物理 第七章 机械能守恒定律 第4节 重力势能3 新人教版必修2 .ppt

第第4节节 重力势能重力势能（1）打桩机的重锤举高后从高处落下时，为什么重锤举高能把水泥桩打进地里?（2）水力发电站为什么要修那么高的大坝？美国内华达州亚利桑那陨石坑。这个陨石坑是美国内华达州亚利桑那陨石坑。这个陨石坑是5万年前，一颗直径约为万年前，一颗直径约为3050米的铁质流星撞击地面的结果。这颗流星重约米的铁质流星撞击地面的结果。这颗流星重约50万千克、速度达到万千克、速度达到20千米秒，千米秒，爆炸力相当于爆炸力相当于2000万千克梯恩梯万千克梯恩梯(TNT)，超过美国轰炸日本广岛那颗原子弹的一，超过美国轰炸日本广岛那颗原子弹的一千倍。爆炸在地面上产生了一个直径约千倍。爆炸在地面上产生了一个直径约1245米，平均深度达米，平均深度达180米的大坑。据说，米的大坑。据说，坑中可以安放下坑中可以安放下20个足球场，四周的看台则能容纳个足球场，四周的看台则能容纳200多万观众。多万观众。陨陨石石坑坑美美国国内内华华达达州州亚亚利利桑桑那那2002年月日上午，俄罗斯高加索年月日上午，俄罗斯高加索北奥塞梯地区的一个村庄发生雪崩，造成至北奥塞梯地区的一个村庄发生雪崩，造成至少人失踪。少人失踪。雪雪崩崩势能：势能：相互作用的物体相互作用的物体凭借凭借 “其”位置位置而具有的能量。又称作而具有的能量。又称作“位能位能”一个新的概念一个新的概念重力势能重力势能探究探究1:用自己的课本做如下试验用自己的课本做如下试验1、与高度有关、与高度有关2、与质量有关、与质量有关 1）同一课本从不同高度下落到自己手）同一课本从不同高度下落到自己手上，感觉上，感觉 2）不同质量的课本从同一高度下落到）不同质量的课本从同一高度下落到自己手上，感觉自己手上，感觉 探究得到的结论：探究得到的结论：每一种力做功都对应着一种能量的变化！功是能量转化的量度！猜猜看猜猜看?重力势能的大小与物体的质量、物重力势能的大小与物体的质量、物体之间的相对高度在数值上有什么体之间的相对高度在数值上有什么关系呢？关系呢？探究探究2:物体的重力势能与质量和高度有物体的重力势能与质量和高度有怎样的定量关系呢怎样的定量关系呢?1、探究方法、探究方法:2、探究过程、探究过程功和能的关系功和能的关系,从重力做功探究从重力做功探究重力势能的概念重力势能的概念情景体验情景体验1:一个质量为一个质量为m的物体的物体,从高度为从高度为h1的位置的位置A竖直向下竖直向下运动到高度是运动到高度是h2的位置的位置B,这个过程中重力做的功是多少这个过程中重力做的功是多少?ABh1h2hmg探究结果：WG=mgh1mgh2情景体验情景体验2:一个质量为一个质量为m的物体的物体,从高度为从高度为h1的位置的位置A沿着倾斜沿着倾斜的直线向下运动到高度是的直线向下运动到高度是h2的位置的位置B,这个过程中重力做的功是这个过程中重力做的功是多少多少?ABh1h2hmgl探究结果：探究结果：WG=mgh1mgh2情景体验情景体验3:如果这个物体沿任意路径从高度为如果这个物体沿任意路径从高度为h1的位置的位置A运动到高度是运动到高度是h2的位置的位置B,这个过程中重力做的功是多少这个过程中重力做的功是多少?ABh1h2hmgA1A2A3h1h2h3探究方法：极限法类型类型3类型类型2类型类型1重力的功BBh1h2h3hh1h2Amg类型类型1 1:类型类型2 2:类型类型3 3:A1A2A3WGmghmgh1mgh2WGmgl cosmghmgh1mgh2WGmgh1mgh2mgh3 mgh mgh1mgh2lBmgAAmg1、探究结果：、探究结果：WG=mgh1mgh22、探究结论：、探究结论：物体运动时，重力对它做的功只跟它的起点和终点的物体运动时，重力对它做的功只跟它的起点和终点的位置有关，而跟物体运动的路径无关。重力作正功重力势位置有关，而跟物体运动的路径无关。重力作正功重力势能增加；重力做负功重力势能减小能增加；重力做负功重力势能减小看起来，物体所受的重力和它所处的高度的乘积，看起来，物体所受的重力和它所处的高度的乘积，是一个是一个具有特殊意义具有特殊意义的物理量。这个物理量一方面与的物理量。这个物理量一方面与重力所做的功密切相关，另一方面它随着高度的变化重力所做的功密切相关，另一方面它随着高度的变化而变化，恰与势能的基本特征一致。而变化，恰与势能的基本特征一致。一、重力做功一、重力做功二、重力势能二、重力势能1、定义：物体的重力势能等于它所受重力与、定义：物体的重力势能等于它所受重力与所处高度的乘积所处高度的乘积.2、表达式：、表达式：3、单位：国际单位、单位：国际单位:焦耳焦耳(J)重力势能是标重力势能是标量，无方向，但有正负。量，无方向，但有正负。4、重力势能的变化重力势能的变化 EP=mgh2-mgh1Ep=mgh讨论与交流讨论与交流（1）假设教学楼每层教室的高度是）假设教学楼每层教室的高度是4m，日光灯的质量是日光灯的质量是1kg，你们目测我们教室，你们目测我们教室上面的灯有多高？灯的重力势能是多少？上面的灯有多高？灯的重力势能是多少？四楼的同学觉得我们教室上方的灯有多高四楼的同学觉得我们教室上方的灯有多高？重力势能是多少？重力势能是多少？（2）通过上一个问题，请说一说关于重）通过上一个问题，请说一说关于重力势能表达式中的力势能表达式中的“h”，你有什么看法，你有什么看法？三、重力势能的相对性三、重力势能的相对性 定定义义：选选取取某某一一水水平平面面，假假定定物物体体在在这这个个水水平平面面上上时时，重重力力势势能能为为零零，这这个个平平面面叫叫做做重重力势能的力势能的“参考平面参考平面”，又叫，又叫“零势能面零势能面”注意注意:（1）重力势能表达式中的）重力势能表达式中的“h”是相对于参考是相对于参考平面而言的，物体位于同一位置，取不同的参考平面，平面而言的，物体位于同一位置，取不同的参考平面，它的重力势能值可能不同。所以我们说，重力势能具它的重力势能值可能不同。所以我们说，重力势能具有有“相对性相对性”。参考平面的选取是任意的参考平面的选取是任意的.(2)物体位于参考平面之上时，重力势能为物体位于参考平面之上时，重力势能为“正正”，位，位于参考平面之下时，重力势能为负；正负表示大小。于参考平面之下时，重力势能为负；正负表示大小。学科网例：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)参考参考参考参考平面平面平面平面小球在小球在小球在小球在AA点重点重点重点重力势能力势能力势能力势能小球在小球在小球在小球在BB点重点重点重点重力势能力势能力势能力势能下落过程下落过程下落过程下落过程小球重力小球重力小球重力小球重力做功做功做功做功下落过程下落过程下落过程下落过程小球重力小球重力小球重力小球重力势能变化势能变化势能变化势能变化桌面桌面桌面桌面地面地面地面地面6J10J-4J0h1h2AB选取不同的参考平面,物体的重力势能的数值不同例：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请按要求填写请按要求填写下表下表(g=10m/s2)参考参考参考参考平面平面平面平面小球在小球在小球在小球在AA点重点重点重点重力势能力势能力势能力势能小球在小球在小球在小球在BB点重点重点重点重力势能力势能力势能力势能下落过程下落过程下落过程下落过程小球重力小球重力小球重力小球重力做功做功做功做功下落过程下落过程下落过程下落过程小球重力小球重力小球重力小球重力势能变化势能变化势能变化势能变化桌面桌面桌面桌面地面地面地面地面6J10J-4J010J10J减少10J减少10Jh1h2AB选取不同的参考平面,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，WG和和EP与参考面的选择无关与参考面的选择无关意义：意义：重力势能的变化是绝对的重力势能的变化是绝对的（高度变化有绝对性高度变化有绝对性）四：四：重力做功与重力势能的变化重力做功与重力势能的变化结论结论结论结论1 1：重力对物体做了多少正功，物体的重力势：重力对物体做了多少正功，物体的重力势：重力对物体做了多少正功，物体的重力势：重力对物体做了多少正功，物体的重力势能就减少多少；重力对物体做了多少负功，重力能就减少多少；重力对物体做了多少负功，重力能就减少多少；重力对物体做了多少负功，重力能就减少多少；重力对物体做了多少负功，重力势能就增加多少；势能就增加多少；势能就增加多少；势能就增加多少；结论结论2：物体的物体的重力势能重力势能与参考面的选取有关，与参考面的选取有关，具有相对性；具有相对性；重力势能的变化重力势能的变化，和，和重力做功重力做功与参考平与参考平面的选取无关，是绝对的；面的选取无关，是绝对的；五五.重力势能的系统性重力势能的系统性 严格说来，重力势能是地球和物体所严格说来，重力势能是地球和物体所组成的这个物体组成的这个物体“系统系统”所共有的，所共有的，而不是地球上的物体单独具有的。而不是地球上的物体单独具有的。平常所说的平常所说的“物体物体”的重力势能，只的重力势能，只是一种习惯简化的说法。是一种习惯简化的说法。重力做功，物体重力势能变化；重力做功，物体重力势能变化；如果没有重力，还有重力势能吗如果没有重力，还有重力势能吗？说明：说明：1、重力是地球与物体之间的相互作用力，严格地说，重力势能是地球与物体所组成的“系统”所共有的，而不是说物体具有重力势能。2、势能是物体系由于其中各物体之间或物体内各部分、势能是物体系由于其中各物体之间或物体内各部分存在相互作用而具有的能存在相互作用而具有的能,是由各物体的相对位置决定是由各物体的相对位置决定的，所以势能也叫的，所以势能也叫“位能位能”。例如：我们以后会学到。例如：我们以后会学到的分子力与分子势能，电场力与电势能。它们都是系的分子力与分子势能，电场力与电势能。它们都是系统共有的统共有的 ，都具有类似的功能规律。，都具有类似的功能规律。20温馨提示：势能是系统所共有的。温馨提示：势能是系统所共有的。课堂小结一、重力做功的特点：与路径无关，只与起点和一、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终点的高度差有关二、重力做功与重力势能变化的关系：二、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，重力势能增加三、重力势能：地球上的物体具有的与它们相对三、重力势能：地球上的物体具有的与它们相对高度有关的能量。高度有关的能量。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。在的平面作为参考平面。五、势能是系统能五、势能是系统能 在雅典奥运会举重男子69公斤级比赛中，中国选手张国政以抓举160公斤，挺举187.5公斤，总成绩347.5公斤获得金牌，这也是中国代表团在本届奥运会上的第11枚金牌。张 国 政 制 胜 的 一 举，挺 举187.5kg，杠铃被举高约2m。试求：1、杠铃的势能变化多少？2、重力做功多少？3、设挺举过程中，做功时间1s，求运动员发挥的平均功率是多少？课外探究：跳高运动过竿形式的发展历程，从重力势能的角度讨论不同过竿动作的技术特点，背越式跳高的优点。随着人类能量消耗的迅速增加，如何有效地提高随着人类能量消耗的迅速增加，如何有效地提高能量利用率是人类所面临的一项重要任务。下图能量利用率是人类所面临的一项重要任务。下图是上海是上海“明珠线明珠线”某轻轨车站的设计方案，与站某轻轨车站的设计方案，与站台连接的轨道有一个小的坡度。请你从台连接的轨道有一个小的坡度。请你从提高能量提高能量利用效率利用效率的角度，分析这种设计的优点。的角度，分析这种设计的优点。课后探究：课后探究：v研究物体从某一高研究物体从某一高处自由下落后，插入处自由下落后，插入沙土过程中受到的平沙土过程中受到的平均阻力。均阻力。方法方法：让物体：让物体A从一定高度从一定高度处自由落下，处自由落下，并插入沙土中；并插入沙土中；量出量出A下落的下落的高度高度H和进入和进入沙土的深度沙土的深度h(h为物体的长为物体的长度与物体进入度与物体进入沙土后露出地沙土后露出地面部分的高度面部分的高度之差之差)。AF=?思考：思考：物体下落时物体下落时重力势能的重力势能的减少与物体减少与物体克服阻力做克服阻力做功有怎样的功有怎样的关系？关系？n谢谢合作谢谢合作