标量，单位是焦耳.
3.重力对物体所做的功与物体的运动路径无关，只跟物体运动的始、末位置有关，重力所做的功等于物体始、末位置的重力势能之差.
4.重力势能是地球和地面上的物体共同具有的，一个物体的重力势能的大小与参考平面的选取有关. 【板书设计】
⎪⎪
⎪⎪⎪
⎪⎩
⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨
⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎩⎪
⎪⎪
⎪⎨⎧弹性势能重力势能位移势能)( 1.物体的重力势能等于物体的重量和它的高度的乘积→E Ｐ＝mgh 2.重力势能是标量，是状态量 3.重力势能是物体和地球共有的，常称为物体的重力势能. 4.重力势能是具有相对性(相对于参考平面) 5.单位：焦(J) 6.重力做功与路径无关，与初、末位置有关 1.发生弹性形变的物体，在恢复原状时能够对外做功，物体具有能量，这种能量叫弹性势能. 2.弹性势能与形变大小有关
高考理综物理模拟试卷
注意事项：
1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

2．选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。

3．请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。

4．保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。

一、单项选择题
1．如图所示，一正方体导线框各边电阻均为R，MN、PQ两边均接有电容为C的电容器．开关闭合后，若电流表的示数为I，则每个电容器所带的电荷量为
A．B．C．D．
2．如图,竖直平面内的四分之一圆弧，圆弧半径为R，O为圆心，一个可视为质点的小球从其边缘P点，以水平速度沿PO方向抛出，恰好击中最低点Q。

设重力加速度为g,不计空气阻力,则下列说法中错误的是( )
A．小球从P到Q经过的时间为
B．小球的初速度大小为
C．刚要击中Q点时，速度方向与水平方向夹角为30°
D．刚要击中Q点时，速度大小为
3．在平面直角坐标系的x轴上关于原点O对称的P、Q两点各放一个等量点电荷后，x轴上各点电场强度E随坐标x的变化曲线如图所示，规定沿x轴正向为场强的正方向，则关于这两个点电荷所激发电场的有关描述中正确的有
A．将一个正检验电荷从P点沿x轴移向Q点的过程中电场力一直做正功
B．x轴上从P点到Q点的电势先升高后降低
C．若将一个正检验电荷从两点电荷连线的垂直平分线上的一侧移至另一侧对称点的过程中一定是电场力先做正功后做负功
D．若将一个正检验电荷从两点电荷连线的垂直平分线上的一侧移至另一侧对称点的过程中受到的电场力可能先减小后增大
4．如图所示.两根足够长的绝缘导线垂直靠近放置，通以大小相等的恒定电流，a点和b点到两根导线的距离均为l，c点到两根导线的距离分別为和l，下列判断正确的是
A．b处的磁感应强度为零
B．a、b两点的磁感应强度大小相等
C．b、c两点的磁感应强度方向相同
D．c点的磁感应强度大小比b点的大
5．物体的运动情况或所受合外力的情况如图所示，四幅图的图线都是直线，从图中可以判断这四个质量一定的物体的某些运动特征。

下列说法正确的是
A．甲物体受到不为零且恒定的合外力
B．乙物体受到的合外力越来越大
C．丙物体受到的合外力为零
D．丁物体的加速度越来越大
6．2012年我国宣布北斗导航系统正式商业运行。

北斗导航系统又被称为“双星定位系统”，具有导航、定位等功能。

“北斗”系统中两颗工作星均绕地心O做匀速圆周运动，轨道半径为r，某时刻两颗工作卫星分别位于轨道上的A、B两位置（如图所示）．若卫星均顺时针运行，地球表面处的重力加速度为g，地球半径为R，不计卫星间的相互作用力．则以下判断中正确的是（）
A．这两颗卫星的加速度大小相等，均为
B．卫星l由位置A运动至位置B所需的时间为
C．卫星l向后喷气就一定能追上卫星2
D．卫星1由位置A运动到位置B的过程中万有引力做正功
二、多项选择题
7．质量为0.1kg的球竖直向下以10m/s的速度落至水平地面，再以5m/s的速度反向弹回。

取竖直向下为正方向，重力加速度，在小球与地面接触的时间内，合外力对小球的冲量I=______，合外力对小球做功为W=________J.
8．中国版“野牛”级重型气垫船，自重达540吨，最高时速为108 km/h，装有M－70大功率燃气轮机，该机额定输出功率为8700 kW。

假设“野牛”级重型气垫船在海面航行过程所受的阻力f与速度v成正比，即f＝kv。

下列说法正确的是
A．由题中所给数据，能计算阻力f与速度v的比值k
B．在额定输出功率下以最高时速航行时，气垫船所受的阻力为2.9×105 N
C．以最高时速一半的速度匀速航行时，气垫船发动机的输出功率为4 350 kW
D．“野牛”级重型气垫船的最大牵引力为2.9×105 N
9．如图，轰炸机沿水平方向匀速飞行，到达山坡底端正上方时释放一颗炸弹，并垂直击中山坡上的目标A。

已知A点高度为h，山坡倾角为θ，由此可算出
A．轰炸机的飞行高度
B．轰炸机的飞行速度
C．炸弹的飞行时间
D．炸弹投出时的动能
10．如图所示电路中，P为发光氖泡，发光电压U>60V，L为自感系数很大、电阻不为零的电感线圈，直流电源电动势E=6V.接通开关S，氖泡不亮；稳定时，L中电流恒定为I0；断开S时，氖泡能短时间内发光.关于该现象，下列说法正确的有
A．S接通瞬间，L中电流是逐渐增加的
B．S接通稳定时，P两端电压为零
C．S断开瞬间，氖泡P发光时电流最大值可能超过I0
D．S断开瞬间，氖泡P发光时电流从右向左
三、实验题
11．在平直公路上，自行车与同方向行驶的一辆汽车在t＝0时刻同时经过某一个路标A，自行车匀速运动的速度是5 m/s，汽车速度是20 m/s。

汽车过路标A时开始以大小为2 m/s2的加速度刹车，经过一段时间，自行车和汽车又同时在路标B。

求：
（1）路标A与B之间的距离；
（2）自行车和汽车之间的最大距离。

12．某学习小组做探究“合力的功和物体速度变化关系”的实验如下图，图中小车是在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行，这时，橡皮筋对小车做的功记为W.当用2条、3条…完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次…实验时，使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致．每次实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出．
(1)除了图中已有的实验器材外，还需要导线、开关、交流电源和________．
(2)实验中，小车会受到摩擦阻力的作用，可以使木板适当倾斜来平衡掉摩擦阻力，则下面操作正确的是________．
A．放开小车，能够自由下滑即可
B．放开小车，能够匀速下滑即可
C．放开拖着纸带的小车，能够自由下滑即可
D．放开拖着纸带的小车，能够匀速下滑即可
(3)若木板水平放置，小车在两条橡皮筋作用下运动，当小车速度最大时，关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置，下列说法正确的是________．
A．橡皮筋处于原长状态 B．橡皮筋仍处于伸长状态
C．小车在两个铁钉的连线处 D．小车已过两个铁钉的连线
(4)图给出了某次在正确操作情况下打出的纸带，从中截取了测量物体最大速度所用的一段纸带，测得O
点到A、B、C、D、E各点的距离分别为OA＝5.65 cm，OB＝7.12cm，OC＝8.78cm，OD＝10.40 cm，OE＝11.91cm.已知相邻两点打点时间间隔为0.02s，则小车获得的最大速度v m＝____m/s（结果保留两位有效数字）.
四、解答题
13．在倾角为θ的光滑斜面上，放置一段电流为I、长度为L、质量为m的导体棒（通电电流方向垂直纸面向里），如图所示，问：
(1)若整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，且导体棒静止在斜面上，求导体棒受到的安培力大小和方向；
(2)如果要求导体棒静止在斜面上且对斜面无压力，则所加匀强磁场磁感应强度的大小及方向又如何？14．轻质细线吊着一质量为m＝0.32 kg、边长为L＝0.8 m、匝数n＝10的正方形线圈，总电阻为r＝1 Ω.
边长为的正方形磁场区域对称分布在线圈下边的两侧，如图甲所示，磁场方向垂直纸面向里，大小随
时间变化关系如图乙所示，从t＝0开始经t0时间细线开始松弛，取g＝10 m/s2.求：
(1)在前t0时间内线圈中产生的电动势；
(2)在前t0时间内线圈的电功率；
(3)t0的值．
【参考答案】
一、单项选择题
题号 1 2 3 4 5 6
答案 C C D D D A
二、多项选择题
7．5 -3.75
8．AB
9．ABC
10．AD
三、实验题
11．（1）50 m（2） 37.5 m
12．刻度尺 D B 0.84m/s
四、解答题
13．(1)mgtanθ 方向水平向右 (2)方向水平向左14．(1)0.4 V (2)0.16 W (3)2 s
高考理综物理模拟试卷
注意事项：
1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

2．选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。

3．请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。

4．保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。

一、单项选择题
1．如图所示，边长为L的正三角形ABC区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B0，BC边的中点O有一粒子源，可以在ABC平面内沿任意方向发射速率为v的相同的正粒子，若从AB边中点D射出磁场的粒子，从O到D的过程中速度方向偏转了60°，不计粒子的重力及带电粒子之间的相互作用，下列说法正确的是
A．粒子运动的轨道半径为L
B．粒子不可能从A点射出磁场
C．粒子的比荷为=
D．从B点射出的粒子在磁场中的运动时间为
2．二十一世纪新能源环保汽车在设计阶段要对其各项性能进行测试，某次新能源汽车性能测试中，图甲显示的是牵引力传感器传回的实时数据随时间变化关系，但由于机械故障，速度传感器只传回了第20s以后的数据，如图乙所示，已知汽车质量为1500kg，若测试平台是水平的，且汽车由静止开始直线运动，设汽车所受阻力恒定，由分析可得( )
A．由图甲可得汽车所受阻力为1000N
B．20s末的汽车的速度为26m/s
C．由图乙可得20s后汽车才开始匀速运动
D．前20s内汽车的位移为426m
3．2019年初，《流浪地球》的热映激起了人们对天体运动的广泛关注。

木星的质量是地球的317. 89倍，已知木星的一颗卫星甲的轨道半径和地球的卫星乙的轨道半径相同，且它们均做匀速圆周运动，则下列说法正确的是
A．卫星甲的周期可能大于卫星乙的周期
B．卫星甲的线速度可能小于卫星乙的线速度
C．卫星甲的向心加速度一定大于卫星乙的向心加速度
D．卫星甲所受的万有引力一定大于卫星乙所受的万有引力
4．矩形线框与理想电流表、理想变压器、灯泡连接电路如图甲所示．灯泡标有“36 V 40 W”的字样且阻值可以视作不变，变压器原、副线圈的匝数之比为2∶1，线框产生的电动势随时间变化的规律如图乙所示．则下列说法正确的是( )
A．图乙电动势的瞬时值表达式为e＝36 sin(πt)V
B．变压器副线圈中的电流方向每秒改变50次
C．灯泡L恰好正常发光
D．理想变压器输入功率为20 W
5．如图所示，质量为m的小球用OB和O＇B两根轻绳悬挂，两轻绳与水平天花板的夹角分别为30º和60º，此时OB绳的拉力大小为F1。

若烧断O＇B绳，当小球运动到最低点C时，OB绳的拉力大小为F2，则F1∶F2等于
A．1∶4 B．1∶3 C．1∶2 D．1∶1
6．如图所示，粗糙水平地面上的长方体物块将一重为G的光滑圆球抵在光滑竖直的墙壁上，现用水平向右的拉力F缓慢拉动长方体物块，在圆球与地面接触之前，下面的相关判断正确的是（）
A．球对墙壁的压力逐渐减小
B．地面对长方体物块的支持力逐渐增大
C．地面对长方体物块的摩擦力逐渐增大
D．水平拉力F逐渐减小
二、多项选择题
7．如图所示，质量为m的小环套在固定的光滑竖直杆上，一足够长且不可伸长的轻绳一端与小环相连，另一端跨过光滑的定滑轮与质量为M的物块相连，已知M=2m。

与定滑轮等高的A点和定滑轮之间的距离为3m，定滑轮大小及质量可忽略。

现将小环从A点由静止释放，小环运动到C点速度为0，重力加速度取g=10m/s2，则下列说法正确的是
A．A、C间距离为4m
B．小环最终静止在C点
C．小环下落过程中减少的重力势能始终等于物块增加的机械能
D．当小环下滑至绳与杆的夹角为60°时，小环与物块的动能之比为2：1
8．下列说法正确的是（）
A．液体中的布朗运动是悬浮在液体中的固体分子的运动
B．晶体均有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点
C．反映宏观自然过程的方向性的定律是热力学第二定律的一种表述
D．一定质量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加
E. 在绝热条件下压缩气体，气体的内能可能增加，也可能减少
9．下列关于热力学定律的说法正确的是（）
A．一定质量的理想气体保持压强和体积不变，而只改变其温度是不可能的
B．热力学第二定律是反映宏观自然过程的方向性的定律
C．一定质量的理想气体放出热量，则其分子平均动能一定减少
D．对于密闭容器内的理想气体而言，分子在单位时间内对单位面积容器壁碰撞的平均次数会随温度的升高而增多
E. 热运动的宏观过程是熵减少的过程
10．下列说法正确的是___________。

A．饱和蒸汽是指液体不再蒸发，蒸汽不再液化时的状态
B．在晶体熔化过程中，尽管晶体的温度保持不变，但内能却会增加
C．当两分子间距离大于平衡位置的间距r0时，分子间的距离越大，分子势能越小
D．密闭在钢瓶中的理想气体，温度升高，压强增大，是由于分子热运动的平均动能增大
E. 在“用油膜法测分子直径”的实验中，作出了把油膜视为单分子层、忽略油酸分子间的间距并把油酸分子视为球形这三方面的近似处理
三、实验题
11．如图甲所示，足够长光滑金属导轨MN、PQ处在同一斜面内，斜面与水平面间的夹角θ=30°，两导轨间距d=0.2 m，导轨的N、Q 之间连接一阻值R=0.9 Ω的定值电阻。

金属杆ab的电阻r=0.1 Ω，质量m=20 g，垂直导轨放置在导轨上。

整个装置处在垂直于斜面向上的匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度
B=0.5 T。

现用沿斜面平行于金属导轨的力F拉着金属杆ab向上运动过程中，通过R的电流i随时间t变化的关系图像如图乙所示。

不计其它电阻，重力加速度g取10 m/s2。

(1)求金属杆的速度v随时间t变化的关系式；
(2)请作出拉力F随时间t的变化关系图像；
(3)求0～1 s内拉力F的冲量。

12．用落体法验证机械能守恒定律,打出如图甲所示的一条纸带。

已知打点计时器所接电源的频率为50 Hz。

计算结果均保留三位有效数字。

（1）根据纸带所给数据,打下B点时重物的速度大小为____m/s。

根据纸带,算出下落到B点的过程中减小的重力势能,对比后发现,在误差允许的范围内机械能守恒。

（2）某同学选用两个形状相同、质量不同的重物a和b做实验,测得多组数据,画出某点的速度的平方v2与该点到释放点的高度h的关系图象,如图乙所示。

若下落过程中,a、b所受阻力大小相等,由图象可知a、b的质量关系是m a___（填“大于”“小于”或“等于”）m b。

（3）通过分析造成两图线的斜率不同的原因是实验中存在各种阻力,已知实验所用重物a的质量m a=0.2 kg,当地重力加速度g=9.8 m/s2,测得图线a的斜率k a=17.64,则重物a所受的平均阻力大小f=____N。

四、解答题
13．如图所示，在平面直角坐标系xOy内，第Ⅰ象限的半径R=h的圆形区域内存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场，圆与x、y坐标轴切于D、A两点，y＜0的区域内存在着沿y轴正方向的匀强电场。

一质量为m、电荷量为q的带正电粒子从电场中Q（-2h，-h）点以速度v0水平向右射出，从坐标原点O射入第Ⅰ象限，与水平方向夹角为α，经磁场能以垂直于x轴的方向从D点射入电场。

不计粒子的重力，求：
（1）电场强度E的大小以及α的正切值
（2）磁感应强度B的大小
（3）带电粒子从Q点运动到最终射出磁场的时间t。

14．如图所示，透明半圆柱体折射率为，半径为R，长为L．平行光束从半圆柱体的矩形表面垂直射入，部分柱面有光线射出．求该部分柱面的面积S．
【参考答案】
一、单项选择题
题号 1 2 3 4 5 6
答案 B B C D A D
二、多项选择题
7．AD
8．BCD
9．ABD
10．BDE
三、实验题
11．（1）（2）图见解析；（3）
12．07 小于 0.196
四、解答题
13．(1) ，α＝45°，因此粒子从C点正对圆心O1进入磁场．(2) (3)
14．。