2019-2020年高中物理 第2章 能的轉(zhuǎn)化與守恒 第3講 勢(shì)能的改變學(xué)案 魯科版必修2.doc

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2019-2020年高中物理 第2章 能的轉(zhuǎn)化與守恒 第3講 勢(shì)能的改變學(xué)案 魯科版必修2 [目標(biāo)定位]　1.理解重力勢(shì)能的概念和重力勢(shì)能的表達(dá)式．知道重力勢(shì)能的相對(duì)性、系統(tǒng)性.2.知道重力做功的特點(diǎn)，理解重力勢(shì)能的變化和重力做功的關(guān)系.3.了解彈性勢(shì)能的變化和彈力做功的關(guān)系． 一、重力勢(shì)能 1．定義：物體處于一定______而具有的能． 2．大小：物體的重力勢(shì)能的大小與物體的______和所處的______有關(guān)，Ep＝____. 3．參考平面：高度規(guī)定為零的水平面，任何物體在該平面上的重力勢(shì)能都______．參考平面的選取是任意的(通常選地面為參考平面)物體位于參考平面以上時(shí)，重力勢(shì)能取____值，物體位于參考平面以下時(shí)，重力勢(shì)能取____值． 4．標(biāo)、矢性及單位：重力勢(shì)能是______，單位是______，符號(hào)是____． 二、重力做功與重力勢(shì)能的改變 1．重力做功的特點(diǎn)：重力做功與______無(wú)關(guān)，只與初、末位置的________有關(guān)；重力做功總是對(duì)應(yīng)于物體重力勢(shì)能的變化，兩者的大小______，并且與是否存在其他作用力及其他力是否做功______． 2．兩者間的關(guān)系： (1)物體的重力做多少功，物體的重力勢(shì)能就______多少；物體克服重力做多少功，物體的重力勢(shì)能就______多少． (2)關(guān)系式：____________________________________. 想一想　物體在空中下落時(shí)，存在空氣阻力和不存在空氣阻力兩種情況下，下落相同的高度時(shí)，重力做功情況，重力勢(shì)能變化情況及能量轉(zhuǎn)化情況，是否相同？ 三、彈性勢(shì)能的改變 1．定義：物體因?yàn)榘l(fā)生__________而具有的能． 2．影響彈性勢(shì)能的因素：一個(gè)物體彈性勢(shì)能的大小，取決于__________的大?。? 3．彈力做功與彈性勢(shì)能的改變：彈力對(duì)外做了多少功，彈性勢(shì)能就________多少，克服彈力做了多少功，彈性勢(shì)能就______多少． 4．勢(shì)能：由__________________決定的能，包括__________和__________等． 一、重力做功的特點(diǎn) 由W＝Fscos α可知，WG＝mgS cos α＝mgh，所以重力做功的大小由重力大小和重力方向上位移的大小即高度差決定，與其他因素?zé)o關(guān)，所以只要起點(diǎn)和終點(diǎn)的位置相同，不論沿著什么路徑由起點(diǎn)到終點(diǎn)，重力所做的功相同． 例1　某游客領(lǐng)著孩子游泰山時(shí)，孩子不小心將手中的皮球滑落，球從A點(diǎn)滾到了山腳下的B點(diǎn)，高度標(biāo)記如圖1所示，則下列說(shuō)法正確的是(　　) 圖1 A．從A到B的曲線(xiàn)軌跡長(zhǎng)度不知道，無(wú)法求出此過(guò)程中重力做的功 B．從A到B過(guò)程中阻力大小不知道，無(wú)法求出此過(guò)程中重力做的功 C．從A到B重力做功mg(H＋h) D．從A到B重力做功mgH 二、對(duì)重力勢(shì)能的理解及計(jì)算 1．相對(duì)性：Ep＝mgh中的h是物體重心相對(duì)參考平面的高度．參考平面選擇不同，則物體的高度h不同，重力勢(shì)能的大小也就不同，所以確定重力勢(shì)能首先選擇參考平面． 2．系統(tǒng)性：重力是地球與物體相互吸引產(chǎn)生的，所以重力勢(shì)能是物體和地球組成的系統(tǒng)共有，平時(shí)所說(shuō)的“物體”的重力勢(shì)能只是一種簡(jiǎn)化說(shuō)法． 3．重力勢(shì)能是標(biāo)量：無(wú)方向，但有正負(fù)．負(fù)的重力勢(shì)能只是表示物體的重力勢(shì)能比在參考平面上時(shí)具有的重力勢(shì)能要少，這跟用正負(fù)表示溫度高低是一樣的． 例2　如圖2所示，桌面距地面的高度為0.8 m，一物體質(zhì)量為2 kg，放在桌面上方0.4 m的支架上． 圖2 (1)以桌面為零勢(shì)能參考平面，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地面過(guò)程中重力勢(shì)能減少多少？ (2)以地面為零勢(shì)能參考平面，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地面過(guò)程中重力勢(shì)能減少多少？ (3)以上計(jì)算結(jié)果說(shuō)明什么？ 三、重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系 1．重力做功是重力勢(shì)能變化的原因，且重力做了多少功，重力勢(shì)能就改變多少，即WG＝Ep1－Ep2＝－ΔEp. (1)當(dāng)物體從高處向低處運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力做正功，重力勢(shì)能減少． (2)當(dāng)物體從低處向高處運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力做負(fù)功，重力勢(shì)能增加． 2．重力做的功與重力勢(shì)能的變化量均與參考平面的選擇無(wú)關(guān)． 3．重力勢(shì)能的變化只取決于物體重力做功的情況，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)． 例3　一個(gè)100 g的球從1.8 m的高處落到一個(gè)水平板上又彈回到1.25 m的高度，則整個(gè)過(guò)程中重力對(duì)球所做的功及球的重力勢(shì)能的變化是(g＝10 m/s2)(　　) A．重力做功為1.8 J B．重力做了0.55 J的負(fù)功 C．物體的重力勢(shì)能一定減少0.55 J D．物體的重力勢(shì)能一定增加1.25 J 四、彈力做功與彈性勢(shì)能變化的關(guān)系 1．關(guān)系：物體彈性勢(shì)能的改變總是與彈力做功相聯(lián)系．彈力做功是彈性勢(shì)能變化的唯一量度．彈力做多少正功，彈性勢(shì)能就減少多少；彈力做多少負(fù)功，彈性勢(shì)能就增加多少． 2．表達(dá)式：W彈＝－ΔEp＝Ep1－Ep2 例4　如圖3所示，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，在此過(guò)程中，以下說(shuō)法正確的是(　　) 圖3 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)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)能增加 D．彈簧的彈力做負(fù)功，彈性勢(shì)能增加 重力做功的特點(diǎn) 1．如圖4所示，某物塊分別沿三條不同的軌道由離地面高h(yuǎn)的A點(diǎn)滑到同一水平面上，軌道1、2是光滑的，軌道3是粗糙的，則(　　) 圖4 A．沿軌道1滑下重力做的功多 B．沿軌道2滑下重力做的功多 C．沿軌道3滑下重力做的功多 D．沿三條軌道滑下重力做的功一樣多 對(duì)重力勢(shì)能的理解及計(jì)算 2．質(zhì)量為20 kg的薄鐵板平放在二樓的地面上，二樓地面與樓外地面的高度差為5 m．這塊鐵板相對(duì)二樓地面的重力勢(shì)能為_(kāi)_______J，相對(duì)樓外地面的重力勢(shì)能為_(kāi)_____J；將鐵板提高1 m，若以二樓地面為參考平面，則鐵板的重力勢(shì)能變化了________J；若以樓外地面為參考平面，則鐵板的重力勢(shì)能變化了________J. 重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系的理解及應(yīng)用 3．在離地80 m處無(wú)初速釋放一小球，小球質(zhì)量為m＝200 g，不計(jì)空氣阻力，g取10 m/s2，取最高點(diǎn)所在水平面為零勢(shì)能參考平面．求： (1)在第2 s末小球的重力勢(shì)能； (2)3 s內(nèi)重力所做的功及重力勢(shì)能的變化． 彈力做功與彈性勢(shì)能變化的關(guān)系 4.如圖5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(　　) 圖5 A．彈簧對(duì)物體做正功，彈簧的彈性勢(shì)能逐漸減少 B．彈簧對(duì)物體做負(fù)功，彈簧的彈性勢(shì)能逐漸增加 C．彈簧先對(duì)物體做正功，后對(duì)物體做負(fù)功，彈簧的彈性勢(shì)能先減少再增加 D．彈簧先對(duì)物體做負(fù)功，后對(duì)物體做正功，彈簧的彈性勢(shì)能先增加再減少 答案精析 第3講　勢(shì)能的改變 預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué) 一、1.高度 2．質(zhì)量　高度　mgh 3．為零　正　負(fù) 4．標(biāo)量　焦耳　J 二、1.路徑　高度差　相等　無(wú)關(guān) 2．(1)減少　增加　(2)WG＝Ep1－Ep2＝ΔEp 想一想　重力做功、重力勢(shì)能變化情況相同，而能量轉(zhuǎn)化情況不同． 三、1.彈性形變 2．彈性形變 3．減小　增加 4．物體間的相對(duì)位置　重力勢(shì)能　彈性勢(shì)能 課堂講義 例1　D　[重力做功與物體的運(yùn)動(dòng)路徑無(wú)關(guān)，只與初末狀態(tài)物體的高度差有關(guān)，從A到B的高度是H，故從A到B重力做功mgH，D正確．] 例2　(1)8 J　24 J　(2)24 J　24 J　(3)見(jiàn)解析 解析　(1)以桌面為零勢(shì)能參考平面，物體距離零勢(shì)能參考平面的高度h1＝0.4 m，因而物體具有重力勢(shì)能． Ep1＝mgh1＝2100.4 J＝8 J. 物體落至地面時(shí)，物體重力勢(shì)能 Ep2＝210(－0.8) J＝－16 J. 因此物體在此過(guò)程中重力勢(shì)能減小量 ΔEp＝Ep1－Ep2＝8 J－(－16) J＝24 J. (2)以地面為零勢(shì)能參考平面，物體的高度 h1′＝(0.4＋0.8) m＝1.2 m. 因而物體具有的重力勢(shì)能 Ep1′＝mgh1′＝2101.2 J＝24 J. 物體落至地面時(shí)重力勢(shì)能Ep2′＝0. 在此過(guò)程中物體重力勢(shì)能減小量 ΔEp′＝Ep1′－Ep2′＝24 J－0＝24 J. (3)通過(guò)上面的計(jì)算可知，重力勢(shì)能是相對(duì)的，它的大小與零勢(shì)能參考平面的選取有關(guān)，而重力勢(shì)能的變化是絕對(duì)的，它與零勢(shì)能參考平面的選取無(wú)關(guān)，其變化值與重力對(duì)物體做功的多少有關(guān)． 例3　C　[整個(gè)過(guò)程中重力做功WG＝mgΔh＝0.1100.55 J＝0.55 J，故重力勢(shì)能減少0.55 J，所以選項(xiàng)C正確．] 例4　BD　[由功的計(jì)算公式W＝Fscos α知，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，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤；彈簧開(kāi)始被壓縮時(shí)彈力小，彈力做的功也少，彈簧的壓縮量變大時(shí)，物體移動(dòng)相同的距離做的功多，故選項(xiàng)B正確；物體壓縮彈簧的過(guò)程，彈簧的彈力與彈力作用點(diǎn)的位移方向相反，所以彈力做負(fù)功，彈性勢(shì)能增加，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤，選項(xiàng)D正確．] 對(duì)點(diǎn)練習(xí) 1．D　[重力做功只與初末位置的高度差有關(guān)，與路徑無(wú)關(guān)，D選項(xiàng)正確．] 2．0　103　200　200 解析　根據(jù)重力勢(shì)能的定義式，以二樓地面為參考平面：Ep＝0. 以樓外地面為參考平面：Ep＝mgh＝20105 J＝103 J. 以二樓地面為參考平面： ΔEp＝Ep2－Ep1＝mgh1－0＝20101 J＝200 J. 以樓外地面為參考平面： ΔEp＝Ep2－Ep1＝mg(h＋h1)－mgh＝mgh1＝20101 J＝200 J. 3．(1)－40 J　(2)90 J　減少了90 J 解析　(1)在第2 s末小球所處的高度為： h＝－gt2＝－1022 m＝－20 m 重力勢(shì)能為： Ep＝mgh＝0.210(－20) J＝－40 J. (2)在3 s內(nèi)小球下落的高度為 h′＝gt′2＝1032 m＝45 m. 3 s內(nèi)重力做功為： WG＝mgh′＝0.21045 J＝90 J WG>0，所以小球的重力勢(shì)能減少，且減少了90 J. 4．C　[彈簧由壓縮到原長(zhǎng)再到伸長(zhǎng)，剛開(kāi)始時(shí)彈力方向與物體運(yùn)動(dòng)方向同向做正功，彈性勢(shì)能減小．越過(guò)原長(zhǎng)位置后彈力方向與物體運(yùn)動(dòng)方向相反，彈力做負(fù)功，故彈性勢(shì)能增加，所以只有C正確，A、B、D錯(cuò)誤．]