新教材同步系列2024春高中物理第八章机械能守恒定律2重力势能课件新人教版必修第二册

第八章机械能守恒定律2重力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．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2．通过归纳和比较，了解和认识各种势能(也叫位能)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好基础知识导图课前·

自主预习1．特点物体运动时，重力对它做的功只跟它的_______和_______位置有关，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．重力做的功起点终点路径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】D【解析】将物体由A移至B，重力做功只与物体初、末位置高度差有关，A、B、C错误，D正确．1．定义物体所受的________与它所处位置的________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”).重力势能重力势能的相对性重力高度mgh焦耳标量4．重力做功与重力势能变化的关系(1)表达式：WG＝Ep1－Ep2＝－ΔEp.(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，重力势能_______，即WG＜0，Ep1＜Ep2.重力做负功也叫作_______________．正功减少增加克服重力做功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，物体的重力势能取为______．(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高度是正值，重力势能也是_______；参考平面下方物体的高度是负值，重力势能也是_______.(4)两定点的重力势能差不随参考平面的改变而发生变化．水平面0不同正值负值(2021年娄星区名校期中)如图，质量0.5kg的小球，从桌面以上h1＝1.2m的A点落到地面的B点，桌面高h2＝0.8m．若以桌面所处平面为零势能面．g取10m/s2，求：(1)小球在A、B点时的重力势能；(2)小球下落过程中重力做的功.【答案】(1)6J－4J

(2)10J【解析】(1)小球在A点的重力势能为Ep1＝mgh1＝0.5×10×1.2J＝6J，小球在B点的重力势能为Ep2＝－mgh2＝－0.5×10×0.8J＝－4J.(2)重力做的功为W＝mg(h1＋h2)＝0.5×10×(1.2＋0.8)J＝10J.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．影响因素弹性势能的大小跟________的大小有关，如弹簧被_______或_______的长度，还和弹簧的___________有关．弹性势能弹力形变拉伸压缩劲度系数下列与弹簧具有的弹性势能无关的因素是 (

)A．弹簧的质量 B．弹簧的伸长量C．弹簧的压缩量 D．弹簧的劲度系数【答案】A【解析】弹簧由于发生弹性形变而具有的能量叫弹性势能．影响弹簧的弹性势能的因素有弹簧的劲度系数、弹簧的伸长量或压缩量．在弹性限度内，弹簧的伸长量或压缩量越大，弹簧的劲度系数越大，则具有的弹性势能越大．可知与弹簧具有的弹性势能无关的因素是弹簧的质量，本题选择弹性势能无关的因素，故选A．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大小和在重力方向上位移的大小，即竖直方向的高度差决定，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？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．关于重力的做功情况，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做抛物线运动时，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．重力势能的相对性、标矢性和系统性重力势能的相对性性质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(图中未画出)上．(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？解：(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为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为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为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为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)＝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．核心素养应用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．科学思维——绳、链条等物体的重力势能问题【答案】见解析小练·

随堂巩固1．如图所示，某物块分别沿三条不同的轨道由离地面高h的A点滑到同一水平面上，轨道1、2是光滑的，轨道3是粗糙的，则 (

)A．沿轨道1滑下重力做的功多B．沿轨道2滑下重力做的功多C．沿轨道3滑下重力做的功多D．沿三条轨道滑下重力做的功一样多【答案】D【解析】重力做功与路径无关，取决于初、末位置高度差h，故D正确．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，弹力不做功D．若用与弹簧原长相等的细绳代替弹簧后，重力做正功，弹力做负功【答案】C【解析】用细绳拴住重物向下摆动时重力做正功，弹力不做功，C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，且做功多，所以A、B、D错误．4．如图所示，摆球质量为m，悬线的长为L，把悬线拉到水平位置后放手．设在摆球从A点运动到B点的过程中空气阻力f的大小不变，则下列说法正确的是

(

)A．重力做功为mgLB．悬线拉力做负功C．空气阻力做功为－fLD．空气阻力f做功为－πfL【答案】A5．(多选)(2023年江门二中期中)如图，质量为m＝1kg的小球，从A点下落到地面上的B点，h1为1.2m，桌面高h2为0.8m，重力加速度g取10m/s2.下列说法正确的是

(

)A．以地面为参考平面，小球在A点的重力势能为20JB．以桌面为参考平面，小球在B点的重力势能为8JC．以桌面为参考平面，从A点到B点的过程中，重力势能的改变量为－8JD．从A点到B点的过程中，重力势能的减少量一定为20J，与参考平面无关【答案】AD【解析】

以地面为参考平面，小球在A点的重力势能为Ep＝mg(h1＋h2)＝20J，故A正确；以桌面为参考平面