高中物理教科版必修1教案 重力勢能2

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1117、5 重力勢能一、教學目標1知道重力勢能的定義。理解重力勢能的計算公式，知道重力勢能是標量，單位是焦耳。2理解重力做功與重力勢能的關系。3知道重力勢能的值是相對的，理解重力勢能正負的含義。4了解彈性勢能，知道彈簧的彈性勢能的決定因素。5從能的轉化角度和功能關系來解釋和分析物理現象二、重點難點疑點及解決辦法1重點：重力勢能大小的確定2難點：重力勢能的相對性的理解，參考平面的選擇方法。3疑點：如何理解重力對物體做功等于物體重力勢能增量的負值。4教學方法（1）演繹推導物體重力勢能的定義表達方式。（2）類比分析，舉例釋疑。三、教具學具準備彈簧、鐵球、木球、玻璃缸、細沙、長木板，木塊四、教學步驟 【引入新課】 介紹：俄羅斯“和平號”空間站于2001年3月23日北京時間14時0分12秒所有殘片都已成功安全地墜入預定的南太平洋海域，墜毀過程極為壯觀美麗，137噸的龐然大物分解燃燒，天空中出一條條長長的金色軌跡這是一個完美的告別，“和平號”的15年風雨歷程將成為人類永恒的記憶“和平號”的功績將永載史冊 現提問：“和平號”空間站墜落時，為什么會燃燒？ 碎片燃燒時，溫度可達3000，其能量由什么能量轉化而來？ 【講授新課】1重力勢能 （l）定義：物體由于被舉高而具有的能量 演示實驗，用木球和鐵球先后從同一高度處自由下落，落入玻璃缸中的細沙中，觀察到什么現象？這說明了什么？（鐵球深入細砂中的距離比木球要長，這說明，質量大的物體在相同的高度時，重力勢能大，克服細砂阻力做功要多） 用鐵球在不同的高度處自由下落，先后落入玻璃缸中的細砂里，觀察到什么現象，這又說明了什么？（鐵球在比較高的地方落下來，深入砂中的距離也比較長，這說明，同一個物體在比較高的地方重力勢能較大，克服細砂阻力做功要多） 綜上所述，物體的重力勢能的大小與物體的質量和物體所處的高度有關現在來推導重力勢能的定量表達式：投球的質量為m，從高度為的A點下落到高度為的B點，如圖所示，重力所做的功為（2）重力勢能的表述式 物體的重力勢能等于物體的重量和它的高度的乘積，重力勢能是標量，也是狀態(tài)量，其單位為J 2重力做功的特點（1）、重力做功與路徑無關，只與物體的始末位置的高度差和重力大小有關。（2）、重力做功的大小WG=mgh，h為始末位置的高度差。（3）、重力做正功，物體重力勢能減少；重力做負功，物體重力勢能增加。 例1、沿著高度相同，坡度不同，粗糙程度也不同的斜面向上拉同一物體到頂端，以下說法中正確的是()A.沿坡度小，長度大的斜面上升克服重力做的功多 B.沿長度大、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.上述幾種情況重力做功同樣多解析：重力做功的特點是，重力做功與物體運動的具體路徑無關，只與初末位置物體的高度差有關，不論是光滑路徑或粗糙路徑，也不論是直線運動還是曲線運動，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、長度大小及粗糙程度如何，只要高度差相同，克服重力做的功就一樣多，故選D。例2 一質量為5kg的小球從5m高處下落, 碰撞地面后彈起, 每次彈起的高度比下落高度低1m, 求:小球從下落到停在地面的過程中重力一共做了多少功? (g=9.8m/s2)解析：小球下落高度為5m ，重力做功與路徑無關。3重力勢能的理解(1)重力勢能具有系統(tǒng)性：由物體和地球的相對位置所決定的能叫重力勢能，它是物體和地球共有的。(2)重力勢能具有相對性：重力勢能Ep=mgh式中h是物體到參考平面的高度，參考平面的選取會影響重力勢能的值，在參考平面內，物體的重力勢能為零；在參考平面上方的物體，重力勢能為正值；在參考平面下方的物體，重力勢能為負值。(3)重力勢能變化具有絕對性：盡管重力勢能的大小與參考平面的選擇有關，但重力勢能的變化量都與參考平面的選擇無關，這體現了它的不變性（絕對性）。(4) 重力勢能是標量,但有正負，且正負能反映和比較重力勢能的大小。 3彈性勢能 演示實驗：把水平放置的輕彈簧一端固定，另一端系一木塊，壓（或拉）木塊，使彈簧縮短（或伸長）再釋放木塊，讓彈簧的作用力帶動木塊在水平面上運動 可知，發(fā)生彈性形變的物體能對外界做功，因而具有能量，這種能量就叫彈性勢能，它存在于發(fā)生彈性形變的物體之中 舉出除彈簧以外的彈性勢能存在的實例 彈性勢能的大小，與物體的性質（如勁度系數）和形變量有關，可用實驗演示彈簧形變量越大對外界做功可越多來說明 勢能又叫位能，它是由相互作用的物體的相對位置決定機械運動中的勢能是重力勢能和彈性勢能的統(tǒng)稱 【同步檢測】1.關于重力勢能的理解，下列說法正確的是A.重力勢能是一個定值 B.當重力對物體做正功時，物體的重力勢能減少C.放在地面上的物體，它的重力勢能一定等于0 D.重力勢能是物體和地球共有的，而不是物體單獨具有的2以下說法中，正確的是：A重力勢能大的物體，離地面高度大； B重力勢能大的物體，所受重力一定大；C重力勢能大的物體，質量不一定大； D重力勢能大的物體，速度不一定大。3質量相同的實心木球和銅球，放在同一水平桌面上，則它們的重力勢能是：A木球大； B銅球大； C一樣大； D不能比較。4以下敘述中正確的是：A重力對物體做功越多，物體的重力勢能越少；B物體克服重力做功越多，物體的重力勢能越少；C重力對物體不做功，物體的重力勢能一定為零；D物體沒克服重力做功，物體的重力勢能不一定為零。2-4-25. 如圖2-4-2所示，桌面離地高為h，質量為m的小球從離桌面高為H處自由下落，不計空氣阻力，假設桌面為零勢能的參考平面，則小球在圖示位置處的重力勢能 （ ） A、mgh B、mgH C、mg（H+h） D、mg（H-h）6.物體在運動過程中，克服重力做功50J，則()A.重力做功為50JB.物體的重力勢能一定增加50JC.物體的重力勢能一定減小50JD.重力做功為-50J7.用起重機將質量為m的物體勻速地吊起一段距離，那么作用在物體上各力的做功情況應該是下面的哪種說法A.重力做正功，拉力做負功，合力做功為零 B.重力做負功，拉力做正功，合力做正功C.重力做負功，拉力做正功，合力做功為零 D.重力不做功，拉力做正功，合力做正功8.井深8m，井上支架高為2m，在支架上用一根3m長的繩子系住一個重100N的物體，則物體的重力勢能是(以地面為參考平面)()A.100JB.700JC.100JD.無法確定9.甲、乙兩物體，從很高的同一處自由下落2s，重力做功之比_，對地面的重力勢能之比_.2-4-310.如圖2-4-3所示，質量為m的物體，放于水平面上，物體上豎直固定一長度為l、勁度系數為h的輕質彈簧，現用手拉住彈簧上端P緩慢向上提，使物體離開地面上升一段距離在這一過程中，若P端上移的距離為H，求物體重力勢能的增加量. 同步檢測答案 1.BD 2CD 3A 4AD 5.B 6.BD 7.C 8.C 9.5:1,5:1 10. 背景知識與課外閱讀 ：用能量最低原理求解兩例物理題 高中化學中講到“能量最低原理”在不違背泡利原理的情況下，核外電子總是盡先安排布在能量最低的軌道上，電子在該軌道上，處于穩(wěn)定狀態(tài)，其實，能量最低原理也適用于物體系物體系的穩(wěn)定狀態(tài)與系統(tǒng)的勢能有關，勢能越小則狀態(tài)越穩(wěn)定物體系在不受外力的情況下，總處在勢能最小的狀態(tài)，即穩(wěn)定狀態(tài)下面利用能量最低原理，求解兩例物理題 例1 一質量均勻不可伸長的繩索，重為 G ，A、B兩端固定在天花板上，如圖所示今在最低點C施加一豎直向下的力將繩拉至D點，在此過程中，繩索AB的重心位置（ ） A逐漸升高 B逐漸降低 C先降低后升高 D始終不變 解析：由能量最低原理知，物體在靜止情況下，總處于能量最低狀態(tài)（即穩(wěn)定狀態(tài)）該狀態(tài)下重力勢能最小故施力F后，細繩重心上升，故選答案A 例2 如圖所示容器A、B中各有一個可自由移動的輕活塞，活塞下面是水大氣壓恒定，A、B底部由帶閥門K的管道相連，整個裝置與外界絕熱，原先A中的水面比B中的高，打開閥門，使A中的水逐漸向B中流，在這個過程中（ ） A大氣壓力對水做功，水的內能增加 B水克服大氣壓力做功，水的內能不變 C大氣壓力對水不做功，水的內能不變 D大氣壓力對水不做功，水的內能增加解析：由能量最低原理可知，打開閥門見水達到平衡時應具有最小勢能，故在打開閥門至平衡過程中，水的重力勢能減小又由題意知整個裝置與外界絕熱，因此由能量守恒得，重力勢能的減少量轉化為水的內能故選答案D111