1重力势能(教育精品).ppt

疑是银河落九天。飞流直下三千尺，重力势能74 物体由于被举高而具有的能叫重力势能。物体由于被举高而具有的能叫重力势能。物体的高度发生变化时，重力要做功：物体被物体的高度发生变化时，重力要做功：物体被举举高高时，重力做时，重力做负负功；物体功；物体下降下降时，重力做时，重力做正正功。功。几个概念力：物体之间的相互作用。重力：物体由于地球的吸引而受到 的力势能：相互作用的物体凭借其位置而具有的 能量。一个新的概念重力势能因此，因此，认识这种势能，不能脱离对重力做功的研究。认识这种势能，不能脱离对重力做功的研究。物体物体竖直竖直下落下落 从从 A A 到到 B BAhBh1h2WG=mgh =mg(h1h2)=mgh1mgh2 一.重力做功物体沿斜线运动物体沿斜线运动 从从 A A 到到 C CAChLh1h2WG=mgLcos =mgh =mg(h1h2)=mgh1mgh2物体物体沿曲线沿曲线运动运动 从从 A A 到到 C Ch1h2h3AChAh 1L LW1=mglcos1=mg h 1W=W1+W2+W3+W=mg h 1+mg h 2+mg h 3+=mg（h 1+h 2+h 3)=mg h=mgh1mgh2重力做功的特点:重力做功只跟它的起点和终点的位置（高度差）有关，与物体运动的路径无关与物体运动的路径无关。WG =mgh1-mgh2上述分析过程表明：上述分析过程表明：还表明还表明：功的大小等于物重跟起点高度的乘积：功的大小等于物重跟起点高度的乘积mgh1与物与物重跟终点高度的乘积重跟终点高度的乘积mgh2两者之差。即两者之差。即即：即：WG =mgh 可见可见,重力做的功等于重力做的功等于“mghmgh”这个量的变化这个量的变化.1.1.定义：物体的重力势能等于它所受重力定义：物体的重力势能等于它所受重力与所处高度的乘积。与所处高度的乘积。2.2.单位：国际单位制中，焦耳单位：国际单位制中，焦耳(J)(J)。1J=1kg1J=1kgm.s-2.m=1N.m.m=1N.m3.3.势能是势能是状态量状态量、标量标量+、表示表示大小大小 Ep=mgh在物理学中，在物理学中，“mghmgh”是一个有特殊意义的物理量是一个有特殊意义的物理量.这这个物理量就是表示物体的重力势能。个物理量就是表示物体的重力势能。二二.重力势能重力势能WG =mgh1-mgh2 =Ep1-Ep214三、重力做功与重力势能变化关系三、重力做功与重力势能变化关系重力做的功等于重力势能的变化量重力做的功等于重力势能的变化量 如果重力做如果重力做正功正功，重力势能，重力势能减少减少，减少的重力，减少的重力势能势能等于等于重力对物体做的重力对物体做的功功 如果重力做如果重力做负功负功，重力势能，重力势能增加增加，增加的重力，增加的重力势能势能等于等于物体物体克服克服重力做的重力做的功功 讨论讨论：重力势能为零的物体是不是就没有重力重力势能为零的物体是不是就没有重力势能势能？计算重力势能之前需要先选定计算重力势能之前需要先选定参考平面参考平面 在参考面下方在参考面下方的物体的高度是的物体的高度是负值负值，重力，重力势能也是势能也是负值负值。参考平面的选取是参考平面的选取是任意任意的的.在参考面上方在参考面上方的物体的高度是的物体的高度是正值正值，重力势，重力势能也是能也是正值正值；17四、重力势能的相对性四、重力势能的相对性高度是相对的，所以重力势能也是相对的高度是相对的，所以重力势能也是相对的 必须指出的是，必须指出的是，重力势能跟重力做功密切重力势能跟重力做功密切相关相关，而重力是而重力是地球与物体之间的地球与物体之间的相互作用力相互作用力。也就是说，倘若也就是说，倘若没有地球，就谈不上没有地球，就谈不上重力。重力。所所以，严格说来，重力势能是地球与物体所组成以，严格说来，重力势能是地球与物体所组成的这个物体的这个物体“系统系统”所共有的，而不是地球上所共有的，而不是地球上的物体单独具有的。的物体单独具有的。重力势能属于重力势能属于物体和地球组成的系统物体和地球组成的系统.五.重力势能的系统性 平常所说的“物体”的重力势能，只是一种习惯简化的说法。例：例：如图，质量如图，质量0.5kg的小球，从桌面以上的小球，从桌面以上h1=1.2m的的A点落到地面的点落到地面的B点，桌面高点，桌面高h2=0.8m请按要求填写下表请按要求填写下表(g=10m/s2)参考参考平面平面小球在小球在A点重点重力势能力势能小球在小球在B点重点重力势能力势能下落过程下落过程小球重力小球重力做功做功下落过程下落过程小球重力小球重力势能变化势能变化桌面桌面地面地面 6J10J-4J010J10J-10J-10Jh1h2AB 选取不同的参考平面选取不同的参考平面,物体的重力势能的数值不同物体的重力势能的数值不同 对一个确定的过程，对一个确定的过程，W WG G和和E EP P与参考面的选择无关与参考面的选择无关20小小 结结一、一、重力做功的特点：重力做功的特点：与路径无关，只与起点和终点的高度差有关与路径无关，只与起点和终点的高度差有关二、重力势能：地球上的物体具有的与它高度有关的能二、重力势能：地球上的物体具有的与它高度有关的能量。量。三、重力做功与重力势能变化的关系：三、重力做功与重力势能变化的关系：重力做的功等于重力势能减少重力做的功等于重力势能减少WG=mgh1mgh2 重力做负功时，重力势能增加重力做负功时，重力势能增加四、重力势能是相对的四、重力势能是相对的 ，正负表示大小正负表示大小。一般不加说明是以地面或题目中的最低点所在的平一般不加说明是以地面或题目中的最低点所在的平面作为参考平面。面作为参考平面。五、势能是系统能。指系统所有。五、势能是系统能。指系统所有。WG=mgh 高度差高度差 Ep=mgh74 重力势能重力势能 问题与练习参考解答问题与练习参考解答 1.证明：设斜面高度为证明：设斜面高度为h，对应于倾角为，对应于倾角为1、2、3的斜面长分别为的斜面长分别为l1、l2、l3。由功的公式可知，在倾角为由功的公式可知，在倾角为1的斜面，重力与位的斜面，重力与位移的夹角为移的夹角为(/21)，重力所做的功为：，重力所做的功为：WG=mgl1cos(/21)=mgl1sin1=mgh。同理可证，在倾角为同理可证，在倾角为2、3的斜面上，的斜面上，重力所做的重力所做的功都等于功都等于mgh，与斜面倾，与斜面倾角无关。角无关。2.答答：（1）足球由位置）足球由位置1运动到位置运动到位置2时，时，重力所做的功重力所做的功为为mgh，足球克服重力所做的功为足球克服重力所做的功为mgh，足球的足球的重力势能增加重力势能增加mgh。（2）足球由位置）足球由位置2运动到位置运动到位置3时，时，重力做的功为重力做的功为mgh，足球的重力势能减少了足球的重力势能减少了mgh。v（3）足球由位置）足球由位置1运动到位置运动到位置3时，时，重力做功为重力做功为0，重力重力势能变化为势能变化为0。h1h2ABv3.答答：（：（1）见下表）见下表（2）如果下落过程中有空气）如果下落过程中有空气阻力阻力,表格中的数据不变。表格中的数据不变。说明：本题的意图是使学生认说明：本题的意图是使学生认识，重力势能跟识，重力势能跟0势面的选取势面的选取有关，而重力势能的变化跟重有关，而重力势能的变化跟重力的功相对应，与力的功相对应，与0势面的选势面的选取无关。重力做的功只跟物体取无关。重力做的功只跟物体位置的变化有关，与是否存在位置的变化有关，与是否存在其他力无关。其他力无关。4.答：答：A正确。例如：物体在向上的拉力作用下，如果做正确。例如：物体在向上的拉力作用下，如果做匀加速直线运动，这时拉力的功大于重力势能的增匀加速直线运动，这时拉力的功大于重力势能的增加量。如果物体做匀减速直线运动，这时拉力的功加量。如果物体做匀减速直线运动，这时拉力的功小于重力势能的减少量。小于重力势能的减少量。B错误。物体匀速上升，拉力的大小等于重力，拉错误。物体匀速上升，拉力的大小等于重力，拉力的功一定等于重力势能的增加量。力的功一定等于重力势能的增加量。C错误。根据错误。根据WG=EP1-EP2可知，重力做可知，重力做-1J的功，的功，重力势能的增加量为重力势能的增加量为1J。D错误。重力做功只与起点和终点的位置有关，与错误。重力做功只与起点和终点的位置有关，与路径无关，路径无关，A、B两点的位置不变，从两点的位置不变，从A点到点到B点的点的过程中，无论经过什么路径，重力的功都是相同的。过程中，无论经过什么路径，重力的功都是相同的。练习题：起重机以5m/s2的加速度将质量为1t的物体匀减速地沿竖直方向提升高度10m，则起重机钢索的拉力对物体做的功为多少？物体克服重力做功为多少？物体的重力势能变化了多少？课堂训练课堂训练1、选择不同的水平面作为参考平面，物体在选择不同的水平面作为参考平面，物体在某一位置的重力势能和某一过程中重力势能改某一位置的重力势能和某一过程中重力势能改变量变量()A.都具有不同的数值都具有不同的数值 B.都具有相同的数值都具有相同的数值 C.前者具有相同的数值，后者具有不同的数值前者具有相同的数值，后者具有不同的数值 D.前者具有不同的数值，后者具有相同的数值前者具有不同的数值，后者具有相同的数值 D D课堂训练课堂训练2、起重机以、起重机以5m/s2的加速度将质的加速度将质量为量为1t的物体匀减速地沿竖直的物体匀减速地沿竖直方向提升高度方向提升高度10m，则起重机则起重机钢索的拉力对物体做的功为多钢索的拉力对物体做的功为多少？物体克服重力做功为多少少？物体克服重力做功为多少？物体的重力势能变化了多少？物体的重力势能变化了多少？WG =Ep1-Ep2 重力做功重力做功WG(正、负）正、负）重力势能重力势能EP（增加、减少）（增加、减少）重力做功和重力重力做功和重力势能变化的关系势能变化的关系物体物体上升上升物体物体下降下降正正负负减少减少增加增加重力做的功重力做的功等于等于重力势能的减少重力势能的减少物体克服重力物体克服重力做的功做的功等于等于重重力势能的增加力势能的增加141、关于重力做功和物体的重力势能，下列说法正确的是：关于重力做功和物体的重力势能，下列说法正确的是：A、当重力对物体做正功时，物体的重力势能一定减少；当重力对物体做正功时，物体的重力势能一定减少；B、物体克服重力做功时，物体的重力势能一定增加；物体克服重力做功时，物体的重力势能一定增加；C、地球上的物体的重力势能都只有一个唯一确定的值；地球上的物体的重力势能都只有一个唯一确定的值；D、重力做功的多少与参考平面的选取无关。重力做功的多少与参考平面的选取无关。ABDABD2、物体在运动过程中，克服重力做功为、物体在运动过程中，克服重力做功为50J，则：则：A、重力做功为重力做功为50J；B、物体的重力势能一定增加了物体的重力势能一定增加了50J；C、物体的动能一定减少物体的动能一定减少50J；D、重力做了重力做了50J的负功。的负功。BDBD3、关于重力势能的几种理解，正确的是、关于重力势能的几种理解，正确的是A、重重力力势势能能等等于于零零的的物物体体，一一定定不不会会对对别别的的物物 体做功体做功B、相相 对对 于于 不不 同同 的的 参参 考考 平平 面面，物物 体体 具具 有有 不不 同同 数数 值值 的的 重重 力力 势势 能能，但但 这这 并并 不不 影影 响响 研研 究究 有有 关关 重重 力势能的问题力势能的问题C、在在 同同 一一 高高 度度 将将 物物 体体 不不 论论 向向 何何 方方 向向 抛抛 出出，只只 要要 抛抛 出出 时时 的的 初初 速速 度度 大大 小小 相相 同同，则则 落落 地地 时时 减减 少的重力势能必相等少的重力势能必相等D、放在地面的物体，它的重力势能一定等于零、放在地面的物体，它的重力势能一定等于零 BCBC小 结一、重力做功的特点：一、重力做功的特点：与路径无关，只与起点和终点的高度差有关与路径无关，只与起点和终点的高度差有关二、重力势能：地球上的物体具有的与它高度有关二、重力势能：地球上的物体具有的与它高度有关 的能量。的能量。表达式表达式 三、重力做功与重力势能变化的关系三、重力做功与重力势能变化的关系 重力做正功，重力势能减少重力做正功，重力势能减少 重力做负功，重力势能增加重力做负功，重力势能增加四、重力势能是相对的四、重力势能是相对的 ，正负表示大小。，正负表示大小。一般不加说明是以地面或题目中的最低点所在的平面作为一般不加说明是以地面或题目中的最低点所在的平面作为零势能参考面。零势能参考面。一、重力做功一、重力做功特点特点1 1、重力做功与路径无关、重力做功与路径无关,2 2、只跟始末位置的高度差、只跟始末位置的高度差h h有关有关二、重力势能二、重力势能物物体体由由于于被被举举高高而而具具有有的的能能叫重力势能叫重力势能由由于于高高度度具具有有相相对对性性,所所以以重重力力势势能能也也具有相对性具有相对性.高高度度的的相相对对性性不不影影响响对对相相关关重重力力势势能能的问题的研究的问题的研究,因为高度差是一定的因为高度差是一定的.探究重力势能的表达式探究重力势能的表达式:4.重力势能的相对性重力势能的相对性:参参考考 平平面面选定某一个水平面选定某一个水平面,并把这个水平面的并把这个水平面的高度定为零高度定为零,则物体在该平面上的则物体在该平面上的重力重力势能为零势能为零.(.(又称零势面又称零势面)三、重力做功与重力势能变化的关系三、重力做功与重力势能变化的关系1 1、重力做、重力做正功正功，重力势能，重力势能减少减少，重力做重力做负功负功，重力势能，重力势能增加增加2 2、重力做的功等于重力势能的减少量、重力做的功等于重力势能的减少量3 3、重力势能具有相对性、重力势能具有相对性 但但重力势能的变化是绝对的重力势能的变化是绝对的，与参考，与参考 平面的选取无关（平面的选取无关（h）弹弹性性势势能能发生弹性形变的物体，在恢复原状时能够对外界做功，因而具有能量，这种能量叫做弹性势能。弹性势能。弹簧的弹性势能跟弹簧被拉伸或压缩的长度有关，被拉伸或压缩的长度越长，恢复原状时对外做的功就越多，弹簧的弹性势能就越大.弹簧的弹性势能还跟弹簧的劲度系数有关，被拉伸或压缩的长度相同时，劲度系数大的弹簧的弹性势能大。1、关关于于重重力力做做功功和和物物体体的的重重力力势势能能，下下列列说说法法正确的是：正确的是：A、当当重重力力对对物物体体做做正正功功时时，物物体体的的重重力力势势能能一定减少；一定减少；B、物物体体克克服服重重力力做做功功时时，物物体体的的重重力力势势能能一一定增加；定增加；C、地地球球上上的的物物体体的的重重力力势势能能都都只只有有一一个个唯唯一一确定的值；确定的值；D、重力做功的多少与参考平面的选取无关。重力做功的多少与参考平面的选取无关。ABDABD 2.离地面高度（不为零）相同的两物体甲和已，已知甲物体质量大，以地面为零势面:A 甲物体重力势能大；B 已物体重力势能大；C 一样大；D 不能确定。（A）2 沿高度相同，坡度不同，粗糙程度也不同的斜面上拉同一物体到顶端，以下说法正确的:A 沿坡度小，长度大的斜面上升重力势能增加量大；B 沿长度大，粗糙程度大的斜面上升重力势能增加量大 C 重力势能增加量一样多；D 无法确定（C）3、关于重力势能的几种理解，正确的是、关于重力势能的几种理解，正确的是A、重重力力势势能能等等于于零零的的物物体体，一一定定不不会会对对别别的的物物 体做功体做功B、相相对对于于不不同同的的参参考考平平面面，物物体体具具有有不不同同数数 值值的的重重力力势势能能，但但这这并并不不影影响响研研究究有有关关重重 力势能的问题力势能的问题C、在在同同一一高高度度将将物物体体不不论论向向何何方方向向抛抛出出，只只 要要抛抛出出时时的的初初速速度度大大小小相相同同，则则落落地地时时减减 少的重力势能必相等少的重力势能必相等D、放在地面的物体，它的重力势能一定等于零、放在地面的物体，它的重力势能一定等于零 BCBC2、关于重力势能的几种理解，正确的是、关于重力势能的几种理解，正确的是A、重重力力势势能能等等于于零零的的物物体体，一一定定不不会会对对别别的的物物 体做功体做功B、相相对对于于不不同同的的参参考考平平面面，物物体体具具有有不不同同数数 值值的的重重力力势势能能，但但这这并并不不影影响响研研究究有有关关重重 力势能的问题力势能的问题C、在在同同一一高高度度将将物物体体不不论论向向何何方方向向抛抛出出，只只 要要抛抛出出时时的的初初速速度度大大小小相相同同，则则落落地地时时减减 少的重力势能必相等少的重力势能必相等D、放在地面的物体，它的重力势能一定等于零、放在地面的物体，它的重力势能一定等于零 BC4 4、一质量为一质量为5kg的小球从的小球从5m高处下落高处下落,碰撞地面后弹起碰撞地面后弹起,每次弹起的高度比下落高度低每次弹起的高度比下落高度低1m,求求:小球从下落到停在地小球从下落到停在地面的过程中重力一共做了多少面的过程中重力一共做了多少功功?重力势能如何变化，变化重力势能如何变化，变化多少？多少？(g=10m/s2)250J5.以以下下关关于于弹弹性性势势能能的的说说法法正正确确的的是是（）A.形变的物体都具有弹性势能形变的物体都具有弹性势能.B.形形变变越越大大的的物物体体具具有有的的弹弹性性势势能能越大越大.C.形变的物体可能没有弹性势能形变的物体可能没有弹性势能.D.具具有有弹弹性性势势能能的的物物体体可可能能同同时时具具有重力势能有重力势能.CD一、重力做功的特点：一、重力做功的特点：与路径无关与路径无关，只与起点和终点的，只与起点和终点的高度差高度差有关有关二、重力势能：地球上的物体具有的与它高度二、重力势能：地球上的物体具有的与它高度有关的能量。有关的能量。表达式表达式 三、重力做功与重力势能变化的关系三、重力做功与重力势能变化的关系四、重力势能是四、重力势能是相对相对的的，正负表示大小正负表示大小。一般不加说明是以地面或题目中的最低点所一般不加说明是以地面或题目中的最低点所在的平面在的平面 作为零势能参考面。作为零势能参考面。五、弹性势能五、弹性势能对选定的参考平面而言对选定的参考平面而言,在参考平面上方的物体，高在参考平面上方的物体，高度是正值，重力势能也是正度是正值，重力势能也是正值；在参考平面下方的物体，值；在参考平面下方的物体，高度是负值，重力势能也是高度是负值，重力势能也是负值负值.物体具有负的重力势物体具有负的重力势能，表示物体在该位置具有能，表示物体在该位置具有的重力势能比在参考平面上的重力势能比在参考平面上具有的重力势能要少具有的重力势能要少.参考平面的选取是任意的参考平面的选取是任意的,通常通常选取地面作为参考平面选取地面作为参考平面(零势面零势面)