重力势能(精).doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date重力势能(精)七彩教育网重力势能【教法探析】导入新课故事导入1994年7月7日，苏梅克列维9号彗星以60 km/s的速度，向木星飞驰而去.第一颗彗核撞上了木星，紧接着，其余的彗核也接二连三地向木星撞击，这一壮烈的天体碰撞，持续了5天才告结束.碰撞产生了相当于20亿颗原子弹爆炸的威力，产生的火球，直径达10 km，温度达到7 000 ，产生的光亮在数亿千米外也能拍到，腾

2、起的蘑菇云极为壮观，形成的尘埃云团与地球同样大小，并存在了几个月之久.教师引导学生思考讨论：为什么彗星撞击木星时会产生如此大的能量呢?情景导入大屏幕投影展示下面几幅图片，让学生自己仔细观察，并自己提出问题来讨论.2002年9月21日上午，俄罗斯高加索北奥塞梯地区的一个村庄发生雪崩，造成至少100人失踪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3050米的铁质流星撞击地面的结果.据说，坑中可以安放下20个足球场，四周的看台则能容纳200多万观众参考问题：1.我们看到一个冰天雪地、广袤无垠的银色世界，它带给人们的是圣洁、平和、宁静的感受，一种心灵的洗涤.但是一旦大量积雪从高处滑

3、下形成雪崩.一面面白茫茫的雪墙排山倒海而来，你将感受到大雪崩所带来最令人惊心动魄的白色恐惧，将对人们的生命与财产带来灾难为什么这么漂亮的雪花有如此大的破坏力？发生的雪崩为什么具有这么大的能量？2.通过美国内华达州亚利桑那的陨石坑现象，你能说出这么大的能量与哪些因素有关？实验引入教师利用课前准备好的实验仪器：自制小桌、铁块（一大一小两个）、盛满沙的小盒,如图.先让学生猜测重力势能的影响因素.通过学生分组讨论，由学生代表表述自己的想法，重力势能的影响因素有哪些？然后分别设计实验，验证学生的猜想.推进新课一、重力的功问题：物体的重力势能跟哪些影响因素有关呢？通过重力势能的定义，引导学生找出重力势能的

4、影响因素：物体的质量与高度.具体的关系，要求学生设计具体的物理情景来探讨.情境设置：把自制的物理小桌放在盛满沙的盒子中，比较质量不同的两个铁块落在小桌上时小桌陷入的深度；比较同一铁块从不同的高度落在桌子上陷入的深度.实验一：用质量不同的两个铁块从同一高度释放，观察小桌陷入沙子中的深度.实验二：用同一个铁块从不同高度释放，观察小桌陷入沙子中的深度.学生认真操作实验，并记录观察到的实验现象.现象：在实验一中，铁块的质量越大，小桌陷入沙子中的深度越大；在实验二中，铁块释放的高度越高，小桌陷入沙子中的深度越大.通过以上实验的进行，学生深切感受两个影响因素对重力势能的影响，并从中总结具体是怎样影响的：物

5、体的质量越大，高度越大，重力势能就越大.因此，要研究重力势能，就不能脱离对重力做功的研究.重力做功的特点：创设情景，引导学生推导重力做功的特点:如图，提出物体从A到C的几种情况，让学生写出在这几种情况下，物体从AC，重力做的功：图A是物体由A做自由落体到B，再水平运动到C，容易得出此过程中，重力做功为mgh；图B是物体沿斜面由A滑到C，重力做功为：mgssin=mgh；图C是物体沿曲面由A滑到C，可以把曲面看成很多段小斜面组成，利用图B的结论可以得出，重力做功也为mgh.还可从A到BC面画任意路径让学生求重力做功，可以看出结论都为mgh.学生从以上三个过程的推导中容易得到重力做功的特点：重力做

6、功与路径无关，只与物体起点和终点位置的高度差有关.思维拓展重力做功与路径无关，其他力(比如摩擦力)做功是否与路径有关？回答是肯定的.可见，重力做功的特点不能乱用，要视具体力而定.同时提醒学生，今后学习中还会遇到具有这种特点的力（例如电场力）.如右图所示，指导学生计算质量为m的物体，从A运动到B的过程中，重力做的功是多少？小球的质量为m，从高度为h1的A点下落到高度为h2的B点，如图所示，重力所做的功为：WG=mgh=mgh1-mgh2从上面的表达式，可以看出重力做功的大小等于重力跟起点高度的乘积mgh1与重力跟终点高度的乘积mgh2两者之差.点评：引导学生逐步认识mgh1、mgh2两个量是用来

7、描述初末状态能量特点的，为重力势能概念的提出作思路引导.二、重力势能复习势能的概念：相互作用的物体凭借其相对位置而具有的能量，称为势能.mgh这个物理量具有特殊的物理意义，一方面与重力做功有关（相互作用），又随高度的变化而变化（凭借其相对位置），具有了势能的特征.物理学中，把物理量mgh叫做物体的重力势能，用Ep表示.点评：教师在分析重力做功的基础上，分析势能的两个主要特征，mgh同时具备两个主要特征，重力势能概念的提出就水到渠成.师生共同讨论，理解Ep=mgh，主要采取讲授式：1.标矢性：标量2.单位：焦耳（J）问题:重力做功引起了物体位置的变化，物体位置变化引起重力势能变化，重力做功与重力

8、势能变化有什么关系呢？引导学生推导：重力做功也可以写成WG=Ep1-Ep2当物体下落时，重力做正功mgh，WG0，即Ep1Ep2，这说明，重力做功，重力势能Ep减少，减少的值等于重力所做的功.同理，当物体上升时，重力做负功-mgh，重力势能Ep增加的值等于重力所做的功，要注意的是，重力做负功也可以说成物体克服重力做功.重力做功是重力势能变化的量度.三、重力势能的相对性问题：将一个质量为5 kg的铁球放在4楼一张1.5 m高的桌子上，已知每层楼的高度均为2.5 m，求铁球的重力势能.要求学生分组计算，让各小组代表自由表述自己的计算结果，教师暂不作评价.预测学生的计算情况，在高度的数值代入上有不同

9、的意见.出现计算上的矛盾，此时，教师引导学生感受由于参考面的选取不同，给计算造成了不便，无法计算.因为没有说明物体的高度是以什么位置为零高度.请学生分别写出上图中以B和地面C为零点的物体的重力势能：Ep1=mgh1，Ep2=mg(h1+h2)，（h1=AB，h2=BC）.总结：1.重力势能具有相对性，是与零点选取有关的，因此在表达重力势能时，要指明势能零点的位置.我们把重力势能为零的水平面叫做零势能面.通常以水平地面为零势能面.2.对选定的参考平面而言，在参考平面上方的物体，高度是正值，重力势能也是正值；在参考平面下方的物体，高度是负值，重力势能也是负值.物体具有负的重力势能，表示物体在该位置

10、具有的重力势能比在参考平面上具有的重力势能要少.自主学习：学生分别写出以B和地面C为零点情况下，物体落在B和落在地面C上时与初态的重力势能差：Ep1=-mgh1,Ep2=-mg(h1+h2)，这是与零点选取无关的.师生总结：不论我们如何选择参考系，对于一物理过程，重力势能的改变是一定的.我们今后的学习中，更多地是研究某物理过程中重力势能的变化，这时我们就可以适当选择参考系使问题简化，而不会影响结果.【学法导引】一、重力做功的特点1.探究过程：如图所示，质量为m的物体经三条不同的路径，从高度是h1的位置运动到高度是h2的位置2归纳总结：重力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

11、关，功的大小等于物重跟起点高度与终点高度之差的乘积例1质量为m的小球从距地面高为h处自由落下，碰地后弹起的高度为，然后落下，碰地后再弹起，弹起的高度为，最后小球静止于地面上，求整个过程中重力做的功【解析】由重力做功的特点可知，重力做功与小球实际路径无关所以Wmgh.【答案】mgh【方法总结】重力做功与物体运动的路径无关，只与初末位置的高度差有关，这一点尤其在解一些往复运动或多个过程的问题时，可以省去大量的中间步骤，使得解题单刀直入、一步求解，富于灵活性二、对重力势能的理解1重力势能具有相对性重力势能的表达式Epmgh中的h是指物体重心到参考平面的高度，因此重力势能的大小与参考平面的选取有关，在

12、参考平面以上为正值，以下为负值，位于参考平面时为零2重力势能参考平面的选取是任意的视处理问题的方便而定，一般选取地面或物体运动时所达到的最低点所在平面为零势能参考平面3重力势能的变化是绝对的尽管重力势能的大小与参考平面的选取有关，但重力势能的变化量与参考平面的选取无关4重力势能是系统共有的倘若没有地球，就谈不上重力，那么物体也就不可能具有重力势能所以，严格来说，重力势能是地球和物体所组成的“系统”共有的，而不是物体单独具有的特别提醒：重力势能是标量，只有大小没有方向，但有正、负，其正、负表示与参考平面上物体势能的相对大小例2金茂大厦是上海的标志性建筑之一，其主体建筑地上88层，地下3层，高42

13、0.5 m，是目前国内第一、世界第三的高楼，如图所示距地面341 m的第88层为国内迄今最高的观光层，环顾四周，极目眺望，上海新貌尽收眼底，质量为60 kg的游客，在下列情况中，他的重力势能各是多少？(g取10 m/s2) (1)以地面为参考平面；(2)以第88层为参考平面；(3)以420.5 m的楼顶为参考平面，若他乘电梯从地面上升到88层，需克服重力做多少功？【思路点拨】先求出选不同位置为参考平面时物体所处的高度，再根据重力势能的定义式求物体的重力势能特别提醒：重力势能变化的多少是由重力做功来唯一量度的，跟物体所处的运动状态及是否受其他力或其他力是否做功无关例3如图所示，在水平地面上平铺n

14、块砖，每块砖的质量为m，厚度为h，如将砖一块一块地叠放起来，至少需要克服重力做多少功？【答案】0.5n(n1)mgh【方法总结】不能看成质点的物体相对于参考平面的高度是指其重心相对参考平面的高度判断物体重力势能的变化或重力做的功，应根据重心位置的变化分析求解【模拟练习】1、将一物体由A移至B，重力做功(D)A与运动过程中是否存在阻力有关B与物体沿直线或曲线运动有关C与物体是做加速、减速或匀速运动有关D与物体发生的位移有关2.如图，质量为m的小球，从离桌面H高处由静止下落，桌面离地高度为h.若以桌面为参考平面，那么小球落地时的重力势能及整个过程中重力势能的变化分别是(D)Amgh减少mg(Hh)

15、Bmgh减少mg(Hh)Cmgh减少mg(Hh)Dmgh减少mg(Hh)3关于重力做功和物体的重力势能，下列说法不正确的是(C)A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C地球上任何一个物体的重力势能都是一个确定值D重力做功的多少与重力势能的变化都与参考平面的选取无关4如图所示，一条铁链长为2 m，质量为10 kg，放在水平地面上，拿住一端提起铁链直到铁链全部离开地面的瞬间，物体克服重力做功为多少？物体的重力势能变化了多少？答案：98 J增加了98 J【真题再现】1. （2012福建理综）如图，表面光滑的固定斜面顶端安装一定滑轮，小物块A、B用轻绳

16、连接并跨过滑轮（不计滑轮的质量和摩擦）。初始时刻，A、B处于同一高度并恰好静止状态。剪断轻绳后A下落、B沿斜面下滑，则从剪断轻绳到物块着地，两物块A速率的变化量不同B机械能的变化量不同C重力势能的变化量相同D重力做功的平均功率相同4（2011全国理综卷）我国“嫦娥一号”探月卫星发射后，先在“24小时轨道”上绕地球运行(即绕地球一圈需要24小时)；然后，经过两次变轨依次到达“48小时轨道”和“72小时轨道”；最后奔向月球。如果按圆形轨道计算，并忽略卫星质量的变化，则在每次变轨完成后与变轨前相比， A卫星动能增大，引力势能减小B卫星动能增大，引力势能增大 C卫星动能减小，引力势能减小D卫星动能减小，引力势能增大【答案】：D【解析】：变轨后轨道半径增大，速度减小，卫星动能减小，引力势能增大，选项D正确。3（2010上海理综）高台滑雪运动员腾空跃下，如果不考虑空气阻力，则下落过程中该运动员机械能的转换关系是（ ）A动能减少，重力势能减少 B动能减少，重力势能增加C动能增加，重力势能减少 D动能增加，重力势能增加【答案】C-