2018-2019學(xué)年高中物理 第4章 能量守恒與可持續(xù)發(fā)展 4.1 勢(shì)能的變化與機(jī)械功課件 滬科版必修2.ppt

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1、4.1勢(shì)能的變化與機(jī)械功,第4章能量守恒與可持續(xù)發(fā)展,學(xué)習(xí)目標(biāo),1.認(rèn)識(shí)重力做功與物體運(yùn)動(dòng)的路徑無(wú)關(guān)的特點(diǎn)，理解重力勢(shì)能的概念. 2.理解重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系. 3.知道重力勢(shì)能具有相對(duì)性，知道重力勢(shì)能是物體和地球所組成的系統(tǒng)所共有的.,內(nèi)容索引,重點(diǎn)探究 啟迪思維 探究重點(diǎn),達(dá)標(biāo)檢測(cè) 檢測(cè)評(píng)價(jià) 達(dá)標(biāo)過關(guān),自主預(yù)習(xí) 預(yù)習(xí)新知 夯實(shí)基礎(chǔ),自主預(yù)習(xí),一、研究重力做功跟重力勢(shì)能變化的關(guān)系,1.重力勢(shì)能 (1)定義：物體由于 而具有的能量. (2)公式：Ep ，式中h是物體重心到 的高度. (3)單位： ；符號(hào)： . 2.重力做功與重力勢(shì)能的變化： (1)表達(dá)式：W Ep. (2)兩種情況：

2、物體由高處到低處，重力做 功，重力勢(shì)能 ； 物體由低處到高處，重力做 功，重力勢(shì)能 .,被舉高,mgh,參考平面,焦耳,J,Ep1Ep2,正,負(fù),減少,增加,二、重力做功與路徑無(wú)關(guān) 1.重力做功的表達(dá)式：W ，h指初位置與末位置的 . 2.重力做功的特點(diǎn)：物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力對(duì)它做的功只跟它的_ 有關(guān)，而跟物體運(yùn)動(dòng)的 無(wú)關(guān). 三、彈性勢(shì)能 1.定義：物體發(fā)生 時(shí)具有的勢(shì)能叫做彈性勢(shì)能. 2.大?。簭椈傻膭哦认禂?shù)為k，彈簧的伸長(zhǎng)量或壓縮量為x，則彈簧的彈性 勢(shì)能Ep .,mgh,高度差,初位置和末,位置的高度,路徑,彈性形變,即學(xué)即用 1.判斷下列說法的正誤. (1)重力做功與物體沿直線或曲線運(yùn)動(dòng)有

3、關(guān).( ) (2)物體只要運(yùn)動(dòng)，其重力一定做功.( ) (3)同一物體在不同位置的重力勢(shì)能分別為Ep13 J，Ep210 J，則Ep1Ep2.( ) (4)物體由高處到低處，重力一定做正功，重力勢(shì)能一定減少.( ) (5)重力做功一定與路徑無(wú)關(guān)，只與初、末位置的高度差有關(guān).( ) (6)只要發(fā)生形變的物體就一定具有彈性勢(shì)能.( ),答案,2.將質(zhì)量為m的物體從地面上方H高處由靜止釋放，物體落在地面后地面出現(xiàn)一個(gè)深度為h的坑，如圖1所示，重力加速度為g，在此過程中，重力對(duì)物體做功為_，重力勢(shì)能_(填“減少”或“增加”)了_.,答案,mg(Hh),減少,mg(Hh),圖1,重點(diǎn)探究,導(dǎo)學(xué)探究如圖2

4、所示，一個(gè)質(zhì)量為m的物體，從高度為h1的位置A分別按下列三種方式運(yùn)動(dòng)到高度為h2的位置B，在這個(gè)過程中思考并討論以下問題： (1)根據(jù)功的公式求出甲、乙兩種情況下重力做的功；,一、重力做功的特點(diǎn),圖2,答案,答案甲中Wmghmgh1mgh2 乙中Wmglcos mghmgh1mgh2,(2)求出丙中重力做的功；,答案,答案把整個(gè)路徑AB分成許多很短的間隔AA1、A1A2，由于每一段都很小，每一小段都可以近似地看做一段傾斜的直線，設(shè)每段小斜線的高度差分別為h1、h2，則物體通過每段小斜線時(shí)重力做的功分別為mgh1、mgh2. 物體通過整個(gè)路徑時(shí)重力做的功 Wmgh1mgh2mg(h1h2)mgh

5、mgh1mgh2,(3)重力做功有什么特點(diǎn)？,答案,答案物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力對(duì)它做的功只跟它的起點(diǎn)和終點(diǎn)的位置有關(guān)，而跟物體運(yùn)動(dòng)的路徑無(wú)關(guān).,知識(shí)深化 1.重力做功大小只與重力和物體高度變化有關(guān)，與物體受其他力及物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)均無(wú)關(guān). 2.物體下降時(shí)重力做正功，物體上升時(shí)重力做負(fù)功. 3.在一些往復(fù)運(yùn)動(dòng)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)過程的復(fù)雜問題中求重力做功時(shí)，利用重力做功的特點(diǎn)，可以省去大量中間過程，一步求解.,例1在同一高度，把三個(gè)質(zhì)量相同的球A、B、C分別以相等的速率豎直上拋、豎直下拋和平拋，它們都落到同一水平地面上.三個(gè)球在運(yùn)動(dòng)過程中，重力對(duì)它們做的功分別為WA、WB、WC，重力的平均功率分別為PA、PB、P

6、C，則它們的大小關(guān)系為 A.WAWBWC，PAPBPCB.WAWBWC，PAPBPC C.WAWBWC，PBPCPAD.WAWBWC，PAPBPC,答案,解析,導(dǎo)學(xué)探究如圖3所示，質(zhì)量為m的物體自高度為h2的A處下落至高度為h1的B處.求下列兩種情況下，重力做的功和重力勢(shì)能的變化量，并分析它們之間的關(guān)系. (1)以地面為零勢(shì)能參考面；,圖3,二、重力勢(shì)能,答案重力做的功Wmghmg(h2h1)，選地面為零勢(shì)能參考面，EpAmgh2，EpBmgh1，重力勢(shì)能的變化量Epmgh1mgh2mgh.,答案,(2)以B處所在的平面為零勢(shì)能參考面.,答案選B處所在的平面為零勢(shì)能參考面，重力做功Wmghmg

7、(h2h1).物體的重力勢(shì)能EpAmg(h2h1)mgh，EpB0，重力勢(shì)能的變化量Ep0mghmgh. 綜上兩次分析可見WEp，即重力做的功等于重力勢(shì)能的變化量的負(fù)值，而且重力勢(shì)能的變化與零勢(shì)能參考面的選取無(wú)關(guān).,答案,知識(shí)深化 1.重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系： WEp1Ep2Ep 2.重力勢(shì)能的相對(duì)性 物體的重力勢(shì)能總是相對(duì)于某一水平參考面，選取不同的參考面，物體重力勢(shì)能的數(shù)值是不同的.故在計(jì)算重力勢(shì)能時(shí)，必須首先選取參考平面. 3.重力勢(shì)能是標(biāo)量，但有正負(fù)之分，物體在零勢(shì)能面上方，物體的重力勢(shì)能是正值，表示物體的重力勢(shì)能比在參考平面上時(shí)要多，物體在零勢(shì)能面下方，物體的重力勢(shì)能是負(fù)值，表

8、示物體的重力勢(shì)能比在參考平面上時(shí)要少. 4.重力勢(shì)能的變化量與參考平面的選擇無(wú)關(guān).,例2如圖4所示，質(zhì)量為m的小球，從離桌面H高處由靜止下落，桌面離地高度為h.若以桌面為參考平面，那么小球落地時(shí)的重力勢(shì)能及整個(gè)過程中重力勢(shì)能的變化分別是(重力加速度為g) A.mgh，減少mg(Hh) B.mgh，增加mg(Hh) C.mgh，增加mg(Hh) D.mgh，減少mg(Hh),圖4,解析以桌面為參考平面，落地時(shí)小球的重力勢(shì)能為mgh，即末狀態(tài)的重力勢(shì)能為mgh，初狀態(tài)的重力勢(shì)能為mgH，重力勢(shì)能的變化即為mghmgHmg(Hh)，重力勢(shì)能減少了mg(Hh)，故選D.,解析,答案,例3如圖5所示，質(zhì)

9、量為m的小球，用一長(zhǎng)為l的細(xì)線懸于O點(diǎn)，將懸線拉直成水平狀態(tài)，并給小球一個(gè)向下的速度讓小球向下運(yùn)動(dòng)，O點(diǎn)正下方D處有一釘子，小球運(yùn)動(dòng)到B處時(shí)會(huì)以D為圓心做 圓周運(yùn)動(dòng)，并經(jīng)過C點(diǎn)，若已知OD l，則小球由 A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)的過程中，重力做功為多少？重力勢(shì) 能減少了多少？,三、重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系,圖5,解析,答案,解析從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)，小球下落的高度為h l，,負(fù)號(hào)表示小球的重力勢(shì)能減少了.,1.重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系：WEp1Ep2Ep，即重力勢(shì)能變化多少是由重力做功的多少唯一量度的，與物體除重力外是否還受其他力作用以及除重力做功外是否還有其他力做功等因素均無(wú)關(guān). 2.兩種情況,導(dǎo)

10、學(xué)探究如圖6所示，物體與彈簧相連，物體在O點(diǎn)時(shí)彈簧處于原長(zhǎng)，把物體向右拉到A處由靜止釋放，物體會(huì)由A向A運(yùn)動(dòng)，則：,四、彈力做功與彈性勢(shì)能變化的關(guān)系,答案正功減少,圖6,答案,(1)物體由A向O運(yùn)動(dòng)的過程中，彈力對(duì)物體做什么功？彈簧的彈性勢(shì)能如何變化？,(2)物體由O向A運(yùn)動(dòng)的過程中，彈力對(duì)物體做什么功？彈簧的彈性勢(shì)能如何變化？,答案負(fù)功增加,答案,知識(shí)深化 1.對(duì)彈性勢(shì)能的理解 (1)系統(tǒng)性：彈性勢(shì)能是發(fā)生彈性形變的物體上所有質(zhì)點(diǎn)因相對(duì)位置改變而具有的能量，因此彈性勢(shì)能具有系統(tǒng)性. (2)相對(duì)性：彈性勢(shì)能的大小與選定的零勢(shì)能位置有關(guān)，對(duì)于彈簧，一般規(guī)定彈簧處于原長(zhǎng)時(shí)的勢(shì)能為零勢(shì)能. 注意：對(duì)

11、于同一個(gè)彈簧，伸長(zhǎng)和壓縮相同的長(zhǎng)度時(shí)，彈簧的彈性勢(shì)能是相同的.,2.彈力做功與彈性勢(shì)能變化的關(guān)系 (1)關(guān)系：彈力做正功時(shí)，彈性勢(shì)能減少，彈力做負(fù)功時(shí)，彈性勢(shì)能增加，并且彈力做多少功，彈性勢(shì)能就變化多少. (2)表達(dá)式：W彈EpEp1Ep2. 3.使用范圍：在彈簧的彈性限度內(nèi). 注意：彈力做功和重力做功一樣，也和路徑無(wú)關(guān)，彈性勢(shì)能的變化只與彈力做功有關(guān).,例4如圖7所示，處于自然長(zhǎng)度的輕質(zhì)彈簧一端與墻接觸，另一端與置于光滑地面上的物體接觸，現(xiàn)在物體上施加一水平推力F，使物體緩慢壓縮彈簧，當(dāng)推力F做功100 J時(shí)，彈簧的彈力做功_J，以彈簧處于自然長(zhǎng)度時(shí)的彈性勢(shì)能為零，則彈簧的彈性勢(shì)能為_J.,

12、圖7,解析,答案,100,100,解析在物體緩慢壓縮彈簧的過程中，推力F始終與彈簧彈力等大反向，所以推力F做的功等于物體克服彈簧彈力所做的功，即W彈WF100 J.由彈力做功與彈性勢(shì)能的變化關(guān)系知，彈性勢(shì)能增加了100 J.,針對(duì)訓(xùn)練如圖8所示，輕彈簧下端系一重物，O點(diǎn)為其平衡位置(即重物重力和彈簧彈力大小相等的位置)，現(xiàn)用手向下拉重物，第一次把它直接拉到A點(diǎn)，彈力做功為W1，第二次把它拉到B點(diǎn)后再讓其回到A點(diǎn)，彈力做功為W2，則這兩次彈力做功的關(guān)系為 A.W1W2 B.W12W2 C.W22W1 D.W1W2,圖8,解析彈力做功與路徑無(wú)關(guān)，彈力做的功等于彈性勢(shì)能變化量的負(fù)值，兩個(gè)過程中彈簧形

13、變量相同，因此彈性勢(shì)能的變化量相同，所以彈力做的功相同，故W1W2，D正確.,解析,答案,達(dá)標(biāo)檢測(cè),1.(重力做功的特點(diǎn))如圖9所示，某物塊分別沿三條不同的軌道由離地面高h(yuǎn)的A點(diǎn)滑到同一水平面上，軌道1、2是光滑的，軌道3是粗糙的，則 A.沿軌道1滑下重力做的功多 B.沿軌道2滑下重力做的功多 C.沿軌道3滑下重力做的功多 D.沿三條軌道滑下重力做的功一樣多,解析重力做功的多少只與初、末位置的高度差有關(guān)，與路徑無(wú)關(guān)，D選項(xiàng)正確.,答案,解析,1,2,3,4,圖9,2.(對(duì)重力勢(shì)能的理解)關(guān)于重力勢(shì)能，下列說法正確的是 A.重力勢(shì)能是地球和物體共同具有的，而不是物體單獨(dú)具有的 B.處在同一高度的

14、物體，具有的重力勢(shì)能相同 C.重力勢(shì)能是標(biāo)量，不可能有正、負(fù)值 D.浮在海面上的小船的重力勢(shì)能一定為零,答案,解析,1,2,3,4,解析重力勢(shì)能具有系統(tǒng)性，重力勢(shì)能是物體與地球共有的，故A正確； 重力勢(shì)能等于mgh，其中h是相對(duì)于參考平面的高度，參考平面不同，h不同，另外質(zhì)量也不一定相同，故處在同一高度的物體，其重力勢(shì)能不一定相同，選項(xiàng)B錯(cuò)誤； 重力勢(shì)能是標(biāo)量，但有正負(fù)，負(fù)號(hào)表示物體在參考平面的下方，故C錯(cuò)誤； 零勢(shì)能面的選取是任意的，并不一定選擇海平面為零勢(shì)能面，故浮在海面上的小船的重力勢(shì)能不一定為零，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.,1,2,3,4,3.(彈力做功與彈性勢(shì)能變化的關(guān)系)(多選)如圖10所示，一

15、個(gè)物體以速度v0沖向與豎直墻壁相連的輕質(zhì)彈簧，墻壁和物體間的彈簧被物體壓縮，在此過程中，以下說法正確的是 A.物體對(duì)彈簧做的功與彈簧的壓縮量成正比 B.物體向墻壁運(yùn)動(dòng)相同的位移，彈力做的功不相等 C.彈簧的彈力做正功，彈性勢(shì)能增加 D.彈簧的彈力做負(fù)功，彈性勢(shì)能增加,圖10,答案,解析,1,2,3,4,解析由W kx2知，選項(xiàng)A錯(cuò)誤； 彈簧開始被壓縮時(shí)彈力小，彈力做的功也少，彈簧的壓縮量變大時(shí)，物體移動(dòng)相同的距離做的功多，故選項(xiàng)B正確； 物體壓縮彈簧的過程，彈簧的彈力與物體的位移方向相反，所以彈力做負(fù)功，彈性勢(shì)能增加，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤，選項(xiàng)D正確.,1,2,3,4,4.(重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系)在離地高80 m處無(wú)初速度釋放一小球，小球質(zhì)量為m200 g，不計(jì)空氣阻力，g取10 m/s2，取最高點(diǎn)所在水平面為零勢(shì)能參考平面.求： (1)在第2 s末小球的重力勢(shì)能；,1,2,3,4,答案40 J,重力勢(shì)能為：Epmgh0.21020 J40 J.,解析,答案,(2)3 s內(nèi)重力所做的功及重力勢(shì)能的變化.,1,2,3,4,答案90 J減少了90 J,3 s內(nèi)重力做功為：Wmgh0.21045 J90 J,解析,答案,W0，所以小球的重力勢(shì)能減少，且減少了90 J.,