高中物理第四章機(jī)械能和能源第3節(jié)勢(shì)能課件教科版.pptx

1、第3節(jié)勢(shì)能,自主學(xué)習(xí),課堂探究,達(dá)標(biāo)測(cè)評(píng),自主學(xué)習(xí) 課前預(yù)習(xí)感悟新知,(教師參考) 目標(biāo)導(dǎo)航,重點(diǎn):重力勢(shì)能的定義與計(jì)算;重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系 難點(diǎn):勢(shì)能的相對(duì)性、系統(tǒng)性,情境鏈接 鍛壓機(jī)工作時(shí),重錘從高處落下可以鍛壓工件;拉開(kāi)的弓可以把箭高速射出;撐桿跳運(yùn)動(dòng)中彎曲的桿能使運(yùn)動(dòng)員到達(dá)高處. 請(qǐng)問(wèn):高處的重錘、拉開(kāi)的弓及彎曲的桿具有什么能?其大小與什么有關(guān)?,信息 1.高處的重錘具有重力勢(shì)能,其大小與質(zhì)量和高度有關(guān). 2.拉開(kāi)的弓、彎曲的桿具有彈性勢(shì)能,其大小與其形變大小有關(guān).,教材梳理,一、重力勢(shì)能 1.重力做功 (1)物體的高度發(fā)生變化時(shí),重力要做功:物體被舉高,重力做負(fù)功,物體下降

2、時(shí),重力做正功. (2)重力做功的特點(diǎn):重力對(duì)物體做的功跟 無(wú)關(guān),僅由物體的質(zhì)量和始、末兩個(gè)位置的 決定,即WG=mgh1-mgh2. 2.重力勢(shì)能 (1)定義:物體由于位于高處而具有的能量. (2)大小:物體的重力勢(shì)能等于物體受到的重力和它的 的乘積,表達(dá)式為Ep= .,路徑,高度,高度,mgh,(3)重力勢(shì)能具有相對(duì)性:只有選定參考平面后,才能確定重力勢(shì)能的數(shù)值.物體在同一位置,選取不同參考平面,其重力勢(shì)能 . 3.重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系:重力做多少正功,重力勢(shì)能減少多少;重力做多少負(fù)功,重力勢(shì)能增加多少,其關(guān)系式為WG=-Ep.,不同,想一想 一個(gè)物體的重力勢(shì)能由1 J變?yōu)?3 J

3、,其重力勢(shì)能是增大了還是減小了? 答案:減小了,重力勢(shì)能是標(biāo)量,其正負(fù)代表大小.,二、彈性勢(shì)能 1.定義:物體由于發(fā)生 而具有的能量. 2.影響彈性勢(shì)能的因素:物體的 越大,彈性勢(shì)能越大. 3.彈性勢(shì)能的改變:物體彈性勢(shì)能的改變總是與彈力做功相對(duì)應(yīng),即彈力對(duì)外做多少正功,就減少多少?gòu)椥詣?shì)能,如果克服彈力做了多少功,就會(huì)增加多少?gòu)椥詣?shì)能. 三、勢(shì)能的系統(tǒng)性 1.重力勢(shì)能是 與受重力作用的 組成的系統(tǒng)所共有的. 2.彈性勢(shì)能是 與受彈力作用的 組成的系統(tǒng)所共有的.,彈性形變,形變,地球,物體,彈力裝置,物體,1.在同一高度的質(zhì)量不同的兩個(gè)物體,它們的重力勢(shì)能一定不同.() 2.不同物體在同一高度,

4、重力勢(shì)能可以不同.() 3.重力做功與位移有關(guān).() 4.彈性勢(shì)能是由于彈力做功引起的.() 5.不同彈簧發(fā)生相同的形變量時(shí)彈力做功相同.() 6.彈簧彈力做正功時(shí),彈簧彈性勢(shì)能增加.(),思考判斷,答案:1.2.3.4.5.6.,要點(diǎn)一,重力做功與重力勢(shì)能的變化,課堂探究 核心導(dǎo)學(xué)要點(diǎn)探究,【問(wèn)題導(dǎo)學(xué)】 1.如圖所示,一個(gè)質(zhì)量為m的小球,從同一高度h處分別沿豎直方向下落、沿斜面下滑、水平拋出、斜向上拋出,最后落到同一水平面內(nèi).小球沿上述四條不同的路徑運(yùn)動(dòng),重力對(duì)小球做的功相同嗎?這說(shuō)明了什么?,答案:重力對(duì)小球做功相同,說(shuō)明重力做功只跟物體初、末位置的高度有關(guān),跟運(yùn)動(dòng)路徑無(wú)關(guān).,【問(wèn)題導(dǎo)學(xué)】

5、 2.如圖所示,以地面為參考平面,質(zhì)量為m的物體分別放置于A,B兩點(diǎn),其重力勢(shì)能的大小如何比較?結(jié)果怎樣?,答案:方法一:數(shù)值比較 以地面為參考平面,則物體不管處于A點(diǎn)還是B點(diǎn),其重力勢(shì)能均為負(fù)值,“-”表示該位置是在參考平面以下,數(shù)值大者重力勢(shì)能小,故物體在A點(diǎn)的重力勢(shì)能大于在B點(diǎn)的重力勢(shì)能,即EpAEpB. 方法二:重力做功比較 物體由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至B點(diǎn)的過(guò)程中,重力做正功,故物體的重力勢(shì)能減小,從而EpAEpB.,【要點(diǎn)歸納】 1.對(duì)重力勢(shì)能的理解 (1)重力勢(shì)能具有相對(duì)性.表達(dá)式Ep=mgh中的h是指物體重心到參考平面的高度,其大小與參考平面的選取有關(guān). (2)重力勢(shì)能是地球和物體所組成的

6、“系統(tǒng)”共有的,而不是物體單獨(dú)具有的. (3)重力勢(shì)能是標(biāo)量,但有正、負(fù),其正、負(fù)表示物體處在參考平面的上方或下方. (4)重力勢(shì)能的變化與參考平面的選取無(wú)關(guān).,2.重力做功與重力勢(shì)能的比較,【典例1】在離地30 m處的樓頂上無(wú)初速度釋放一小球,小球的質(zhì)量為m=500 g,不計(jì)空氣阻力,g取10 m/s2,取最高點(diǎn)所在水平面為參考平面.求: (1)在第2 s末小球的重力勢(shì)能; (2)前3 s內(nèi)重力所做的功,重力勢(shì)能的改變.,思路點(diǎn)撥 (1)釋放后,小球的重力勢(shì)能是負(fù)值. (2)重力做功與參考平面的選取無(wú)關(guān),與小球下落的高度有關(guān). (3)重力做正功,重力勢(shì)能減少.,答案:(1)-100 J (2

7、)150 J減少了150 J,規(guī)律方法,重力勢(shì)能變化與重力做功的關(guān)系,重力勢(shì)能變化的原因是因?yàn)橹亓ψ隽斯?重力做多少功,物體的重力勢(shì)能就改變多少,兩者間的數(shù)值關(guān)系式為WG=-Ep.重力勢(shì)能是相對(duì)的,而重力做功是絕對(duì)的,不具有相對(duì)性.,(教師備用) 例1-1:世界著名撐桿跳高運(yùn)動(dòng)員烏克蘭名將布勃卡身高1.83 m,體重82 kg,他曾35次打破撐桿跳高世界紀(jì)錄(如圖所示),目前仍保持著6.14 m的世界紀(jì)錄.請(qǐng)你回答以下兩個(gè)問(wèn)題:(g取10 m/s2),解析:(1)人的重心大約在人身高的一半的位置,即0.915 m,在撐桿跳的過(guò)程中,人的重心升高的高度為h=6.14 m-0.915 m=5.22

8、5 m,在人重心升高的過(guò)程中,克服重力所做的功為W=mgh=82105.225 J=4 284.5 J; 答案:(1)4 284.5 J,(1)他最后跳過(guò)6.14 m時(shí),至少克服重力做多少功?,解析:(2)運(yùn)動(dòng)員克服重力做了功,運(yùn)動(dòng)員的重力勢(shì)能增加了 4 284.5 J. 答案:(2)增加4 284.5 J,(2)他的重力勢(shì)能改變了多少?,針對(duì)訓(xùn)練1-1 (多選)質(zhì)量為m的物體從離湖面H高處由靜止釋放,落在距湖面為h的湖底,如圖所示,在此過(guò)程中( ) A.重力對(duì)物體做功為mgH B.重力對(duì)物體做功為mg(H+h) C.物體的重力勢(shì)能減少了mg(H+h) D.物體的重力勢(shì)能增加了mg(H+h),

9、BC,解析:從初位置到末位置物體的高度下降了H+h,所以物體的重力做功為WG=mg(H+h),故A錯(cuò),B正確;重力做正功,重力勢(shì)能減少,減少的重力勢(shì)能等于重力所做的功,所以Ep=-mg(H+h),故C正確,D錯(cuò)誤.,要點(diǎn)二,彈力做功與彈性勢(shì)能的變化,【問(wèn)題導(dǎo)學(xué)】 物體發(fā)生形變就一定具有彈性勢(shì)能嗎?彈簧的形變量相同,其彈性勢(shì)能就相同嗎?,答案:不一定.物體發(fā)生彈性形變時(shí)才具有彈性勢(shì)能.同一根彈簧或兩根勁度系數(shù)相同的彈簧形變量相同時(shí)彈性勢(shì)能才相同.,【要點(diǎn)歸納】 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)能與彈力做功的關(guān)系 如圖所示,O為彈簧的原長(zhǎng)處

10、 (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.,特別提示,(1)同一個(gè)彈簧伸長(zhǎng)和壓縮相同的長(zhǎng)度時(shí)彈性勢(shì)能相同. (2)彈簧為原長(zhǎng)時(shí),彈性勢(shì)能為零,此時(shí)彈性勢(shì)能最小.,【典例2】某彈簧原長(zhǎng)l0=15 cm,受拉力作用后彈簧逐漸伸長(zhǎng).當(dāng)彈簧伸長(zhǎng)到l1=20 cm時(shí),作用在彈簧上的力為400 N.則: (1)彈簧的勁度系數(shù)為多少? (2)在該過(guò)程中彈力做了多少功? (3)彈簧的彈性勢(shì)能變化了多少?,思路點(diǎn)撥 (1)彈簧彈力的特

11、點(diǎn)F=kx,拉力使彈簧伸長(zhǎng)l=5 cm時(shí),彈力大小為400 N. (2)彈簧彈力做功的特點(diǎn):可作F-x圖像,用面積大小表示功的大小,進(jìn)而求出Ep.,(3)Ep=-W=10 J,Ep0,表示彈性勢(shì)能增加. 答案:(1)8 000 N/m(2)-10 J(3)增加10 J,(1)彈力做正功,彈性勢(shì)能減少,彈力做負(fù)功,彈性勢(shì)能增加,彈性勢(shì)能的變化量總等于彈力做功的負(fù)值,即Ep=-W彈. (2)彈力做功是絕對(duì)的,彈性勢(shì)能是相對(duì)的,與參考平面的選取有關(guān).,彈力做功與彈性勢(shì)能的認(rèn)識(shí),規(guī)律方法,(教師備用) 例2-1:(多選)如圖所示,一個(gè)物體在A時(shí),彈簧處于原長(zhǎng),將物體從A推到B時(shí),彈力做功W1;將物體從

12、A推到B再推到C最后再回到B,彈力做功W2.下列說(shuō)法正確的是( ) A.W1W2 B.W1=W2 C.上述兩個(gè)過(guò)程中彈簧的彈性勢(shì)能變化不同 D.上述兩個(gè)過(guò)程中彈簧的彈性勢(shì)能均增加-W1,解析:對(duì)于同一彈簧,其彈性勢(shì)能的大小取決于它的形變量,將物體由A推到B和將物體由A推到B再推到C最后再回到B的彈簧形變量相同,故有W1=W2,而且均是外界對(duì)彈簧做正功,故彈簧彈性勢(shì)能均增加,A,C錯(cuò)誤,B,D正確.,BD,針對(duì)訓(xùn)練2-1一根彈簧的彈力伸長(zhǎng)量圖像如圖所示,那么彈簧由伸長(zhǎng)8 cm到伸長(zhǎng)4 cm的過(guò)程中,彈力做的功和彈性勢(shì)能的變化量分別為( ) A.3.6 J,-3.6 J B.-3.6 J,3.6

13、J C.1.8 J,-1.8 J D.-1.8 J,1.8 J,C,達(dá)標(biāo)測(cè)評(píng) 隨堂演練檢測(cè)效果,1.沿著高度相同、坡度不同、粗糙程度也不同的兩個(gè)斜面,向上拉同一物體到頂端,下列說(shuō)法中正確的是( ) A.沿坡度大的斜面上升克服重力做的功多 B.沿坡度大、粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功多 C.沿坡度大、粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功少 D.兩種情況克服重力做功同樣多,D,解析:重力做功的特點(diǎn)是重力做功與物體運(yùn)動(dòng)的具體路徑無(wú)關(guān),只與初、末位置的高度差有關(guān),不論是光滑路徑還是粗糙路徑,也不論是直線運(yùn)動(dòng)還是曲線運(yùn)動(dòng),只要初、末位置的高度差相同,重力做功就相同,因此不論坡度大小、長(zhǎng)度大小及粗糙程度

14、如何,只要高度差相同,物體克服重力做的功就同樣多,故選D.,2.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),k越大的彈簧,它的彈性勢(shì)能越大 D.彈性勢(shì)能是彈簧和使它發(fā)生形變的物體所共有的,CD,解析:彈簧的彈性勢(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)處在壓縮狀態(tài),當(dāng)它變長(zhǎng)時(shí),它的彈性勢(shì)能應(yīng)該減小,當(dāng)它變短時(shí),彈性勢(shì)能應(yīng)該增大,在原長(zhǎng)處它的彈性勢(shì)能最小,A,B錯(cuò)誤;形變量相同時(shí),k越大的彈簧,彈性勢(shì)能越大,C正確;彈性勢(shì)能屬于系統(tǒng)所共有的,D正確.,3.(多選)一個(gè)物體以速度v0沖向與豎直墻壁相連的輕質(zhì)彈簧,墻壁和物體間的彈簧被物體壓縮,在壓縮彈簧的過(guò)程中以下說(shuō)法正確的是( ) A.物體對(duì)彈簧做的功與彈簧的壓縮量成正比 B.物體向墻壁運(yùn)動(dòng)連續(xù)兩段相同的位移,彈力做的功不相等 C.彈簧的彈力做正功,彈性勢(shì)能減小 D.彈簧的彈力做負(fù)功,彈性勢(shì)能增加,BD,解析:恒力做功時(shí),做功的多少與物體的位移成正比,而彈簧對(duì)物體的彈力是一個(gè)變力,所以A項(xiàng)錯(cuò)誤.彈簧開(kāi)始被壓縮時(shí)彈力小,物體移動(dòng)一定的距離做的功少,進(jìn)一