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2022-2023學年高一物理人教版(2019)必修二學案:第八章 第二節 重力勢能

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2022-2023學年高一物理人教版(2019)必修二學案:第八章 第二節 重力勢能

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8.2 重力勢能
學習目標
1、認識重力做功與路徑無關的特點。
2、理解重力勢能的概念,知道重力勢能是物體和地球系統所共有的。會用重力勢能的定義式進行計算。
3、理解重力做功與重力勢能的變化的關系。
4、理解知道重力勢能具有相對性。
5、定性了解彈性勢能,知道彈力做功與彈性勢能變化的關系。
重點難點
1、理解重力做功的特點(重點)
2、對于重力勢能與彈性勢能的理解(重點)
3、重力勢能的相對性(難點)
4、重力做功和重力勢能的關系(難點)
自主探究
1、重力做的功
物體運動時,重力對它做的功只跟它的起點和終點的位置_______,而跟物體運動的路徑________。
表達式:
式中h指初位置與末位置的________,分別指初位置、末位置的高度。
2、重力勢能
1、我們把叫作物體的__________,常用表示,即
重力勢能是標量,其單位與功的單位相同,在國際單位之中都是焦耳,符號為J
1J=1kg·m·s-2·m=1N·m
2、當物體由高處運動到低處時,重力做正功,重力勢能______,即
當物體由低處運動的高處時,重力做負功,重力勢能_______,即
3、重力勢能的相對性
物體的重力勢能總是相對于某一水平面來說,這個水平面叫做_________。在這個水平面上,物體的重力勢能取為零。通常選擇地面為參考平面。
選擇不同的參考平面物體,重力勢能的數值是不同的。
4、彈性勢能
1、發生彈性形變的物體的各部分之間,由于有彈力的相互作用,也具有勢能,這種勢能叫作彈性勢能。
2、彈性勢能跟____________有關系。
3、彈簧的彈性勢能還跟彈簧的__________有關。
4、彈性勢能是由發生彈性形變的物體各部分的相對位置決定的。
探究思考
1、重力勢能的理解
1、重力勢能的正負:重力勢能是標量,正、負表示在零勢能面上方還是下方。
2、重力勢能的性質:
(1)相對性:,h是相對于零勢能面的高度。
(2)變化的絕對性:,由于初、末位置高度差與零勢能面選取無關,因此重力勢能的變化與零勢能面的選取無關。
【典例一】1、下列對重力勢能的理解正確的是( )
A.物體做勻速直線運動時,其重力勢能一定不變
B.當重力對物體做功時,該物體具有的重力勢能也一定變化
C.物體重力勢能的數值隨選擇的參考平面的不同而不同
D.在地面上的物體,它具有的重力勢能一定等于零
解題思路:做勻速直線運動的物體,只要它的重力做功,即高度發生變化,它的重力勢能就一定發生變化,A錯誤;重力做功是物體重力勢能變化的原因,重力做功,重力勢能一定發生變化,B正確;重力勢能的大小是相對參考面而言的,如果選擇的參考面不同,則物體的重力勢能也一定不同,C正確;重力勢能是相對量,只有確定一個參考平面,重力勢能才有確定值,在地面上的物體,重力勢能不一定為零,D錯誤。
答案:BC
2、重力做功與重力勢能變化的關系
1、重力做功:,特點是重力做功與路徑無關。
2、重力對物體所做的功,等于物體重力勢能變化量的負值,即。
(1)重力對物體做多少正功,物體的重力勢能就減少多少。
(2)物體克服重力做多少功,物體的重力勢能就增加多少。
3、重力勢能的變化只取決于物體的重力所做功的情況。重力所做的功等于重力勢能的減少量,物體克服重力所做的功等于重力勢能的增加量。重力勢能的變化與其他因素均無關。
【典例二】2、質量為m的小物塊,從離桌面高h1處由靜止下落,桌面離地面高為h2,如圖所示。如果以桌面為零勢能參考面,那么小物塊落地時的重力勢能和整個過程中重力勢能的變化分別是( )
A. ,減少 B. ,增加
C. ,增加 D. ,減少
解題思路:以桌面為參考平面,小物塊落地時在桌面下方,所以小物塊落地時的重力勢能為。
據重力做功與重力勢能變化的關系得:,小球下落的過程中
所以小球重力勢能減少;故選D。
答案:D
【典例三】3、如圖所示,靜止的物體沿不同的光滑軌道由同一位置滑到水平桌面上,軌道高度為H,桌面距地面高為h,物體質量為m,則以下說法正確的是( )
A.物體沿豎直軌道下滑到桌面上,重力勢能減少最少
B.物體沿曲線軌道下滑到桌面上,中力勢能減少最多
C.以桌面為參考面,物體重力勢能減少mgH
D.以地面為參考面,物體重力勢能減少mg(H+h)
解題思路:重力勢能的變化情況與通過什么樣的路徑下落無關,只與初末狀態的高度差有關,所以AB錯誤;不管以哪個水平面作為參考面,重力勢能的變化量是確定的,C正確,D錯誤。
答案:C
3、彈性勢能的理解
1、彈性勢能的性質
(1)系統性:彈性勢能是發生彈性形變的物體上所有質點因相對位置改變而具有的能量,因而彈性勢能是整個系統所具有的。
(2)相對性:彈性勢能的大小與選定的參考平面位置有關。對于彈簧,一般規定彈簧處于原長時的勢能為零。
(3)對于同一彈簧,從自然長度伸長和壓縮相同的長度時彈性勢能相同。
2、彈力做功跟彈性勢能變化的關系
彈性勢能變化只與彈力做功有關
(1)當彈簧的彈力做正功時,彈簧的彈性勢能減少,彈性勢能轉化為其他形式的能。
(2)當彈簧的彈力做負功時,彈簧的彈性勢能增加,其他形式的能轉化為彈簧的彈性勢能。
(3)表達式:
【典例四】4、關于彈性勢能,下列說法正確的是( )
A.任何發生彈性形變的物體,都具有彈性勢能
B.任何具有彈性勢能的物體,一定發生了彈性形變
C.物體只要發生形變,就一定具有彈性勢能
D.彈簧的彈性勢能只跟彈簧被拉伸或壓縮的長度有關
解題思路:任何發生彈性形變的物體都具有彈性勢能,任何具有彈性勢能的物體一定發生了彈性形變,選項AB正確。物體發生了形變,若是非彈性形變,無彈力作用,物體就不具有彈性勢能,選項C錯誤。彈簧的彈性勢能除了跟彈簧被拉伸或壓縮的長度有關外,還跟彈簧勁度系數的大小有關,選項D錯誤。
答案:AB
隨堂訓練
1、下列說法正確的是( )
A.重力做功的多少與運動的路徑有關
B.重力勢能的變化與參考平面的選取無關
C.彈簧的長度越長,彈簧的彈性勢能越大
D.兩長度相同的彈簧,勁度系數大的彈簧的彈性勢能大
答案:B
2、如圖所示,小明在玩蹦蹦桿。在小明將蹦蹦桿中的彈簧向下壓縮的過程中,小明的重力勢能、彈簧的彈性勢能的變化是( )
A.重力勢能減少,彈性勢能增大 B.重力勢能增大,彈性勢能減少
C.重力勢能減少,彈性勢能減少 D.重力勢能不變,彈性勢能增大
答案:A
3、如圖甲所示,一根長為l,質量為m的勻質軟繩懸于O點, 若將其下端向上提起使 其對折,如圖乙所示,則軟 繩重力勢能變化量的大小為 ( )
A. B. C. D.
答案:D
4、一質量為m=5kg的啞鈴被人從離地面高1m處舉高到離地面高2m處取10m/s2,則( )
A.啞鈴在2m高處的重力勢能為100J
B.啞鈴在2m高處的重力勢能一定不為零
C.若取地面為零勢能參考平面,在此過程中啞鈴的重力勢能增加為100J
D.無論取何處為零勢能參考平面,在此過程中啞鈴的重力勢能增加量均為50J
答案:D
5、一蹦極運動員身系彈性蹦極繩從水面上方的高臺下落,到最低點時距水面還有數米距離,假定空氣阻力可忽略,運動員可視為質點,下列說法正確的是( )
A.運動員到達最低點前重力勢能始終減少
B.蹦極繩張緊后的下落過程中,彈力做負功,彈性勢能增加
C.蹦極過程中,運動員、地球和蹦極繩所組成的系統機械能守恒
D.蹦極過程中,重力勢能的改變與重力勢能零點的選取有關
答案:ABC
6、一個小孩在蹦床上做游戲,他從高處落到蹦床上后又被彈起到原高度,小孩從高處開始下落到彈回的整個過程中,他運動的速度v隨時間t變化的圖線如圖所示,圖中只有段和段為直線,則根據該圖象可知,蹦床的彈性勢能增大的過程所對應的時間間隔為( )
A.僅在到的時間內 B.僅在到的時間內
C.在到的時間內 D.在到的時間內
答案:C
2

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