物理高一教科版必修2學(xué)案第4章3勢(shì)能

3勢(shì)能學(xué)習(xí)目標(biāo)重點(diǎn)難點(diǎn)1．理解重力勢(shì)能的概念，會(huì)用重力勢(shì)能的定義式進(jìn)行計(jì)算．2．理解重力勢(shì)能的變化和重力做功的關(guān)系．知道重力做功與路徑無(wú)關(guān)．3．知道重力勢(shì)能的相對(duì)性.重點(diǎn)：1．重力做功的特點(diǎn)、重力勢(shì)能及其相對(duì)性．2．重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系．難點(diǎn)：重力勢(shì)能的相對(duì)性及其正、負(fù).1．重力做功（1）特點(diǎn)：只跟物體運(yùn)動(dòng)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)．（2）表達(dá)式：WG＝mg（h1－h(huán)2）＝mgh.2．重力勢(shì)能（1）定義：物體由于被舉高而具有的能量．（2）大?。旱扔谒苤亓εc所處高度的乘積，表達(dá)式為Ep＝mgh.（3）相對(duì)性：重力勢(shì)能總是相對(duì)選定的參考平面而言的．（該平面常稱(chēng)為零勢(shì)能面）（4）系統(tǒng)性：重力勢(shì)能是地球與物體所組成的系統(tǒng)共有的．3．重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系（1）表達(dá)式：WG＝mgh1－mgh2.（2）兩種情況：①當(dāng)物體從高處運(yùn)動(dòng)到低處時(shí)，重力做正功，重力勢(shì)能減少，即WG＞0，Ep1＞Ep2.②當(dāng)物體由低處運(yùn)動(dòng)到高處時(shí)，重力做負(fù)功，重力勢(shì)能增加，即WG＜0，Ep1＜Ep2.重力做負(fù)功也叫做物體克服重力做功．4．彈性勢(shì)能物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能量叫做彈性勢(shì)能．物體的形變?cè)酱?，彈性?shì)能越大．一、重力勢(shì)能的理解1．為什么說(shuō)重力勢(shì)能具有相對(duì)性？什么是參考平面？參考平面的選擇是唯一確定的嗎？答案：重力勢(shì)能總是相對(duì)于某個(gè)水平面來(lái)說(shuō)的，這個(gè)水平面叫參考平面．參考平面選取不同，重力勢(shì)能的數(shù)值就不同．可見(jiàn)，重力勢(shì)能具有相對(duì)性．參考面的選擇具有任意性，選擇哪個(gè)水平面作為參考平面，可視具體情況而定，通常選擇地面作為參考平面．2．重力勢(shì)能的負(fù)值是怎么來(lái)的？Ep1＝－3J和Ep2＝－5J哪個(gè)表示的勢(shì)能大？不同參考平面下兩個(gè)勢(shì)能值可以比較大小嗎？答案：（1）重力勢(shì)能的負(fù)值來(lái)源于零勢(shì)能參考平面的選擇，當(dāng)物體位于參考平面下方時(shí)，其勢(shì)能即為負(fù)值．（2）重力勢(shì)能為標(biāo)量，有正負(fù)，正負(fù)可以表示大小，Ep1＝－3J大于Ep2＝－5J.（3）重力勢(shì)能具有相對(duì)性，同一物體位于同一位置，若選擇不同的零勢(shì)能參考平面，物體的勢(shì)能也不相同，因此不同參考平面下不能比較重力勢(shì)能的大小．關(guān)于重力勢(shì)能的說(shuō)法，正確的是（）．A．重力勢(shì)能等于零的物體，不能對(duì)別的物體做功B．重力勢(shì)能是地球和物體共有的，而不是物體單獨(dú)具有的C．在同一高度的質(zhì)量相同的物體，雖然參考平面選取不同，但重力勢(shì)能一定相等D．在地面上的物體，它具有的重力勢(shì)能一定等于零答案：B解析：重力勢(shì)能是由物體和地球的相對(duì)位置決定的能，由地球和物體所共有，故選項(xiàng)B正確；由于重力勢(shì)能具有相對(duì)性，其大小與參考平面的選取有關(guān)，所以重力勢(shì)能等于零并不等于沒(méi)有對(duì)外做功的本領(lǐng)，只是表明物體的重心位于參考平面上，故選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤；只有選地面為參考平面時(shí)，地面上的物體重力勢(shì)能才等于零，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤．1．相對(duì)性：因?yàn)镋p＝mgh，高度h的相對(duì)性決定了重力勢(shì)能具有相對(duì)性，例如計(jì)算放在桌子上的物體具有多大的重力勢(shì)能時(shí)，可能有不同的結(jié)果．如圖所示，若選擇桌面為參考面，物體的重力勢(shì)能為0，選擇地面為參考面，物體的重力勢(shì)能為正值，選擇桌面上方的某一高度為參考面，物體的重力勢(shì)能為負(fù)值．2．系統(tǒng)性：重力是地球與物體相互吸引引起的，如果沒(méi)有地球?qū)ξ矬w的吸引，就不會(huì)有重力，也不存在重力勢(shì)能，所以重力勢(shì)能是這個(gè)系統(tǒng)共同具有的，平時(shí)所說(shuō)的“物體”的重力勢(shì)能只是一種簡(jiǎn)化的說(shuō)法．3．重力勢(shì)能是標(biāo)量：物體的重力勢(shì)能為負(fù)值表示物體的重力勢(shì)能比在參考面上時(shí)具有的重力勢(shì)能要少，這跟用正負(fù)表示溫度高低是相似的．二、重力做功與重力勢(shì)能的區(qū)別和聯(lián)系如圖所示，如果重力的功與路徑有關(guān)，即對(duì)應(yīng)于同樣的起點(diǎn)和終點(diǎn)，重力對(duì)同一物體所做的功隨物體運(yùn)動(dòng)路徑的不同而不同，我們還能把mgh叫做物體的重力勢(shì)能嗎？為什么？如果重力做功與路徑有關(guān)，還能把mgh叫做重力勢(shì)能嗎？答案：如果重力做的功與路徑有關(guān)，物體從同樣的起點(diǎn)沿不同的路徑運(yùn)動(dòng)到同樣的終點(diǎn)，重力做的功不同，物體在終點(diǎn)位置具有的能量不同，就不能把mgh叫做物體的重力勢(shì)能了．如圖所示，桌面距地面0.8m，一物體質(zhì)量為2kg放在距桌面0.4m的支架上．（取g=9.8m/s2）（1）以地面為參考平面，計(jì)算物體具有的重力勢(shì)能，并計(jì)算物體由支架下落到桌面過(guò)程中，重力勢(shì)能變化了多少？（2）以桌面為參考平面，計(jì)算物體具有的重力勢(shì)能，并計(jì)算物體由支架下落到桌面過(guò)程中，重力勢(shì)能變化了多少？答案：（1）23.52J7.84J（2）7.84J7.84J解析：（1）以地面為參考平面：h=1.2m，則：Ep=mgh=2×9.8×1.2J=23.52J，ΔEp=mgΔh=2×9.8×（0.40）J=7.84J.（2）以桌面為參考平面：h=0.4m，則：Ep=mgh=2×9.8×0.4J=7.84J，ΔEp=mgΔh=2×9.8×（0.40）J=7.84J.提示：（1）重力做功是重力勢(shì)能變化的原因，重力做的功與重力勢(shì)能的變化量為等值關(guān)系，兩者均與參考平面的選擇無(wú)關(guān)．（2）重力勢(shì)能的變化只取決于物體的重力做功的情況，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)．三、彈性勢(shì)能的理解彈弓是一種兒童玩具，也是一種兵器，它是由兩根橡皮條和一個(gè)木叉制成的．拉伸橡皮條的過(guò)程中人對(duì)橡皮條做功，使其具有一定的彈性勢(shì)能，放手后橡皮條的彈力做功，將儲(chǔ)存的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為石子的動(dòng)能，使石子以較大的速度飛出，具有一定的殺傷力．要想將石子射得更遠(yuǎn)些，應(yīng)把橡皮條拉長(zhǎng)些還是拉短些呢？為什么？答案：應(yīng)把橡皮條拉長(zhǎng)些，因橡皮條拉得越長(zhǎng)，人克服彈力做功越多，橡皮條具有的彈性勢(shì)能越多，放手后，橡皮條的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為石子的動(dòng)能越大，石子就射得更遠(yuǎn)．關(guān)于彈簧的彈性勢(shì)能，下列說(shuō)法中正確的是（）．A．當(dāng)彈簧變長(zhǎng)時(shí)，它的彈性勢(shì)能一定增大B．當(dāng)彈簧變短時(shí)，它的彈性勢(shì)能一定變小C．在拉伸長(zhǎng)度相同時(shí)，勁度系數(shù)k越大的彈簧，它的彈性勢(shì)能越大D．彈簧在拉伸時(shí)的彈性勢(shì)能一定大于壓縮時(shí)的彈性勢(shì)能答案：C解析：彈簧彈性勢(shì)能的大小，除了跟勁度系數(shù)k有關(guān)外，還跟它的形變量（拉伸或壓縮的長(zhǎng)度）有關(guān)．如果彈簧原來(lái)處于壓縮狀態(tài)，當(dāng)它變長(zhǎng)時(shí)，它的彈性勢(shì)能應(yīng)該先減小，在原長(zhǎng)處它的彈性勢(shì)能最小，所以A、B、D均錯(cuò)誤．1．彈性勢(shì)能的產(chǎn)生原因：（1）物體發(fā)生了彈性形變；（2）各部分間的彈力作用．2．彈性勢(shì)能的影響因素：（1）彈簧的形變量x；（2）彈簧的勁度系數(shù)k.3．彈性勢(shì)能與彈力做功的關(guān)系如圖所示，O為彈簧的原長(zhǎng)處．（1）彈力做負(fù)功時(shí)：如物體由O向A運(yùn)動(dòng)（壓縮）或者由O向A′運(yùn)動(dòng)（伸長(zhǎng)）時(shí)，彈性勢(shì)能增大，其他形式的能轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能．（2）彈力做正功時(shí)：如物體由A向O運(yùn)動(dòng)，或者由A′向O運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈性勢(shì)能減小，彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能．（3）彈力做功與彈性勢(shì)能變化的關(guān)系為W彈＝－ΔEp.1．關(guān)于重力勢(shì)能，下列說(shuō)法正確的是（）．A．重力勢(shì)能只由重物決定B．重力勢(shì)能不能有負(fù)值C．重力勢(shì)能是相對(duì)的D．放在地面上的物體重力勢(shì)能一定為零答案：C解析：重力勢(shì)能由重力和高度共同決定，不能說(shuō)只由重物決定，A錯(cuò)；重力勢(shì)能雖然是標(biāo)量，但是有正、負(fù)之分，B錯(cuò)；重力勢(shì)能是相對(duì)的，是相對(duì)零參考面而言的，C正確；重力勢(shì)能的零參考面的選取是任意的，如果不選地面為零參考面，那么物體的重力勢(shì)能就不為零，D錯(cuò)．2．如圖所示，在豎直平面內(nèi)，將一物體沿三種不同的路徑自A移動(dòng)至B.已知路徑①表示沿直線(xiàn)移動(dòng)，路徑②表示沿曲線(xiàn)移動(dòng)，路徑③表示沿折線(xiàn)A→C→B移動(dòng)，重力所做的功分別記為W1、W2、W3，則（）．A．W1＝W2＝W3B．W1＜W2＜W3C．W1＞W(wǎng)2＞W(wǎng)3D．W1＝W3＜W2答案：A解析：根據(jù)重力做功特點(diǎn)，重力做功與路徑無(wú)關(guān)，由初、末位置的高度差決定，所以W1＝W2＝W3，A項(xiàng)正確．3．甲、乙兩個(gè)物體位置如圖所示，若取桌面為零勢(shì)能面，其重力勢(shì)能分別為Ep1、Ep2，則有（）．A．Ep1＞Ep2B．Ep1＜Ep2C．Ep1＝Ep2D．無(wú)法判斷答案：A解析：以桌面為零勢(shì)面，物體位于桌面上時(shí)，勢(shì)能為0，Ep1＝0，物體在地面上時(shí)，處于參考面下方，重力勢(shì)能為負(fù)值，Ep2＝－mgh＜0.4．如圖所示，在光滑水平面上有一物體，它的左端連一彈簧，彈簧的另一端固定在墻上，在力F作用下物體處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)撤去F后，物體將向右運(yùn)動(dòng)．在物體向右運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是（）．A．彈簧的彈性勢(shì)能逐漸減小B．彈簧的彈性勢(shì)能逐漸增大C．彈簧的彈性勢(shì)能先增大后減小D．彈簧的彈性勢(shì)能先減小后增大答案：D解析：彈簧開(kāi)始處于壓縮狀態(tài)，物體向右運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中彈簧的形變量先變小后變大，所以彈簧的彈性勢(shì)能先減小后增大．5．質(zhì)量為3kg的物體放在高4m的平臺(tái)上，求：（g取10m/s2）（1）物體相對(duì)于平臺(tái)表面的重力勢(shì)能是多少？（2）物體相對(duì)于地面的重力勢(shì)能是多少？（3）物體從平臺(tái)落到地面上，重力勢(shì)能變化了多少？重力做的功是多少？答案：（1）0（2）120J（3）－120J120J解析：（1）物體相對(duì)于平臺(tái)表面