新教材同步系列2024春高中物理第四章机械能及其守恒定律第四节势能课件粤教版必修第二册

第四章机械能及其守恒定律第四节势能学习目标学法指导1．知道重力做功与路径无关的特点2．掌握重力势能的概念，理解重力势能的相对性3．了解弹性势能的概念1．复习初中学过的重力势能的相关内容，掌握重力势能的概念及重力势能大小的决定因素(定性结论)2．通过实例分析，认识重力做功的特点及重力势能的相对性，掌握重力做功与重力势能变化的关系3．通过归纳和比较，了解和认识各种势能的共同特征——与相互作用的物体的相对位置有关，为以后学习其他势能打基础知识导图课前·自主预习1．特点：只跟物体运动的__________和__________有关，而跟物体运动的______无关．2．表达式：WG＝________＝__________，其中h1、h2分别表示物体起点和终点的高度．重力做功初、末位置物体质量路径mgΔhmg(h1－h2)将一个物体由A移至B，重力做功

(

)A．与运动过程中是否存在阻力有关B．与物体沿直线或曲线运动有关C．与物体是做加速、减速或匀速运动有关D．与物体初、末位置高度差有关【答案】D1．定义：物体所受的______与物体所在________的乘积叫作物体的重力势能．2．表达式：Ep＝________．3．单位：______，与功的单位相同．重力势能是______(填“标量”或“矢量”)．4．重力做功与重力势能变化的关系(1)表达式：WG＝Ep1－Ep2＝－ΔEp．重力势能的相对性重力高度mgh焦耳标量(2)两种情况：①当物体从高处运动到低处时，重力做______，重力势能______，即WG＞0，Ep1＞Ep2．②当物体由低处运动到高处时，重力做负功，________________，即WG＜0，Ep1＜Ep2．重力做负功也叫作____________．5．重力势能的相对性(1)参考平面：物体的重力势能总是相对于某一__________来说的，在参考平面上，物体的重力势能取作_____．正功减小重力势能增大克服重力做功水平面0(2)相对性：选择不同的参考平面，物体重力势能的数值________(填“相同”或“不同”)．(3)正负的含义：参考平面上方物体的重力势能是________，参考平面下方物体的重力势能是________．(4)两位置的重力势能差不随参考平面的改变而发生变化．不同正值负值甲、乙两个可视为质点的物体的位置如图所示，甲在桌面上，乙在地面上，质量关系为m甲<m乙，若取桌面为零势能面，甲、乙的重力势能分别为Ep1、Ep2，则

(

)A．Ep1>Ep2 B．Ep1<Ep2C．Ep1＝Ep2

D．无法判断【答案】A

【解析】取桌面为零势能面，则Ep1＝0，物体乙在桌面以下，则Ep2<0，所以Ep1>Ep2，A正确，B、C、D错误．1．定义：发生弹性形变的物体的各部分之间，由于有________的相互作用而具有的势能．2．决定因素：弹性势能的大小决定于弹簧被________或________的长度，还和弹簧的__________有关．弹性势能弹力拉伸压缩劲度系数判断正误．(1)发生弹性形变的物体不一定具有弹性势能．

(

)(2)弹簧弹力做正功时，弹性势能增加．

(

)【答案】(1)×

(2)×课堂·重难探究1．重力所做的功跟物体的运动路径无关，跟物体初位置和末位置的高度差有关．2．重力是恒力，大小不变，方向总是竖直向下．根据恒力做功的公式可知，重力做功的多少由重力多少和重力方向上位移的大小，即竖直方向的高度差决定，与其他因素无关，只与起点和终点的位置有关，与沿什么路径无关．重力做功的特点例1

(2023年广州六中月考)如图所示，假设某跳高运动员质量为60kg，身高为1.8m，在某次背越式跳高中跳过2.1m高的横杆而平落在垫子上，落垫时运动员的重心离地高度为60cm．g取10m/s2，求：(1)上升阶段运动员至少要克服重力做多少功？(2)下降阶段重力做了多少功？【答案】(1)720J

(2)900J【解析】(1)上升阶段，重心升高的距离约为克服重力做功W1＝mgh1＝720J．(2)下降阶段，重心下降距离h2＝2.1m－0.6m＝1.5m，重力做功W2＝mgh2＝900J．变式1

(2023年广州执信中学期中)如图所示，一物体从A点出发，分别沿粗糙斜面AB和光滑斜面AC下滑及斜向上抛出，运动后到达同一水平面上的B、C、D三点．关于重力做功的情况，下列说法正确的是

(

)A．沿AB面滑下时，重力做功最多B．沿AC面滑下时，重力做功最多C．沿AD抛物线运动时，重力做功最多D．三种情况下运动时，重力做的功相等【答案】D

【解析】由于重力做功与路径无关，只与初、末位置的高度差有关，故三种情况下运动时，重力做的功相等，均为WG＝mgh，D正确．1．重力做功与路径无关，只与初、末位置的高度差有关．2．重力做功与有无其他力无关．重力势能的相对性、标矢性和系统性重力势能的相对性项目重力势能相对性重力势能总是相对选定的参考面而言的(该平面通常称为零势能面)标矢性属于标量．重力势能为mgh，其正、负表示重力势能大小．物体在参考平面上方时，重力势能为正值；在参考平面下方时，重力势能为负值系统性重力势能是物体与地球所组成的系统共有的例2

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高的支架上(图上未画出)．(g取10m/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的过程中，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的过程中，重力势能变化了多少？【答案】(1)24J减少了8J

(2)8J减少了8J【解析】(1)以地面为参考平面，物体的高度h1＝(0.4＋0.8)m＝1.2m，因而物体具有的重力势能Ep1＝mgh1＝2×10×1.2J＝24J．物体落至桌面时，重力势能Ep2＝mgh2＝2×10×0.8J＝16J．物体重力势能的变化量ΔEp＝Ep2－Ep1＝16J－24J＝－8J，即重力势能减少了8J．(2)以桌面为参考平面，物体距参考平面的高度h1′＝0.4m，因而物体具有的重力势能Ep1′＝mgh1′＝2×10×0.4J＝8J．物体落至桌面时，重力势能Ep2′＝0，物体重力势能的变化量ΔEp′＝Ep2′－Ep1′＝－8J，即重力势能减少了8J．变式2

(2023年华侨中学期中)广西壮族“三月三”是壮族人民的传统节日，该节日民族活动很丰富，其中抛绣球是男女青年最喜欢的项目．假设某一青年女子在楼上将绣球水平抛出，抛出点离地4.5m，绣球质量0.6kg，在离地2.0m处被一男青年抢到．重力加速度g取10m/s2，在绣球被抛出至被抢到的过程中，下列说法正确的是(

)A．重力做功15JB．重力势能增加了15JC．若以抛出点为参考平面，绣球被抢到时的重力势能为－27JD．若以地面为参考平面时，上述过程中绣球重力势能的变化量最大【答案】A

【解析】重力做功为WG＝mgh＝0.6×10×(4.5－2.0)J＝15J，A正确；重力做正功，重力势能减小，故重力势能减少了15J，B错误；若以抛出点为参考平面，绣球被抢到时的重力势能为Ep＝－mg(h－h1)＝－0.6×10×(4.5－2)J＝－15J，C错误；重力势能的变化与重力做功对应，与参考平面的选取无关，D错误．1．物体的重力势能的大小是相对的，其数值与参考平面的选取有关．2．重力势能的变化是绝对的，与参考平面的选取无关，其变化量仅由重力对物体做功的多少来决定．物体弹性势能的大小与物体的形变大小有关，在弹性限度内，同一物体发生的弹性形变越大，弹性势能越大．此外，弹性势能还与物体自身的材料和结构有关，对于形变相同的弹簧而言，劲度系数越大，弹性势能越大．探究影响物体弹性势能大小的因素例3宋代诗人苏轼的名句“会挽雕弓如满月，西北望，射天狼”中蕴含了一些物理知识．关于拉弓过程，下列说法正确的是(

)A．弓的弹性形变越大，弹性势能就越大B．弓的弹性形变越大，弹性势能就越小C．人对弓的作用力越大，弓的弹性形变越小D．人对弓的作用力越大，弹性势能就越小【答案】A

【解析】弹性势能的大小与弹簧的形变量有关，则弓的弹性形变越大，弹性势能就越大，A正确，B错误；根据胡克定律，人对弓的作用力越大，弓的弹性形变越大，弹性势能就越大，故C、D错误．变式3某同学为验证弹簧弹性势能与其形变量的平方成正比，设计了如图所示的实验装置．(1)该实验必要的操作是________．A．水平放置玻璃管B．选用内壁特别粗糙的玻璃管C．测量小钢球在空中运动的时间(2)若测得小钢球的质量为m、下落高度为h，水平射程为L，则小钢球弹出时的动能ΔEk＝________(重力加速度大小为g)．(3)该同学要通过图像研究弹簧形变量x与小钢球水平射程L的关系，则最合适的图像为________．A．L-x2 B．L-xC．L2-x【解析】(1)水平放置玻璃管，让小钢球离开玻璃管后做平抛运动，A正确；选用内壁特别光滑的玻璃管，让弹簧的弹性势能完全转化为小钢球的动能，B错误；只需要测量桌面的高度就可以利用自由落体运动的规律算出小钢球在空中运动的时间，所以不需要测量时间，C错误．核心素养应用科学思维——绳、链条等物体的重力势能问题1．重力势能的计算式是Ep＝mgh，式中h是物体重心相对参考平面的高度．2．求解绳、链条类物体的重力势能时，重心位置的确定是关键．粗细均匀、质量分布均匀的长直绳子或链条，其重心在全长的一半处．3．两种情况下重力势能的求解：(1)当绳子、链条呈直线状(水平、竖直或倾斜)放置时，Ep＝mgh中的h表示重心相对参考平面的高度．(2)当绳子、链条不以直线状(如折线状)放置时，应当分段(使其每段都是直线状)表示重力势能再求和．【答案】A

小练·随堂巩固1．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，k越大的弹簧，它的弹性势能越大D．弹性势能是弹簧和使它发生形变的物体所共有的【答案】C

【解析】当弹簧变长时，它的弹性势能不一定增大，若弹簧原本处于压缩状态时，弹簧的弹性势能减小，故A错误；若原本处于压缩状态，弹簧变短时，弹簧的弹性势能增大，故B错误；在拉伸长度相同时，k越大的弹簧弹力越大，克服做功越多，它的弹性势能越大，故C正确；弹性势能是弹簧具有的，与使它发生形变的物体无关，故D错误．2．(2023年扬州期中)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－5J变化到－3J，重力势能增加了D．地面上物体的重力势能一定等于零【答案】C

【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，－5J的重力势能小于－3J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．3．如图所示，一轻弹簧一端固定于O点，另一端系一重物，将重物从与悬点O在同一水平面且使弹簧保持原长的A点静止释放，让它自由摆下，不计空气阻力，在重物由A点摆向最低点B的过程中

(

)A．重力做正功，弹力不做功B．重力做正功，弹力做正功，弹性势能增加C．若用与弹簧原长相等的细绳代替弹簧后，重力做正功，弹力做负功D．若用与弹簧原长相等的细绳代替弹簧后，重力做正功，弹力不做功【答案】D

【解析】用细绳拴住重物向下摆动时重力做正功，弹力不做功，D正确；用弹簧拴住重物下摆时，弹簧要伸长，重物轨迹不是圆弧，弹力做负功，弹性势能增加，重力做正功，所以A、B、C错误．4．如图所示，

一条铁链长l＝1m，质量为m＝4kg，放在水平桌面上，拿住一端提起铁链直到铁链全部离开桌面的瞬间，g取10m/s2

，则

(

)A．铁链的重心位置升高了1mB．铁链克服重力做功40JC．铁链的重力势能增加了20JD．铁链的重力势能为20J【答案】C

【解析】铁链从初状态到末状态，铁链全部离开桌面的瞬间，铁链的重心上升的高度为h＝0.