7.4_重力勢能》 課件 (人教版必修2)

4 4 4 4重力勢能重力勢能教學(xué)目標(biāo)1 1、理理解解重重力力勢勢能能的的概概念念，會會用用重力勢能的定義進(jìn)行計算。重力勢能的定義進(jìn)行計算。2 2、理理解解重重力力勢勢能能的的變變化化和和重重力力做做功功的的關(guān)關(guān)系系，知知道道重重力力做做功功與與路路徑無關(guān)徑無關(guān) 。3 3、知道重力勢能的相對性。、知道重力勢能的相對性。蓬松的白雪，給人以恬靜、美蓬松的白雪，給人以恬靜、美麗的感覺。然而雪崩爆發(fā)時，以排麗的感覺。然而雪崩爆發(fā)時，以排山倒海之勢，推毀沿途一切，給人山倒海之勢，推毀沿途一切，給人類、自然界帶來災(zāi)難！類、自然界帶來災(zāi)難！雪雪崩崩 20022002年月日上午，俄羅斯高加索年月日上午，俄羅斯高加索北奧塞梯地區(qū)的一個村莊發(fā)生雪崩，造成至少北奧塞梯地區(qū)的一個村莊發(fā)生雪崩，造成至少人失蹤。人失蹤。隕隕石石坑坑美美國國內(nèi)內(nèi)華華達(dá)達(dá)州州亞亞利利桑桑那那 美國內(nèi)華達(dá)州亞利桑那隕石坑。美國內(nèi)華達(dá)州亞利桑那隕石坑。這個隕石坑是這個隕石坑是5 5萬年前，萬年前，一顆直徑約為一顆直徑約為30305050米的鐵質(zhì)流星撞擊地面的結(jié)果。這顆流星重約米的鐵質(zhì)流星撞擊地面的結(jié)果。這顆流星重約5050萬千克、速度達(dá)到萬千克、速度達(dá)到2020千米秒，爆炸力相當(dāng)于千米秒，爆炸力相當(dāng)于20002000萬千克萬千克TNTTNT，超過美國轟炸日本廣島那顆原子彈的一千倍。爆炸在地面上產(chǎn)生了超過美國轟炸日本廣島那顆原子彈的一千倍。爆炸在地面上產(chǎn)生了一個直徑約一個直徑約12451245米，平均深度達(dá)米，平均深度達(dá)180180米的大坑。據(jù)說，坑中可以安米的大坑。據(jù)說，坑中可以安放下放下2020個足球場，四周的看臺則能容納個足球場，四周的看臺則能容納200200多萬觀眾。多萬觀眾。物體一旦處在一定高度時，物體一旦處在一定高度時，就具有了一定的能量。而就具有了一定的能量。而當(dāng)它從所處的的高處落下當(dāng)它從所處的的高處落下時，這些能量就會以做功時，這些能量就會以做功的方式釋放出來的方式釋放出來 在初中我們已經(jīng)學(xué)過：在初中我們已經(jīng)學(xué)過：物體由于被舉高而具有的物體由于被舉高而具有的能量叫能量叫重力勢能重力勢能 那么重力勢能的大小與那么重力勢能的大小與什么有關(guān)，又如何定量表什么有關(guān)，又如何定量表示呢示呢?本節(jié)課我們就來學(xué)習(xí)本節(jié)課我們就來學(xué)習(xí)這個問題這個問題 設(shè)一個物體質(zhì)量為設(shè)一個物體質(zhì)量為m.請同學(xué)們分別計請同學(xué)們分別計算以下三種情況重力所做的功算以下三種情況重力所做的功第一種情況第一種情況重力做的功重力做的功：WGmgh =mgh=mgh1 1mghmgh2 2第二種情況第二種情況重力做的功重力做的功：WG mglcos mghmgh=mgh=mgh1 1mghmgh2 2第三種情況第三種情況重力做的功重力做的功：WGmgh1mgh2 mg(h1 h2 )mghmgh=mgh=mgh1 1mghmgh2 2 設(shè)一個物體質(zhì)量為設(shè)一個物體質(zhì)量為m.請同學(xué)們分別計請同學(xué)們分別計算以下三種情況重力所做的功算以下三種情況重力所做的功通過分析我們知道重力做功的特點通過分析我們知道重力做功的特點1 1、重力做功的特點是與運(yùn)動的具體路徑無關(guān)，、重力做功的特點是與運(yùn)動的具體路徑無關(guān)，只與初末狀態(tài)物體的只與初末狀態(tài)物體的高度差高度差有關(guān)，有關(guān)，即即W WG G=mgmgh h不論光滑路徑還是粗糙路徑，也不論是直線運(yùn)不論光滑路徑還是粗糙路徑，也不論是直線運(yùn)動還是曲線運(yùn)動，只要初末狀態(tài)的高度差相同，動還是曲線運(yùn)動，只要初末狀態(tài)的高度差相同，重力做的功就相同重力做的功就相同2 2、“mghmgh”是一個具有特殊意義的物理量。是一個具有特殊意義的物理量。一一 方面與重力做功密切相關(guān)，方面與重力做功密切相關(guān)，另一方面它隨高度的變化而變化恰與勢能的基另一方面它隨高度的變化而變化恰與勢能的基本特征一致。本特征一致。WG =mgh1-mgh2我們把物理量我們把物理量mghmgh叫做物體的重力勢能叫做物體的重力勢能 1 1、定義：、定義：物體的重力勢能等于它所受重力與所物體的重力勢能等于它所受重力與所處高度的乘積處高度的乘積說明：重力勢能是說明：重力勢能是標(biāo)量標(biāo)量,狀態(tài)量狀態(tài)量單位：焦耳，單位：焦耳，1J=1kgms-2m=1Nm重力勢能的變化：重力勢能的變化：E EP P=mgh=mgh2 2-mgh-mgh1 1 Ep=mgh m m 物體的質(zhì)量，單位：千克（物體的質(zhì)量，單位：千克（kgkg）EpEp 物體的重力勢能，單位：焦（物體的重力勢能，單位：焦（J J）g g 重力加速度，單位：米秒重力加速度，單位：米秒2 2（m ms s2 2）h h 物體的高度，單位：米（物體的高度，單位：米（m m）2 2、重力勢能和重力做功重力勢能和重力做功的關(guān)系的關(guān)系 WG =mgh1-mgh2 =E Ep p1 1-E-Ep p2 2 =EpE EP1P1=mgh=mgh1 1表示初位置的重力勢能表示初位置的重力勢能E EP2P2=mgh=mgh2 2表示末位置的重力勢能表示末位置的重力勢能W WG G0 E0 EP1P1EEP2P2重力做正功重力勢能減小重力做正功重力勢能減小W WG G0 E0 EP1P1EEP2P2重力做負(fù)功重力勢能增加重力做負(fù)功重力勢能增加WG =Ep1-Ep2 重力做功重力做功WG(正、負(fù)）正、負(fù)）重力勢能重力勢能EP（增加、減少）（增加、減少）重力做功和重力重力做功和重力勢能變化的關(guān)系勢能變化的關(guān)系物體物體上升上升物體物體下降下降正正負(fù)負(fù)減少減少增加增加重力做的功重力做的功等于等于重力勢能的減少重力勢能的減少物體克服重力物體克服重力做的功做的功等于等于重重力勢能的增加力勢能的增加14高度高度h h是相對于誰的呢？是相對于誰的呢？選取不同的參考平面，重力勢能的數(shù)值不同的選取不同的參考平面，重力勢能的數(shù)值不同的（相對性）（相對性）。通常選擇地面為參考平面。通常選擇地面為參考平面。重力勢能總是相對于某個水平面來說的，這個重力勢能總是相對于某個水平面來說的，這個水平面叫水平面叫參考平面參考平面在參考平面上，物體的重力勢在參考平面上，物體的重力勢能取做能取做0.0.對選定的參考平面而言，對選定的參考平面而言，上方上方物體的高度物體的高度是正值，重力勢能也是是正值，重力勢能也是正正值；值；下方下方物體的物體的高度是負(fù)值，重力勢能也是高度是負(fù)值，重力勢能也是負(fù)負(fù)值。重力勢值。重力勢能為負(fù)，表示物體在這個位置具有的重力能為負(fù)，表示物體在這個位置具有的重力勢能比在參考平面上具有的重力勢能少。勢能比在參考平面上具有的重力勢能少。重力勢能的正負(fù)表示大小重力勢能的正負(fù)表示大小重力勢能重力勢能：3J 5Jh1h2AB例：例：如圖，質(zhì)量如圖，質(zhì)量0.5kg0.5kg的小球，從桌面以上的小球，從桌面以上h h1 1=1.2m=1.2m的的A A點落到地面的點落到地面的B B點，桌面高點，桌面高h(yuǎn) h2 2=0.8m=0.8m請按要求填寫下表請按要求填寫下表(g=10m/s(g=10m/s2 2)參考參考平面平面小球在小球在A點重力勢點重力勢能能小球在小球在B點重力勢點重力勢能能下落過程下落過程小球重力小球重力做功做功下落過程小下落過程小球重力勢能球重力勢能變化變化桌面桌面地面地面6J-4J10J010J10J減少10J減少10J選取不同的參考平面選取不同的參考平面,物體的重力勢能的數(shù)值不同物體的重力勢能的數(shù)值不同對一個確定的過程，對一個確定的過程，WG和和EP與參考面的選擇無與參考面的選擇無關(guān)關(guān)當(dāng)然不能，因為此時這個能量不能表示物體重力做功的實際情況當(dāng)摩擦力對物體做功時，我們能不能定義有一個摩擦力勢能存在呢?為什么?不行，摩擦力做功與路徑有關(guān)。五、如何理解重力勢能是物體與地球這個五、如何理解重力勢能是物體與地球這個“系統(tǒng)系統(tǒng)”所共有的所共有的 總結(jié)：物體重力勢能與重力有關(guān)，而重力是地球與物體間的總結(jié)：物體重力勢能與重力有關(guān)，而重力是地球與物體間的相互作用力，若離開了地球，就談不上重力，所以，重力勢相互作用力，若離開了地球，就談不上重力，所以，重力勢能是物體與地球所組成的能是物體與地球所組成的“系統(tǒng)系統(tǒng)”所共有的。所共有的。一、重力做功：與起點和終點的位置有關(guān)一、重力做功：與起點和終點的位置有關(guān)與物體的路徑無關(guān)與物體的路徑無關(guān) 二、重力勢能：物體的重力勢能等于它所受二、重力勢能：物體的重力勢能等于它所受的重力和所處高度的乘積的重力和所處高度的乘積 三、重力勢能的相對性三、重力勢能的相對性 重力勢能與參考平面的選取有關(guān)但重力勢重力勢能與參考平面的選取有關(guān)但重力勢能的變化量與參考平面的選取無關(guān)能的變化量與參考平面的選取無關(guān) 四、重力勢能的系統(tǒng)性四、重力勢能的系統(tǒng)性 勢能是物體和地球所共有的勢能是物體和地球所共有的 1、沿著高度相同，坡度不同，粗糙程度也不同的斜面、沿著高度相同，坡度不同，粗糙程度也不同的斜面將同一物體分別從低端拉到頂端，下列說法正確的是將同一物體分別從低端拉到頂端，下列說法正確的是（）A、沿坡度小的斜面運(yùn)動時物體克服重力做功多、沿坡度小的斜面運(yùn)動時物體克服重力做功多B、沿坡度大，粗糙程度大的斜面運(yùn)動物體克服重力做、沿坡度大，粗糙程度大的斜面運(yùn)動物體克服重力做功多功多C、沿坡度小，粗糙程度大的斜面運(yùn)動物體克服重力做、沿坡度小，粗糙程度大的斜面運(yùn)動物體克服重力做功多功多D、不管沿什么樣的斜面運(yùn)動，物體克服重力做功相同，、不管沿什么樣的斜面運(yùn)動，物體克服重力做功相同，物體增加的重力勢能也相同。物體增加的重力勢能也相同。D2、關(guān)于重力做功和物體的重力勢能，下列說法、關(guān)于重力做功和物體的重力勢能，下列說法正確的是：正確的是：A、當(dāng)重力對物體做正功時，物體的重力勢能當(dāng)重力對物體做正功時，物體的重力勢能一定減少；一定減少；B、物體克服重力做功時，物體的重力勢能一物體克服重力做功時，物體的重力勢能一定增加；定增加；C、地球上的物體的重力勢能都只有一個唯一地球上的物體的重力勢能都只有一個唯一確定的值；確定的值；D、重力做功的多少與參考平面的選取無關(guān)。重力做功的多少與參考平面的選取無關(guān)。ABDABD3一個實心鐵球和一個實心木球質(zhì)量相等，將一個實心鐵球和一個實心木球質(zhì)量相等，將它們放在同一水平地面上，下列結(jié)論中正確它們放在同一水平地面上，下列結(jié)論中正確的是的是A鐵球的重力勢能大于木球的重力勢能鐵球的重力勢能大于木球的重力勢能B鐵球的重力勢能小于木球的重力勢能鐵球的重力勢能小于木球的重力勢能C鐵球的重力勢能等于木球的重力勢能鐵球的重力勢能等于木球的重力勢能D上述三種情況都有可能上述三種情況都有可能B B4 4、一質(zhì)量為一質(zhì)量為5kg5kg的小球從的小球從5m5m高處下落高處下落,碰撞地面后彈起碰撞地面后彈起,每次彈起的高度比下落高度低每次彈起的高度比下落高度低1m,1m,求求:小球從下落到停在小球從下落到停在地面的過程中重力一共做了多少功地面的過程中重力一共做了多少功?重力重力勢能怎么變？勢能怎么變？(g=9.8m/s(g=9.8m/s2 2)解解:小球下落高度為小球下落高度為5m5mJJ重力做功與路徑無關(guān)重力做功與路徑無關(guān)5 5、如圖所示，有一段長、如圖所示，有一段長1.8 m1.8 m，質(zhì)量為，質(zhì)量為2.4 kg2.4 kg的鏈條，放在高的鏈條，放在高1.0 m1.0 m的水平桌面上，有的水平桌面上，有 吊在吊在桌面邊緣，以地面為零勢能參考平面，計算鏈桌面邊緣，以地面為零勢能參考平面，計算鏈條的重力勢能條的重力勢能.（g g取取9.8 m/s29.8 m/s2）解析：由于鏈條不在同一水平面內(nèi)，解析：由于鏈條不在同一水平面內(nèi)，計算重力勢能要將鏈條分為兩段：計算重力勢能要將鏈條分為兩段：2/32/3在桌面上，其重力勢能為：在桌面上，其重力勢能為：E Ep1p1=m=m1 1ghgh1 1=2.4101.0 J=16 J2.4101.0 J=16 J 1/31/3吊在桌邊，其重心高度吊在桌邊，其重心高度h h2 2=1.0-0.3 m=0.7 m=1.0-0.3 m=0.7 m，則則EpEp2 2=m=m2 2ghgh2 2=2.4100.7 J=5.6 J=2.4100.7 J=5.6 J，所以所以EpEp=16+5.6 J=21.6 J.=16+5.6 J=21.6 J.解析：設(shè)鏈子兩端分別為甲、乙，鏈子的重心距甲端x m，距乙端y m，則x+y=1 m提甲端，重心需提高y m，W甲=mgy=10 J提乙端，重心需提高x m，W乙=mgx所以W甲+W乙=mg（x+y）=301 J=30 J所以W乙=20 J答案：206 6盤在地面上的一根不均勻的金屬鏈重盤在地面上的一根不均勻的金屬鏈重30 N30 N，長，長1 m1 m，從，從甲端緩慢提起至乙端恰好離地面時需做功甲端緩慢提起至乙端恰好離地面時需做功10 J10 J，如果改從，如果改從乙端提起至甲端恰好離地面需做功乙端提起至甲端恰好離地面需做功 J J （g g取取10 m/s210 m/s2）