【課堂設計】14-15高中物理教科版必修2：學案4.3勢-能

第3節(jié)勢能[導學目標]1.理解重力勢能的概念，會用重力勢能的定義式進行計算.2.理解重力做功與重力勢能變化的關(guān)系.3.知道重力勢能具有相對性.4.知道重力勢能是物體和地球所組成的系統(tǒng)所共有的.5.理解彈性勢能的概念．1．勢能：相互作用的物體憑借其______而具有的能量．2．重力勢能：物體由于__________而具有的能量．3．水力發(fā)電站是利用了__________來發(fā)電的．4．功是力與________________________的乘積.一、重力做的功[問題情境]請同學們依據(jù)已有的學問求解下列三種狀況下重力做的功．[要點提煉]1．重力做功的特點物體運動時，重力對它做的功只跟它的起點和終點的位置有關(guān)，而跟物體運動的______無關(guān)，功的大小等于物重跟起點高度的乘積與物重跟終點高度的乘積這兩者之差．2．重力做功的大小與物體的運動狀態(tài)無關(guān)，與物體是否受其他的力無關(guān)(如：斜面是否光滑等)．3．假如重力做負功，我們常說物體克服重力做了功．4．對于物體沿任意曲線運動的狀況，接受“________”，這種方法有時可以掛念我們解決很多問題．5．重力做功的大小WG＝mgh＝mgh1－mgh2，式中的h指物體運動的起點高度跟終點高度之差．[即學即用]1．沿著高度相同、坡度不同、粗糙程度也不同的斜面將同一物體分別從底端拉到頂端，下列說法正確的是()A．沿坡度小的斜面運動時物體克服重力做功多B．沿坡度大、粗糙程度大的斜面運動時物體克服重力做功多C．沿坡度小、粗糙程度大的斜面運動時物體克服重力做功多D．不管沿怎樣的斜面運動，物體克服重力做的功相同圖12．如圖1所示，質(zhì)量為m的小球在半徑為R的半圓形軌道上來回運動，下列說法正確的是()A．若A、B等高，從A到B重力做功mg·2RB．若A、B等高，從A到B重力做功為零C．若軌道有摩擦，重力做的功最多是mgRD．若軌道有摩擦，重力做的功可以大于mgR二、重力勢能[要點提煉]1．定義：我們把物理量mgh叫做物體的重力勢能，常用Ep表示，即Ep＝mgh.上式表明，物體的重力勢能等于物體受到的重力和它的______的乘積．2．重力勢能Ep是標量，但有________．正值：即Ep>0，表示位于參考平面以上的物體的重力勢能；零：即Ep＝0，表示位于參考平面上的物體的重力勢能；負值：即Ep<0，表示位于參考平面以下的物體的重力勢能．可見，Ep的符號僅表示其相對大?。?，在同一參考平面內(nèi)，Ep1＝100J，Ep2＝－100J，則Ep1>Ep2，這與功的正、負的物理意義是不同的，類似于溫度＋2℃高于－3．單位：重力勢能的單位在國際單位制中是焦耳(J)，1J＝1kg·m·s－2·m＝14．重力勢能是狀態(tài)量．5．重力勢能的相對性(1)重力勢能有______性，即Ep與選取的參考平面(零勢能面)______．因此，在計算重力勢能時，必需首先選取參考平面．(2)重力勢能的變化是________的，它與參考平面的選取______．6．重力勢能是屬于______的，假如沒有地球，就沒有重力，也就談不上重力勢能了，所以，重力勢能是地球與物體所組成的這個______所共有的，而不是地球上的物體單獨具有的．[即學即用]3．樓上某房間地板高出樓外地面4m，窗臺比地板高1m．一個質(zhì)量為10kg的重物分別放在窗臺上A處、地板上B處和樓外地面上C處(1)以樓外地面為參考平面(零勢能面)，重物在A、B、C三處的重力勢能分別為EpA＝________，EpB＝________，EpC＝________.(2)以該房間地板為參考平面，重物在A、B、C三處的重力勢能分別為EpA＝________，EpB＝________，EpC＝________.(3)重物在A、B兩處的重力勢能之差EpA－EpB＝________________，A、C兩處的重力勢能之差EpA－EpC＝______________.(4)物體在某處的重力勢能的量值，跟參考平面的選取________關(guān)．三、重力做功與重力勢能變化的關(guān)系[問題情境]圖2如圖2所示，質(zhì)量為m的物體自高度為h2的A處下落至高度為h1的B處，求此過程中重力做的功和重力勢能的變化量，并分析它們之間的關(guān)系．[要點提煉]1．關(guān)系：重力做正功，重力勢能削減，重力做的功等于重力勢能的削減量；重力做負功，重力勢能增加，重力做的功等于重力勢能的增加量，即WG＝－ΔEp.2．當物體從高處向低處運動時，重力做正功，重力勢能減小，也就是WG>0，Ep1>Ep2.這時，重力勢能減小的數(shù)量等于重力所做的功．3．當物體從低處向高處運動時，重力做負功，重力勢能增加，也就是WG<0，Ep1<Ep2.這時，重力勢能增加的數(shù)量等于克服重力所做的功．[即學即用]4．關(guān)于重力勢能與重力做功的下列說法中正確的是()A．物體克服重力所做的功等于重力勢能的增加量B．在同一高度，將物體以初速度v0向不同方向拋出，從拋出到落地的過程中，重力所做的功相等，物體所削減的重力勢能也肯定相等C．重力勢能等于零的物體，不行能對別的物體做功D．用手托住一個物體勻速上舉時，手的支持力做的功等于克服重力所做的功與物體的重力勢能增量之和四、彈性勢能[要點提煉]1．物體由于發(fā)生__________而具有的能量叫做彈性勢能．2．發(fā)生形變的物體________具有彈性勢能，只有發(fā)生________的物體才具有彈性勢能．3．彈性勢能屬于發(fā)生彈性形變的物體．4．彈性勢能的大小也具有______性，與零勢能位置的規(guī)定有關(guān)，一般規(guī)定自然長度處彈性勢能為零．[即學即用]5．關(guān)于彈性勢能，下列說法中正確的是()A．任何發(fā)生彈性形變的物體，都具有彈性勢能B．任何具有彈性勢能的物體，肯定發(fā)生了彈性形變C．物體只要發(fā)生形變，就肯定具有彈性勢能D．彈簧的彈性勢能只跟彈簧被拉伸或壓縮的長度有關(guān)1．重力做功的特點：物體運動時，重力對它做的功只跟它的起點和終點的位置有關(guān)，而跟物體運動的路徑無關(guān)．2．重力勢能(1)重力勢能：等于它所受重力與所處高度的乘積．(2)重力勢能的公式：Ep＝mgh.(3)重力勢能是標量，其單位與功的單位相同，在國際單位制中都是焦耳，符號為J.(4)重力做功與重力勢能變化量之間的關(guān)系：①重力做正功時，重力勢能削減，削減的重力勢能等于重力所做的功．②物體克服重力做功(重力做負功)，重力勢能增加，增加的重力勢能等于物體克服重力所做的功．3．重力勢能的相對性(1)零勢能面．(2)參考平面的選擇：通常選擇地面為參考平面．4．物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能叫做彈性勢能．勢能是系統(tǒng)所共有的．第3節(jié)勢能課前預備區(qū)1．位置2.位于高處3.重力勢能4.在力的方向上發(fā)生的位移課堂活動區(qū)核心學問探究一、[問題情境](1)如圖甲，設一個質(zhì)量為m的物體，從高度為h1的位置，豎直向下運動到高度為h2的位置，這個過程中重力做的功是WG＝mgh＝mgh1－mgh2(2)如圖乙，物體沿傾斜直線運動的距離是L，在這一過程中重力所做的功是WG＝mgcosθ·L＝mgh＝mgh1－mgh2(3)如圖丙，我們把整個路徑分成很多很短的間隔AA1，A1A2，A2A由于每一段都很小很小，它們都可以近似地看做一段傾斜的直線．設每段小斜線的高度差分別是Δh1，Δh2，Δh3，…，則物體通過每段小斜線時重力所做的功分別為mgΔh1，mgΔh2，mgΔh3，…，物體通過整個路徑時重力所做的功，等于重力在每小段上所做的功的代數(shù)和，即WG＝mgΔh1＋mgΔh2＋mgΔh3＋…＝mg(Δh1＋Δh2＋Δh3＋…)＝mgh＝mgh1－mgh2[要點提煉]1．路徑4.極限法[即學即用]1．D[物體運動過程中克服重力所做的功等于物體所受重力與物體上升的高度的乘積，與物體的運動路徑無關(guān)，也與是否受到其他力無關(guān)，所以A、B、C錯誤，D正確．]2．BC[若A、B等高，從A到B，小球在豎直方向上的位移為零，故重力做功為零，A錯，B對；小球下落的高度最大為R，故若軌道粗糙，重力做功最多是mgR，故C對，D錯．]二、[要點提煉]1．高度2.正、負5.(1)相對有關(guān)(2)確定無關(guān)6.系統(tǒng)系統(tǒng)[即學即用]3．(1)490J392J0(2)98J0－392J(3)98J490J(4)有三、[問題情境]重力做功WG＝mg(h2－h(huán)1)＝mgΔh，物體的重力勢能由mgh2變?yōu)閙gh1，重力勢能的轉(zhuǎn)變量ΔEp＝mgh1－mgh2＝－mgΔh，可見WG＝－ΔEp.所以，重力做的功等于重力勢能的變化量．[即學即用]4．AB[重力勢能具有相對性，重力對物體所做的功等于物體重力勢能的變化，即WG＝－ΔEp，故A、B正確；重力勢能等于零，只能說明物體在參考平面上，不影響其對別的物體做功，故C錯；對于D，物體勻速上升，手的支持力大小等于物體的重力，二者移動的距離也相同，所以手的支持力做的功等于克服重力做的功，又WG＝－ΔEp，故手的支持力做的功也等于物體重力勢能的增加量，而不是等于二者之和，故D錯．]四、[要點提煉]1．彈