高中物理《勢能》課件

高中物理《勢能》課件CATALOGUE目錄勢能基本概念與性質(zhì)重力勢能及其變化彈性勢能及其變化萬有引力與天體運(yùn)動(dòng)中的勢能問題電場中的電勢能及其變化總結(jié)與拓展01勢能基本概念與性質(zhì)勢能是物體間由于相互作用而具有的能量，與物體間的相對(duì)位置有關(guān)。勢能定義勢能反映了物體間相互作用的強(qiáng)弱和性質(zhì)，是物體間能量轉(zhuǎn)化和傳遞的重要形式。物理意義勢能定義及物理意義保守力做功與路徑無關(guān)，只與物體初末位置有關(guān)。如重力、彈力等。非保守力做功與路徑有關(guān)，不僅與物體初末位置有關(guān)。如摩擦力、空氣阻力等。保守力與非保守力區(qū)分非保守力保守力勢能零點(diǎn)選擇勢能零點(diǎn)可以任意選擇，但通常選擇使問題簡化或符合實(shí)際情況的點(diǎn)作為勢能零點(diǎn)。勢能計(jì)算根據(jù)保守力做功與路徑無關(guān)的特點(diǎn)，可以通過計(jì)算保守力在物體移動(dòng)過程中的做功來計(jì)算勢能的變化。勢能零點(diǎn)選擇與計(jì)算勢能是標(biāo)量勢能具有相對(duì)性勢能與保守力關(guān)系勢能轉(zhuǎn)化與守恒勢能性質(zhì)探討01020304勢能只有大小，沒有方向，是標(biāo)量。勢能的大小與勢能零點(diǎn)的選擇有關(guān)，具有相對(duì)性。保守力是勢能變化的原因，勢能是保守力做功的結(jié)果。在只有保守力做功的情況下，勢能與動(dòng)能可以相互轉(zhuǎn)化，但總機(jī)械能守恒。02重力勢能及其變化重力勢能表達(dá)式$E_p=mgh$，其中$m$為物體質(zhì)量，$g$為重力加速度，$h$為物體相對(duì)于參考平面的高度。重力勢能的意義表示物體在重力場中由于位置而具有的能量。物體在重力場中的位置越高，具有的重力勢能越大。重力勢能表達(dá)式及意義重力做功與路徑無關(guān)，只與物體初末位置的高度差有關(guān)。即$W_G=mgDeltah$，其中$Deltah$為物體初末位置的高度差。重力做功的特點(diǎn)無論物體沿何種路徑從初位置到末位置，重力做功都相同。這一特點(diǎn)簡化了重力做功的計(jì)算。路徑無關(guān)性的意義重力做功與路徑無關(guān)性重力勢能的變化等于負(fù)的重力做功，即$DeltaE_p=-W_G$。當(dāng)重力做正功時(shí)，重力勢能減小；當(dāng)重力做負(fù)功時(shí)，重力勢能增加。重力勢能變化與重力做功的關(guān)系利用重力勢能變化可以分析物體在重力場中的運(yùn)動(dòng)情況，如拋體運(yùn)動(dòng)、自由落體運(yùn)動(dòng)等。重力勢能變化的應(yīng)用重力勢能變化分析地球表面附近重力加速度近似為常數(shù)在地球表面附近，由于地球半徑遠(yuǎn)大于物體高度，因此可認(rèn)為重力加速度$g$近似為常數(shù)。這使得在該區(qū)域內(nèi)計(jì)算重力勢能和重力做功變得相對(duì)簡單。地球表面附近重力勢能的變化規(guī)律在地球表面附近，物體的高度變化會(huì)引起重力勢能的顯著變化。當(dāng)物體高度增加時(shí)，重力勢能增加；當(dāng)物體高度減小時(shí)，重力勢能減小。這一規(guī)律對(duì)于分析近地物體的運(yùn)動(dòng)具有重要意義。地球表面附近重力勢能特點(diǎn)03彈性勢能及其變化彈性形變與恢復(fù)形變過程彈性形變物體在受到外力作用時(shí)，形狀或體積發(fā)生改變，當(dāng)外力撤去后，物體能恢復(fù)原狀的形變。恢復(fù)形變過程當(dāng)外力撤去后，物體內(nèi)部各部分之間的相互作用力使物體逐漸恢復(fù)到原來的形狀或體積。VSEp=1/2kx^2，其中k為勁度系數(shù)，x為形變量。彈性勢能的意義表示物體由于發(fā)生彈性形變而具有的勢能，其大小與形變量和勁度系數(shù)有關(guān)。彈性勢能表達(dá)式彈性勢能表達(dá)式及意義振動(dòng)過程中彈性勢能的變化在振動(dòng)過程中，彈簧振子的彈性勢能隨著形變量的變化而變化。當(dāng)振子向平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，形變量減小，彈性勢能減??；當(dāng)振子遠(yuǎn)離平衡位置時(shí)，形變量增大，彈性勢能增大。彈性勢能與動(dòng)能之間的轉(zhuǎn)化在振動(dòng)過程中，彈簧振子的彈性勢能和動(dòng)能之間不斷轉(zhuǎn)化。當(dāng)振子向平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈性勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能；當(dāng)振子遠(yuǎn)離平衡位置時(shí)，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈性勢能。彈簧振子中彈性勢能變化其他彈性體中的彈性勢能彈性繩在受到拉伸或壓縮時(shí)會(huì)產(chǎn)生彈性形變，從而具有彈性勢能。其大小與形變量和彈性繩的勁度系數(shù)有關(guān)。彈性繩中的彈性勢能彈性桿在受到彎曲或扭轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生彈性形變，從而具有彈性勢能。其大小與形變量和彈性桿的勁度系數(shù)有關(guān)。彈性桿中的彈性勢能04萬有引力與天體運(yùn)動(dòng)中的勢能問題任何兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)都存在通過連心線方向上的相互吸引的力，該力大小與它們質(zhì)量的乘積成正比，與它們距離的平方成反比。天體（如行星）繞中心天體（如太陽）做橢圓運(yùn)動(dòng)，同時(shí)遵守開普勒三定律，即軌道定律、面積定律和周期定律。萬有引力定律天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律萬有引力定律及天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律回顧引力勢能定義在萬有引力作用下，物體在空間中某點(diǎn)所具有的勢能稱為引力勢能。其大小與物體在該點(diǎn)的位置及中心天體的質(zhì)量有關(guān)。要點(diǎn)一要點(diǎn)二引力勢能與動(dòng)能轉(zhuǎn)化在天體運(yùn)動(dòng)中，引力勢能與動(dòng)能之間可以相互轉(zhuǎn)化。例如，衛(wèi)星在近地點(diǎn)時(shí)動(dòng)能最大，勢能最??；在遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí)動(dòng)能最小，勢能最大。天體運(yùn)動(dòng)中引力勢能概念引入衛(wèi)星變軌原理通過改變衛(wèi)星的速度，可以改變其受到的萬有引力與所需向心力的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)軌道的升高或降低。引力勢能與軌道變化當(dāng)衛(wèi)星從低軌道向高軌道變軌時(shí)，需要克服引力做功，引力勢能增加；反之，從高軌道向低軌道變軌時(shí)，引力做功，引力勢能減少。衛(wèi)星軌道變化與引力勢能關(guān)系分析黑洞是一種極度強(qiáng)大的天體，其引力如此之強(qiáng)以至于連光也無法逃脫。在黑洞邊緣（事件視界）內(nèi)，引力勢能達(dá)到無窮大。黑洞中的引力勢能宇宙膨脹是指空間本身在不斷地?cái)U(kuò)張。在這一過程中，物質(zhì)的密度逐漸減小，導(dǎo)致引力勢能也發(fā)生變化。這種變化對(duì)于理解宇宙的演化和未來具有重要意義。宇宙膨脹與引力勢能黑洞和宇宙膨脹等前沿話題探討05電場中的電勢能及其變化電場強(qiáng)度描述電場的力的性質(zhì)，表示電場中某點(diǎn)的電場力與該點(diǎn)電荷量的比值，方向?yàn)檎姾稍谠擖c(diǎn)所受電場力的方向。電勢描述電場的能的性質(zhì)，表示電場中某點(diǎn)與參考點(diǎn)之間的電勢差，單位為伏特。電勢是標(biāo)量，只有大小，沒有方向。電場強(qiáng)度和電勢概念回顧電荷在電場中受力情況電荷在電場中受到電場力的作用，其大小與電荷量和電場強(qiáng)度成正比，方向與電場強(qiáng)度方向相同或相反（取決于電荷的正負(fù)）。電荷在電場中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律根據(jù)牛頓第二定律，電荷在電場中的加速度與電場力成正比，與電荷質(zhì)量成反比。因此，不同質(zhì)量和電荷量的粒子在相同電場中的運(yùn)動(dòng)軌跡和速度可能不同。電荷在電場中受力情況和運(yùn)動(dòng)規(guī)律電荷在電場中具有電勢能，其大小等于將電荷從該點(diǎn)移動(dòng)到參考點(diǎn)過程中電場力所做的功。當(dāng)電荷在電場中移動(dòng)時(shí)，其電勢能會(huì)發(fā)生變化。若電場力對(duì)電荷做正功，則電勢能減??；若電場力對(duì)電荷做負(fù)功，則電勢能增加。電荷在電場中移動(dòng)時(shí)電勢能變化電勢能變化電勢能定義電容器儲(chǔ)存的能量電容器能夠儲(chǔ)存電能，其儲(chǔ)存的能量與電容器的電容和兩端電壓的平方成正比。電容器充放電過程當(dāng)電容器充電時(shí)，電源將電能儲(chǔ)存在電容器中；當(dāng)電容器放電時(shí)，儲(chǔ)存的電能通過外電路釋放出來。在充放電過程中，電容器的電壓、電荷量和儲(chǔ)存的能量都會(huì)發(fā)生變化。電容器儲(chǔ)存能量問題06總結(jié)與拓展各種類型勢能之間聯(lián)系和區(qū)別由物體與地球之間的相互作用力而產(chǎn)生的勢能，其大小與物體的質(zhì)量和高度有關(guān)。物體由于發(fā)生彈性形變而具有的勢能，其大小與物體的形變程度和彈性系數(shù)有關(guān)。電荷在電場中具有的勢能，與電荷量及電勢差有關(guān)。分子間相互作用力而產(chǎn)生的勢能，與分子間距離和分子間作用力有關(guān)。重力勢能彈性勢能電勢能分子勢能騎自行車下坡時(shí)，重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，使自行車加速；拉伸或壓縮彈簧時(shí)，具有彈性勢能。日常生活工業(yè)生產(chǎn)科技領(lǐng)域利用物體的重力勢能進(jìn)行水力發(fā)電；借助彈性勢能設(shè)計(jì)減震裝置。在航天工程中利用引力勢能助推航天器；在微觀領(lǐng)域，利用電勢能操控粒子。030201勢能在日常生活、工業(yè)生產(chǎn)以及科技領(lǐng)域應(yīng)用舉例