2019-2020年高中物理 第2章 能的轉化與守恒 第3講 勢能的改變學案 魯科版必修2.doc

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2019-2020年高中物理 第2章 能的轉化與守恒 第3講 勢能的改變學案 魯科版必修2 [目標定位]　1.理解重力勢能的概念和重力勢能的表達式．知道重力勢能的相對性、系統(tǒng)性.2.知道重力做功的特點，理解重力勢能的變化和重力做功的關系.3.了解彈性勢能的變化和彈力做功的關系． 一、重力勢能 1．定義：物體處于一定______而具有的能． 2．大?。何矬w的重力勢能的大小與物體的______和所處的______有關，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，重力勢能取____值，物體位于參考平面以下時，重力勢能取____值． 4．標、矢性及單位：重力勢能是______，單位是______，符號是____． 二、重力做功與重力勢能的改變 1．重力做功的特點：重力做功與______無關，只與初、末位置的________有關；重力做功總是對應于物體重力勢能的變化，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______． 2．兩者間的關系： (1)物體的重力做多少功，物體的重力勢能就______多少；物體克服重力做多少功，物體的重力勢能就______多少． (2)關系式：____________________________________. 想一想　物體在空中下落時，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，重力做功情況，重力勢能變化情況及能量轉化情況，是否相同？ 三、彈性勢能的改變 1．定義：物體因為發(fā)生__________而具有的能． 2．影響彈性勢能的因素：一個物體彈性勢能的大小，取決于__________的大小． 3．彈力做功與彈性勢能的改變：彈力對外做了多少功，彈性勢能就________多少，克服彈力做了多少功，彈性勢能就______多少． 4．勢能：由__________________決定的能，包括__________和__________等． 一、重力做功的特點 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，與其他因素無關，所以只要起點和終點的位置相同，不論沿著什么路徑由起點到終點，重力所做的功相同． 例1　某游客領著孩子游泰山時，孩子不小心將手中的皮球滑落，球從A點滾到了山腳下的B點，高度標記如圖1所示，則下列說法正確的是(　　) 圖1 A．從A到B的曲線軌跡長度不知道，無法求出此過程中重力做的功 B．從A到B過程中阻力大小不知道，無法求出此過程中重力做的功 C．從A到B重力做功mg(H＋h) D．從A到B重力做功mgH 二、對重力勢能的理解及計算 1．相對性：Ep＝mgh中的h是物體重心相對參考平面的高度．參考平面選擇不同，則物體的高度h不同，重力勢能的大小也就不同，所以確定重力勢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生的，所以重力勢能是物體和地球組成的系統(tǒng)共有，平時所說的“物體”的重力勢能只是一種簡化說法． 3．重力勢能是標量：無方向，但有正負．負的重力勢能只是表示物體的重力勢能比在參考平面上時具有的重力勢能要少，這跟用正負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)以桌面為零勢能參考平面，計算物體具有的重力勢能，并計算物體由支架下落到地面過程中重力勢能減少多少？ (2)以地面為零勢能參考平面，計算物體具有的重力勢能，并計算物體由支架下落到地面過程中重力勢能減少多少？ (3)以上計算結果說明什么？ 三、重力做功與重力勢能變化的關系 1．重力做功是重力勢能變化的原因，且重力做了多少功，重力勢能就改變多少，即WG＝Ep1－Ep2＝－ΔEp. (1)當物體從高處向低處運動時，重力做正功，重力勢能減少． (2)當物體從低處向高處運動時，重力做負功，重力勢能增加． 2．重力做的功與重力勢能的變化量均與參考平面的選擇無關． 3．重力勢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關． 例3　一個100 g的球從1.8 m的高處落到一個水平板上又彈回到1.25 m的高度，則整個過程中重力對球所做的功及球的重力勢能的變化是(g＝10 m/s2)(　　) A．重力做功為1.8 J B．重力做了0.55 J的負功 C．物體的重力勢能一定減少0.55 J D．物體的重力勢能一定增加1.25 J 四、彈力做功與彈性勢能變化的關系 1．關系：物體彈性勢能的改變總是與彈力做功相聯(lián)系．彈力做功是彈性勢能變化的唯一量度．彈力做多少正功，彈性勢能就減少多少；彈力做多少負功，彈性勢能就增加多少． 2．表達式：W彈＝－ΔEp＝Ep1－Ep2 例4　如圖3所示，一個物體以速度v0沖向與豎直墻壁相連的輕質彈簧，墻壁和物體間的彈簧被物體壓縮，在此過程中，以下說法正確的是(　　) 圖3 A．物體對彈簧做的功與彈簧的壓縮量成正比 B．物體向墻壁運動相同的位移，彈力做的功不相等 C．彈簧的彈力做正功，彈性勢能增加 D．彈簧的彈力做負功，彈性勢能增加 重力做功的特點 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的A點滑到同一水平面上，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 對重力勢能的理解及計算 2．質量為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．這塊鐵板相對二樓地面的重力勢能為________J，相對樓外地面的重力勢能為______J；將鐵板提高1 m，若以二樓地面為參考平面，則鐵板的重力勢能變化了________J；若以樓外地面為參考平面，則鐵板的重力勢能變化了________J. 重力做功與重力勢能變化的關系的理解及應用 3．在離地80 m處無初速釋放一小球，小球質量為m＝200 g，不計空氣阻力，g取10 m/s2，取最高點所在水平面為零勢能參考平面．求： (1)在第2 s末小球的重力勢能； (2)3 s內重力所做的功及重力勢能的變化． 彈力做功與彈性勢能變化的關系 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狀態(tài)，當撤去F后，物體將向右運動，在物體向右運動的過程中下列說法正確的是(　　) 圖5 A．彈簧對物體做正功，彈簧的彈性勢能逐漸減少 B．彈簧對物體做負功，彈簧的彈性勢能逐漸增加 C．彈簧先對物體做正功，后對物體做負功，彈簧的彈性勢能先減少再增加 D．彈簧先對物體做負功，后對物體做正功，彈簧的彈性勢能先增加再減少 答案精析 第3講　勢能的改變 預習導學 一、1.高度 2．質量　高度　mgh 3．為零　正　負 4．標量　焦耳　J 二、1.路徑　高度差　相等　無關 2．(1)減少　增加　(2)WG＝Ep1－Ep2＝ΔEp 想一想　重力做功、重力勢能變化情況相同，而能量轉化情況不同． 三、1.彈性形變 2．彈性形變 3．減小　增加 4．物體間的相對位置　重力勢能　彈性勢能 課堂講義 例1　D　[重力做功與物體的運動路徑無關，只與初末狀態(tài)物體的高度差有關，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)見解析 解析　(1)以桌面為零勢能參考平面，物體距離零勢能參考平面的高度h1＝0.4 m，因而物體具有重力勢能． Ep1＝mgh1＝2100.4 J＝8 J. 物體落至地面時，物體重力勢能 Ep2＝210(－0.8) J＝－16 J. 因此物體在此過程中重力勢能減小量 ΔEp＝Ep1－Ep2＝8 J－(－16) J＝24 J. (2)以地面為零勢能參考平面，物體的高度 h1′＝(0.4＋0.8) m＝1.2 m. 因而物體具有的重力勢能 Ep1′＝mgh1′＝2101.2 J＝24 J. 物體落至地面時重力勢能Ep2′＝0. 在此過程中物體重力勢能減小量 ΔEp′＝Ep1′－Ep2′＝24 J－0＝24 J. (3)通過上面的計算可知，重力勢能是相對的，它的大小與零勢能參考平面的選取有關，而重力勢能的變化是絕對的，它與零勢能參考平面的選取無關，其變化值與重力對物體做功的多少有關． 例3　C　[整個過程中重力做功WG＝mgΔh＝0.1100.55 J＝0.55 J，故重力勢能減少0.55 J，所以選項C正確．] 例4　BD　[由功的計算公式W＝Fscos α知，恒力做功時，做功的多少與物體的位移成正比，而彈簧對物體的彈力是一個變力，所以選項A錯誤；彈簧開始被壓縮時彈力小，彈力做的功也少，彈簧的壓縮量變大時，物體移動相同的距離做的功多，故選項B正確；物體壓縮彈簧的過程，彈簧的彈力與彈力作用點的位移方向相反，所以彈力做負功，彈性勢能增加，故選項C錯誤，選項D正確．] 對點練習 1．D　[重力做功只與初末位置的高度差有關，與路徑無關，D選項正確．] 2．0　103　200　200 解析　根據重力勢能的定義式，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 重力勢能為： Ep＝mgh＝0.210(－20) J＝－40 J. (2)在3 s內小球下落的高度為 h′＝gt′2＝1032 m＝45 m. 3 s內重力做功為： WG＝mgh′＝0.21045 J＝90 J WG>0，所以小球的重力勢能減少，且減少了90 J. 4．C　[彈簧由壓縮到原長再到伸長，剛開始時彈力方向與物體運動方向同向做正功，彈性勢能減小．越過原長位置后彈力方向與物體運動方向相反，彈力做負功，故彈性勢能增加，所以只有C正確，A、B、D錯誤．]