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1、4. 重 力 勢 能,一、重力勢能,1.定義:物體由于位于高處而具有的能叫作_________。 2.相關(guān)因素:物體的質(zhì)量越___,所處的位置越___,重力 勢能就越___,重力勢能的這些特征恰好與____一致,所 以把mgh定義為重力勢能。 3.重力勢能大小: Ep=____。,重力勢能,大,高,大,mgh,mgh,4.單位:焦耳(與功的單位相同)。 5.重力勢能的性質(zhì):重力勢能是_____,具有_____性、 _____性。,標(biāo)量,相對,系統(tǒng),二、重力做功的特點,1.過程推導(dǎo):甲:WG=mgh=_________ 乙:WG=mglcos=mgh=_________ 丙:把整個路徑AB分成許
2、多很短的間隔AA1、A1A2每一 小段都可以近似地看作一段傾斜的_____,設(shè)每段小斜 線的高度差分別為h1、h2物體通過整個路徑時 重力做的功WG=mgh1+mgh2+=mg(h1+h2+) =mgh=_________,mgh1-mgh2,mgh1-mgh2,直線,mgh1-mgh2,2.結(jié)論:物體運動時,重力對它做的功只跟它的起點和 終點的_____有關(guān),而跟物體運動的_____無關(guān)。,位置,路徑,三、重力做功與重力勢能的變化 重力做多少正功,重力勢能_____多少;重力做多少負(fù)功, 重力勢能_____多少。,減小,增加,【思考辨析】 (1)物體的位置一旦確定,它的重力勢能的大小也隨之確
3、定。() (2)物體與零勢能面的距離越大,它的重力勢能也越大。(),(3)一個物體的重力勢能從-5 J變化到-3 J,重力勢能增加了。() (4)在地面上的物體具有的重力勢能一定等于零。() (5)只要重力做功,重力勢能一定變化。(),(6)物體做勻速直線運動時,重力勢能一定不變。() (7)重力勢能為零的物體,不可能對別的物體做功。() (8)物體的重力勢能實際上是物體和地球組成的系統(tǒng)所共有的。(),提示:(1)。物體的重力勢能與參考平面有關(guān),同一物體在同一位置相對不同的參考平面的重力勢能不同。 (2)。物體在零勢能面以上,距零勢能面的距離越大,重力勢能越大,物體在零勢能面以下,距零勢能面的
4、距離越大,重力勢能越小。,(3)。重力勢能中的正、負(fù)號表示大小,-5 J的重力勢能小于-3 J的重力勢能。 (4)。只有選地面為零勢能面時,地面上的物體的重力勢能才為零,否則不為零。 (5)。重力勢能的改變量等于重力做功的多少,故若重力做功,重力勢能一定發(fā)生變化。,(6)。物體若在豎直方向做勻速直線運動,物體的高度變化,重力勢能也會發(fā)生變化。 (7)。重力勢能的大小是相對于零勢能面的高度決定的,重力勢能為零只能說明物體處于零勢能面上,它對下方的物體同樣可以做功。 (8)。勢能均屬于相互作用的物體組成的系統(tǒng)。,一重力做功與重力勢能 考查角度1 重力做功的特點 【典例1】(2018太原高一檢測)某
5、 游客領(lǐng)著孩子游泰山時,孩子不小心 將手中的皮球滑落,球從A點滾到了,山腳下的B點,高度標(biāo)記如圖所示,則下列說法正確的是A.從A到B的曲線軌跡長度不知道,無法求出此過程中重力做的功 B.從A到B過程中阻力大小不知道,無法求出此過程中重力做的功 C.從A到B重力做功mg(H+h) D.從A到B重力做功mgH,【解析】選D。重力做功與物體的運動路徑無關(guān),只與初、末狀態(tài)物體的高度差有關(guān),從A到B的高度是H,故從A到B重力做功mgH,D正確。,【核心歸納】 1.做功表達(dá)式:WG=mgh=mgh1-mgh2,式中h指初位置與末位置的高度差;h1、h2分別指初位置、末位置的高度。 2.做功的正負(fù):物體下降
6、時重力做正功;物體被舉高時重力做負(fù)功。,【易錯提醒】 做功的特點:物體運動時,重力對它做的功只跟它的起點和終點的位置有關(guān),而跟物體運動的路徑無關(guān)。,考查角度2 重力勢能的理解與計算 【典例2】如圖所示,桌面高為h, 質(zhì)量為m的小球從離桌面高H處自 由落下,不計空氣阻力,假設(shè)以桌 面處為參考平面,則小球落到地面前瞬間的重力勢能為 (),A.mghB.mgH C.mg(h+H)D.-mgh,【解題探究】 (1)如何理解重力勢能的相對性? 提示:表達(dá)式Ep=mgh中h具有相對性。,(2)某一物體在某一位置的重力勢能與參考平面的選取有關(guān)嗎? 提示:有。,【解析】選D。重力勢能的大小是相對參考平面而言的
7、,參考平面的選擇不同,物體的相對高度就不同,重力勢能的大小也不同。本題中已選定桌面為參考平面,則小球在最高點時的高度為H,小球在與桌面相平時的高度為零,小球在地面時的高度為-h,所以小球落到地面前的瞬間,它的重力勢能為Ep=-mgh。,【核心歸納】 重力勢能的三性 1.相對性:Ep=mgh中的h是物體重心相對參考平面的高度。參考平面選擇不同,則物體的高度h不同,重力勢能的大小也就不同,所以確定某點的重力勢能首先選擇參考平面。,2.系統(tǒng)性:重力是地球與物體相互吸引產(chǎn)生的,所以重力勢能是物體和地球組成的系統(tǒng)共有的,平時所說的“物體”的重力勢能只是一種簡化說法。,3.標(biāo)矢性:重力勢能是標(biāo)量,只有大小
8、,沒有方向,但有正負(fù)。重力勢能正負(fù)的含義:正值表示物體處于參考平面上方,負(fù)值表示處于參考平面的下方。,【易錯提醒】 (1)計算物體的重力勢能,必須首先選定零勢能面。 (2)零勢能面以下的重力勢能均為負(fù)值,“+”“-”號代表重力勢能的大小,因此,比較大小時,一定要帶著“+”“-”號進(jìn)行比較。,【過關(guān)訓(xùn)練】 1.甲、乙兩個物體的位置如圖所示, 質(zhì)量關(guān)系m甲Ep2B.Ep1
9、能大于木球的重力勢能 B.鐵球的重力勢能等于木球的重力勢能 C.鐵球的重力勢能小于木球的重力勢能 D.木球的重力勢能不會大于鐵球的重力勢能,【解析】選C。因為鐵球和木球的密度不同,所以,質(zhì)量相等的鐵球和木球,木球的體積較大,放在同一水平地面上時,木球的重心高,因此,木球的重力勢能大于鐵球的重力勢能,選項C正確。,【補(bǔ)償訓(xùn)練】 1.如圖所示,拱橋的拱高為h,弧長為L,質(zhì)量為m的汽車在以不變的速率v由A點運動到B點的過程中,以下說法正確的是(),A.由A到B的過程中,汽車的重力勢能始終不變,重力始終不做功 B.汽車的重力勢能先減小后增加,總的變化量為0,重力先做負(fù)功,后做正功,總功為零 C.汽車的
10、重力勢能先增大后減小,總的變化量為0,重力先做正功,后做負(fù)功,總功為零 D.汽車的重力勢能先增大后減小,總的變化量為0,重力先做負(fù)功,后做正功,總功為零,【解析】選D。前半階段,汽車向高處運動,重力勢能增加,重力做負(fù)功;后半階段,汽車向低處運動,重力勢能減小,重力做正功,選項D正確。,2.(多選)相比歐美和日本,我國抽水蓄能電站起步較晚 但發(fā)展飛快,預(yù)計2020年我國抽水蓄能電站總?cè)萘繉⒊?越美國成為抽水蓄能電站第一大國。抽水蓄能電站的 工作原理是在用電低谷時(如深夜),電站利用電網(wǎng)多余 電能把水抽到高處蓄水池中,到用電高峰時,再利用蓄 水池中的水發(fā)電。如圖,蓄水池(上游水庫)可視為長方,體,
11、有效總庫容量(可用于發(fā)電)為V,蓄水后水位高出下游水面H,發(fā)電過程中上游水庫水位最大落差為d。統(tǒng)計資料表明,該電站年抽水用電為2.4108 kWh,年發(fā)電量為1.8108 kWh。則下列計算結(jié)果正確的是(水的密度為,重力加速度為g,涉及重力勢能的計算均以下游水面為零勢能面)(),A.能用于發(fā)電的水最大重力勢能Ep=VgH B.能用于發(fā)電的水的最大重力勢能為Ep=Vg(H- ) C.電站的總效率達(dá)75% D.該電站平均每天所發(fā)電能可供給一個大城市居民用 電(電功率為105 kW)約10 h,【解析】選B、C。因用于發(fā)電的上游水庫中水的重心 距下游水面的高度為H- ,所以用于發(fā)電的水的最大 重力勢
12、能Ep=Vg(H- ),故A錯誤,B正確;電站的總效 率:= 100%=75%,故C正確;由W=Pt, 則t= =1.8103 h,故D錯誤。,二重力做功與重力勢能變化的關(guān)系 考查角度1 重力勢能變化的原因 【典例1】(多選)(2018九江高一檢測)關(guān)于重力勢能與重力做功,下列說法中正確的是() A.物體克服重力做的功等于重力勢能的增加,B.在同一高度,將物體以初速度v0向不同方向拋出,從拋出到落地的過程中,重力所做的功相等,物體所減少的重力勢能一定相等 C.重力勢能等于零的物體,不可能對別的物體做功 D.用手托住一個物體勻速上舉時,手的支持力做的功等于克服重力做的功與物體重力勢能之和
13、,【解析】選A、B。根據(jù)WG=Ep1-Ep2知,物體克服重力做 的功等于重力勢能的增加,A正確。根據(jù)重力做功的特 點知,從同一高度拋出物體到落地的過程中,重力做功 相等,因而重力勢能的減少量也相等,B正確。重力勢能 的數(shù)值依賴于參考面的選取,重力勢能為零的物體,完 全可以對別的物體做功,C錯誤。用手托住物體勻速上,升時,手的支持力等于物體的重力,手的支持力做的功等于物體克服重力做的功,也等于物體重力勢能的增加量,D錯誤。,【核心歸納】 1.重力做功是重力勢能變化的原因。 物體由高到低 重力勢能減小 物體由低到高 重力勢能增加,2.重力勢能的變化只取決于物體重力做功的情況,與物體除重
14、力外是否還受其他力作用以及其他力是否做功等因素均無關(guān)。,【易錯提醒】 重力做的功與重力勢能的變化量均與參考平面的選擇無關(guān)。,考查角度2 重力做功與重力勢能的變化關(guān)系 【典例2】如圖所示,質(zhì)量為m的小球,用一長為l的細(xì)線 懸于O點,將細(xì)線拉直成水平狀態(tài),并給小球一個向下的 速度讓小球向下運動,O點正下方D處有一釘子,小球運 動到B處時會以D為圓心做圓周運動,并經(jīng)過C點,若已知 OD= l,則小球由A點運動到C點的過程中,重力做功為 多少?重力勢能變化了多少?,【素養(yǎng)解讀】,【正確解答】 從A點運動到C點,小球下落的高 度為h=_________, 故重力做功WG=____=________, 重
15、力勢能的變化量Ep= ___= ______,mgh,-WG,負(fù)號表示小球的重力勢能_____了。 答案:(1) mgl(2) mgl,減少,【規(guī)范警示】 (1)求重力做功,要明確始末位置高度。 (2)規(guī)范畫圖,明確過程的起始位置。,【核心歸納】 1.重力做功與重力勢能改變的關(guān)系: (1)表達(dá)式WG=Ep1-Ep2=-Ep。 (2)重力做多少正功,重力勢能減小多少;重力做多少負(fù)功,重力勢能增加多少。 2.重力勢能是相對的,但重力勢能的變化是絕對的,即物體的重力勢能的變化與參考平面的選取無關(guān)。,【過關(guān)訓(xùn)練】 1.利用超導(dǎo)材料和現(xiàn)代科技可以實現(xiàn)磁懸浮。如圖所示,若磁懸浮列車的質(zhì)量為20 t,因磁場
16、間的相互作用,列車浮起的高度為100 mm,則該過程中磁懸浮列車克服重力做功是() A.20 JB.200 J C.2.0107 JD.2.0104 J,【解析】選D。重力做功的大小等于物重跟起點高度的乘積mgh1與物重跟終點高度的乘積mgh2兩者之差WG= mgh1-mgh2=-20 000100.1 J=-2.0104 J,所以克服重力做功2.0104 J,故D正確。,2.如圖所示,質(zhì)量為m的小球從高為h處 的斜面上的A點滾下,經(jīng)過水平面BC后 再滾上另一斜面,當(dāng)它到達(dá) 的D點 時速度為0,在這個過程中,重力做的功為() A. B. C.mghD.0,【解析】選B。根據(jù)重力做功的公式得W=
17、mg(h1-h2) = ,故B正確。,【補(bǔ)償訓(xùn)練】 1.質(zhì)量為50 kg、高為1.8 m的跳高運動員,背越式跳過2 m高的橫桿而平落在高50 cm的墊子上,整個過程中重力對人做的功大約為() A.1 000 JB.750 JC.650 JD.200 J,【解析】選D。要考慮運動員重心的變化高度,起跳時站立,離地面0.9 m,平落在50 cm的墊子上,重心下落了約0.4 m,重力做功WG=mgh=200 J。選項D正確。,2.(多選)一質(zhì)量為m的物體被人用手由靜止豎直向上以加速度a勻加速提升h。關(guān)于此過程,下列說法中正確的是() A.提升過程中手對物體做功m(a+g)h B.提升過程中合外力對
18、物體做功mah C.提升過程中物體的重力勢能增加m(a+g)h D.提升過程中物體克服重力做功mgh,【解析】選A、B、D。對物體受力分析, 如圖所示,則F-mg=ma,所以手對物體做 功W1=Fh=m(g+a)h,故A正確;合外力的功 W合=F合h=mah,B正確;物體上升h,克服重 力做功mgh,重力勢能增加mgh,C錯誤,D正確。,【拓展例題】考查內(nèi)容:非質(zhì)點物體重力勢能及變化 【典例】質(zhì)量為m的均勻鏈條長為L,開始放在光滑的水 平桌面上時,有 的長度懸在桌邊緣,如圖所示,松手 后,鏈條滑離桌面(未著地),問:從開始到鏈條剛好滑離 桌面過程中重力勢能變化了多少?,【正確解答】設(shè)桌面為參考平面,開始時重力勢能 Ep1= 末態(tài)時重力勢能Ep2=-mg 故重力勢能變化Ep=Ep2-Ep1= 答案:減小,
2018-2019高中物理 第七章 機(jī)械能守恒定律 7.4 重力勢能課件 新人教版必修2.ppt
