高中物理《重力势能》教案5 新人教版必修2

用心 爱心 专心1 7 7 5 5 重力势能重力势能 一 教学目标 1 知道重力势能的定义 理解重力势能的计算公式 知道重力势能是标量 单位是焦耳 2 理解重力做功与重力势能的关系 3 知道重力势能的值是相对的 理解重力势能正负的含义 4 了解弹性势能 知道弹簧的弹性势能的决定因素 5 从能的转化角度和功能关系来解释和分析物理现象 二 重点 难点 疑点及解决办法 1 重点 重力势能大小的确定 2 难点 重力势能的相对性的理解 参考平面的选择方法 3 疑点 如何理解重力对物体做功等于物体重力势能增量的负值 4 教学方法 1 演绎推导物体重力势能的定义表达方式 2 类比分析 举例释疑 三 教具学具准备 弹簧 铁球 木球 玻璃缸 细沙 长木板 木块 四 教学步骤 引入新课 介绍 俄罗斯 和平号 空间站于 2001 年 3 月 23 日北京时间 14 时 0 分 12 秒所有残片都已成功安全地坠 入预定的南太平洋海域 坠毁过程极为壮观美丽 137 吨的庞然大物分解燃烧 天空中出一条条长长的金色轨 迹 这是一个完美的告别 和平号 的 15 年风雨历程将成为人类永恒的记忆 和平号 的功绩将永载史册 现提问 和平号 空间站坠落时 为什么会燃烧 碎片燃烧时 温度可达 3000 其能量由什么能量转化而来 讲授新课 1 重力势能 l 定义 物体由于被举高而具有的能量 演示实验 用木球和铁球先后从同一高度处自由下落 落入玻璃缸中的细沙中 观察到什么现象 这说明 了什么 铁球深入细砂中的距离比木球要长 这说明 质量大的物体在相同的高度时 重力势能大 克服细 砂阻力做功要多 用铁球在不同的高度处自由下落 先后落入玻璃缸中的细砂里 观察到什么现象 这又说明了什么 铁 球在比较高的地方落下来 深入砂中的距离也比较长 这说明 同一个物体在比较高的地方重力势能较大 克 服细砂阻力做功要多 综上所述 物体的重力势能的大小与物体的质量和物体所处的高度有关 现在来推导重力势能的定量表达式 投球的质量为m 从高度为的A点下落到高 1 h 度为的B点 如图所示 重力所做的功为 2 h 21 mghmghhmgWG 2 重力势能的表述式 物体的重力势能等于物体的重量和它的高度的乘积 重力势能是标量 mghEp 也是状态量 其单位为 J 2 重力做功的特点 1 重力做功与路径无关 只与物体的始末位置的高度差和重力大小有关 2 重力做功的大小WG mg h h为始末位置的高度差 3 重力做正功 物体重力势能减少 重力做负功 物体重力势能增加 用心 爱心 专心2 例1 沿着高度相同 坡度不同 粗糙程度也不同的斜面向上拉同一物体到顶端 以下说法中正确的是 A 沿坡度小 长度大的斜面上升克服重力做的功多 B 沿长度大 粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功 多 C 沿坡度大 粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功少 D 上述几种情况重力做功同样多 解析 重力做功的特点是 重力做功与物体运动的具体路径无关 只与初末位置物体的高度差有关 不论 是光滑路径或粗糙路径 也不论是直线运动还是曲线运动 只要初末位置的高度差相同 重力做功就相同 因 此 不论坡度大小 长度大小及粗糙程度如何 只要高度差相同 克服重力做的功就一样多 故选D 例2 一质量为5kg的小球从5m高处下落 碰撞地面后弹起 每次弹起的高度比下落高度低1m 求 小球从下落到 停在地面的过程中重力一共做了多少功 g 9 8m s2 解析 小球下落高度为5m 重力做功与路径无关 JJmghWG24558 95 3 重力势能的理解 1 重力势能具有系统性 由物体和地球的相对位置所决定的能叫重力势能 它是物体和地球共有的 2 重力势能具有相对性 重力势能Ep mgh式中h是物体到参考平面的高度 参考平面的选取会影响重力势 能的值 在参考平面内 物体的重力势能为零 在参考平面上方的物体 重力势能为正值 在参考平面下方的 物体 重力势能为负值 3 重力势能变化具有绝对性 尽管重力势能的大小与参考平面的选择有关 但重力势能的变化量都与参考 平面的选择无关 这体现了它的不变性 绝对性 4 重力势能是标量 但有正负 且正负能反映和比较重力势能的大小 3 弹性势能 演示实验 把水平放置的轻弹簧一端固定 另一端系一木块 压 或拉 木块 使弹簧缩短 或伸长 再 释放木块 让弹簧的作用力带动木块在水平面上运动 可知 发生弹性形变的物体能对外界做功 因而具有能量 这种能量就叫弹性势能 它存在于发生弹性形 变的物体之中 举出除弹簧以外的弹性势能存在的实例 弹性势能的大小 与物体的性质 如劲度系数 和形变量有关 可用实验演示弹簧形变量越大对外界做功 可越多来说明 势能又叫位能 它是由相互作用的物体的相对位置决定 机械运动中的势能是重力势能和弹性势能的统 称 同步检测 1 关于重力势能的理解 下列说法正确的是 A 重力势能是一个定值 B 当重力对物体做正功时 物体的重力势能减少 C 放在地面上的物体 它的重力势能一定等于0 D 重力势能是物体和地球共有的 而不是物体单独具有的 2 以下说法中 正确的是 A 重力势能大的物体 离地面高度大 B 重力势能大的物体 所受重力一定大 C 重力势能大的物体 质量不一定大 D 重力势能大的物体 速度不一定大 3 质量相同的实心木球和铜球 放在同一水平桌面上 则它们的重力势能是 A 木球大 B 铜球大 C 一样大 D 不能比较 4 以下叙述中正确的是 A 重力对物体做功越多 物体的重力势能越少 B 物体克服重力做功越多 物体的重力势能越少 C 重力对物体不做功 物体的重力势能一定为零 D 物体没克服重力做功 物体的重力势能不一定为 零 5 如图 2 4 2 所示 桌面离地高为 h 质量为 m 的小球从离桌面高为 H 处自由下落 不计空气阻力 假设桌面 为零势能的参考平面 则小球在图示位置处的重力势能 2 4 2 用心 爱心 专心3 A mgh B mgH C mg H h D mg H h 6 物体在运动过程中 克服重力做功50J 则 A 重力做功为50JB 物体的重力势能一定增加50J C 物体的重力势能一定减小50JD 重力做功为 50J 7 用起重机将质量为m的物体匀速地吊起一段距离 那么作用在物体上各力的做功情况应该是下面的哪种说法 A 重力做正功 拉力做负功 合力做功为零 B 重力做负功 拉力做正功 合力做正功 C 重力做负功 拉力做正功 合力做功为零 D 重力不做功 拉力做正功 合力做正功 8 井深8m 井上支架高为2m 在支架上用一根3m长的绳子系住一个重100N的物体 则物体的重力势能是 以地面 为参考平面 A 100JB 700JC 100JD 无法确定 9 甲 乙两物体 从很高的同一处自由下落 2s 重力做功之比 对地面的重力势能之比 乙乙 mm5 10 如图2 4 3所示 质量为m的物体 放于水平面上 物体上竖直固定一长度为l 劲度系数为h的轻质弹簧 现 用手拉住弹簧上端P缓慢向上提 使物体离开地面上升一段距离在这一过程中 若P端上移的距离为H 求物体重 力势能的增加量 同步检测答案同步检测答案 1 BD 2 CD 3 A 4 AD 5 B 6 BD 7 C 8 C 9 5 1 5 1 10 k mg Hmg 背景知识与课外阅读 用能量最低原理求解两例物理题 高中化学中讲到 能量最低原理 在不违背泡利原理的情况下 核外电子总是尽先安排布在能量最低的轨 道上 电子在该轨道上 处于稳定状态 其实 能量最低原理也适用于物体系物体系的稳定状态与系统的势能 有关 势能越小则状态越稳定 物体系在不受外力的情况下 总处在势能最小的状态 即稳定状态 下面利用 能量最低原理 求解两例物理题 例 例 1 1 一质量均匀不可伸长的绳索 重为 G A B两端固定在天花板上 如图所示 今在最低点C施 加一竖直向下的力将绳拉至D点 在此过程中 绳索AB的重心位置 A 逐渐升高 B 逐渐降低 C 先降低后升高 D 始终不变 解析 由能量最低原理知 物体在静止情况下 总处于能量最低状态 即稳定状态 该状态下重力势能最 小 故施力F后 细绳重心上升 故选答案 A 例 例 2 2 如图所示 容器A B中各有一个可自由移动的轻活塞 活塞下面是水 大气压恒定 A B底部 由带阀门K的管道相连 整个装置与外界绝热 原先A中的水面比B中的高 打开阀门 使A中的水逐渐向B 中流 在这个过程中 A 大气压力对水做