物理高一教科版必修2学案第4章3势能

3势能学习目标重点难点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.重点：1．重力做功的特点、重力势能及其相对性．2．重力做功与重力势能变化的关系．难点：重力势能的相对性及其正、负.1．重力做功（1）特点：只跟物体运动的起点和终点的位置有关，而跟物体运动的路径无关．（2）表达式：WG＝mg（h1－h2）＝mgh.2．重力势能（1）定义：物体由于被举高而具有的能量．（2）大小：等于它所受重力与所处高度的乘积，表达式为Ep＝mgh.（3）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）（4）系统性：重力势能是地球与物体所组成的系统共有的．3．重力做功与重力势能变化的关系（1）表达式：WG＝mgh1－mgh2.（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，重力势能增加，即WG＜0，Ep1＜Ep2.重力做负功也叫做物体克服重力做功．4．弹性势能物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能．物体的形变越大，弹性势能越大．一、重力势能的理解1．为什么说重力势能具有相对性？什么是参考平面？参考平面的选择是唯一确定的吗？答案：重力势能总是相对于某个水平面来说的，这个水平面叫参考平面．参考平面选取不同，重力势能的数值就不同．可见，重力势能具有相对性．参考面的选择具有任意性，选择哪个水平面作为参考平面，可视具体情况而定，通常选择地面作为参考平面．2．重力势能的负值是怎么来的？Ep1＝－3J和Ep2＝－5J哪个表示的势能大？不同参考平面下两个势能值可以比较大小吗？答案：（1）重力势能的负值来源于零势能参考平面的选择，当物体位于参考平面下方时，其势能即为负值．（2）重力势能为标量，有正负，正负可以表示大小，Ep1＝－3J大于Ep2＝－5J.（3）重力势能具有相对性，同一物体位于同一位置，若选择不同的零势能参考平面，物体的势能也不相同，因此不同参考平面下不能比较重力势能的大小．关于重力势能的说法，正确的是（）．A．重力势能等于零的物体，不能对别的物体做功B．重力势能是地球和物体共有的，而不是物体单独具有的C．在同一高度的质量相同的物体，虽然参考平面选取不同，但重力势能一定相等D．在地面上的物体，它具有的重力势能一定等于零答案：B解析：重力势能是由物体和地球的相对位置决定的能，由地球和物体所共有，故选项B正确；由于重力势能具有相对性，其大小与参考平面的选取有关，所以重力势能等于零并不等于没有对外做功的本领，只是表明物体的重心位于参考平面上，故选项A、C错误；只有选地面为参考平面时，地面上的物体重力势能才等于零，故选项D错误．1．相对性：因为Ep＝mgh，高度h的相对性决定了重力势能具有相对性，例如计算放在桌子上的物体具有多大的重力势能时，可能有不同的结果．如图所示，若选择桌面为参考面，物体的重力势能为0，选择地面为参考面，物体的重力势能为正值，选择桌面上方的某一高度为参考面，物体的重力势能为负值．2．系统性：重力是地球与物体相互吸引引起的，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．3．重力势能是标量：物体的重力势能为负值表示物体的重力势能比在参考面上时具有的重力势能要少，这跟用正负表示温度高低是相似的．二、重力做功与重力势能的区别和联系如图所示，如果重力的功与路径有关，即对应于同样的起点和终点，重力对同一物体所做的功随物体运动路径的不同而不同，我们还能把mgh叫做物体的重力势能吗？为什么？如果重力做功与路径有关，还能把mgh叫做重力势能吗？答案：如果重力做的功与路径有关，物体从同样的起点沿不同的路径运动到同样的终点，重力做的功不同，物体在终点位置具有的能量不同，就不能把mgh叫做物体的重力势能了．如图所示，桌面距地面0.8m，一物体质量为2kg放在距桌面0.4m的支架上．（取g=9.8m/s2）（1）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过程中，重力势能变化了多少？（2）以桌面为参考平面，计算物体具有的重力势能，并计算物体由支架下落到桌面过程中，重力势能变化了多少？答案：（1）23.52J7.84J（2）7.84J7.84J解析：（1）以地面为参考平面：h=1.2m，则：Ep=mgh=2×9.8×1.2J=23.52J，ΔEp=mgΔh=2×9.8×（0.40）J=7.84J.（2）以桌面为参考平面：h=0.4m，则：Ep=mgh=2×9.8×0.4J=7.84J，ΔEp=mgΔh=2×9.8×（0.40）J=7.84J.提示：（1）重力做功是重力势能变化的原因，重力做的功与重力势能的变化量为等值关系，两者均与参考平面的选择无关．（2）重力势能的变化只取决于物体的重力做功的情况，与物体除重力外是否还受其他力作用以及除重力做功外是否还有其他力做功等因素均无关．三、弹性势能的理解弹弓是一种儿童玩具，也是一种兵器，它是由两根橡皮条和一个木叉制成的．拉伸橡皮条的过程中人对橡皮条做功，使其具有一定的弹性势能，放手后橡皮条的弹力做功，将储存的弹性势能转化为石子的动能，使石子以较大的速度飞出，具有一定的杀伤力．要想将石子射得更远些，应把橡皮条拉长些还是拉短些呢？为什么？答案：应把橡皮条拉长些，因橡皮条拉得越长，人克服弹力做功越多，橡皮条具有的弹性势能越多，放手后，橡皮条的弹性势能转化为石子的动能越大，石子就射得更远．关于弹簧的弹性势能，下列说法中正确的是（）．A．当弹簧变长时，它的弹性势能一定增大B．当弹簧变短时，它的弹性势能一定变小C．在拉伸长度相同时，劲度系数k越大的弹簧，它的弹性势能越大D．弹簧在拉伸时的弹性势能一定大于压缩时的弹性势能答案：C解析：弹簧弹性势能的大小，除了跟劲度系数k有关外，还跟它的形变量（拉伸或压缩的长度）有关．如果弹簧原来处于压缩状态，当它变长时，它的弹性势能应该先减小，在原长处它的弹性势能最小，所以A、B、D均错误．1．弹性势能的产生原因：（1）物体发生了弹性形变；（2）各部分间的弹力作用．2．弹性势能的影响因素：（1）弹簧的形变量x；（2）弹簧的劲度系数k.3．弹性势能与弹力做功的关系如图所示，O为弹簧的原长处．（1）弹力做负功时：如物体由O向A运动（压缩）或者由O向A′运动（伸长）时，弹性势能增大，其他形式的能转化为弹性势能．（2）弹力做正功时：如物体由A向O运动，或者由A′向O运动时，弹性势能减小，弹性势能转化为其他形式的能．（3）弹力做功与弹性势能变化的关系为W弹＝－ΔEp.1．关于重力势能，下列说法正确的是（）．A．重力势能只由重物决定B．重力势能不能有负值C．重力势能是相对的D．放在地面上的物体重力势能一定为零答案：C解析：重力势能由重力和高度共同决定，不能说只由重物决定，A错；重力势能虽然是标量，但是有正、负之分，B错；重力势能是相对的，是相对零参考面而言的，C正确；重力势能的零参考面的选取是任意的，如果不选地面为零参考面，那么物体的重力势能就不为零，D错．2．如图所示，在竖直平面内，将一物体沿三种不同的路径自A移动至B.已知路径①表示沿直线移动，路径②表示沿曲线移动，路径③表示沿折线A→C→B移动，重力所做的功分别记为W1、W2、W3，则（）．A．W1＝W2＝W3B．W1＜W2＜W3C．W1＞W2＞W3D．W1＝W3＜W2答案：A解析：根据重力做功特点，重力做功与路径无关，由初、末位置的高度差决定，所以W1＝W2＝W3，A项正确．3．甲、乙两个物体位置如图所示，若取桌面为零势能面，其重力势能分别为Ep1、Ep2，则有（）．A．Ep1＞Ep2B．Ep1＜Ep2C．Ep1＝Ep2D．无法判断答案：A解析：以桌面为零势面，物体位于桌面上时，势能为0，Ep1＝0，物体在地面上时，处于参考面下方，重力势能为负值，Ep2＝－mgh＜0.4．如图所示，在光滑水平面上有一物体，它的左端连一弹簧，弹簧的另一端固定在墙上，在力F作用下物体处于静止状态，当撤去F后，物体将向右运动．在物体向右运动的过程中，下列说法正确的是（）．A．弹簧的弹性势能逐渐减小B．弹簧的弹性势能逐渐增大C．弹簧的弹性势能先增大后减小D．弹簧的弹性势能先减小后增大答案：D解析：弹簧开始处于压缩状态，物体向右运动的过程中弹簧的形变量先变小后变大，所以弹簧的弹性势能先减小后增大．5．质量为3kg的物体放在高4m的平台上，求：（g取10m/s2）（1）物体相对于平台表面的重力势能是多少？（2）物体相对于地面的重力势能是多少？（3）物体从平台落到地面上，重力势能变化了多少？重力做的功是多少？答案：（1）0（2）120J（3）－120J120J解析：（1）物体相对于平台表面