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    高中物理教科版必修1教案 重力势能201
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    2021学年第三章 相互作用1 重力 基本相互作用教案

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    这是一份2021学年第三章 相互作用1 重力 基本相互作用教案,共3页。教案主要包含了教学目标,重点·难点·疑点及解决办法,教具学具准备,教学步骤等内容,欢迎下载使用。

    75    重力势能

    一、教学目标

    1.知道重力势能的定义。理解重力势能的计算公式,知道重力势能是标量,单位是焦耳。

    2.理解重力做功与重力势能的关系。

    3.知道重力势能的值是相对的,理解重力势能正负的含义。

    4.了解弹性势能,知道弹簧的弹性势能的决定因素。

    5从能的转化角度和功能关系来解释和分析物理现象

    、重点·难点·疑点及解决办法

    1.重点重力势能大小的确定

    2.难点重力势能的相对性的理解,参考平面的选择方法。

    3.疑点如何理解重力对物体做功等于物体重力势能增量的负值。

    4教学方法

    1.演绎推导物体重力势能的定义表达方式。

    2.类比分析,举例释疑。

    、教具学具准备

    弹簧、铁球、木球、玻璃缸、细沙、长木板,木块

    、教学步骤

        【引入新课】

        介绍:俄罗斯和平号空间站于2001323北京时间14012秒所有残片都已成功安全地坠入预定的南太平洋海域,坠毁过程极为壮观美丽,137吨的庞然大物分解燃烧,天空中出一条条长长的金色轨迹.这是一个完美的告别,和平号15年风雨历程将成为人类永恒的记忆.和平号的功绩将永载史册.

        现提问:和平号空间站坠落时,为什么会燃烧?

        碎片燃烧时,温度可达3000,其能量由什么能量转化而来?

        【讲授新课】

    1.重力势能

        (l)定义:物体由于被举高而具有的能量.

        演示实验,用木球和铁球先后从同一高度处自由下落,落入玻璃缸中的细沙中,观察到什么现象?这说明了什么?(铁球深入细砂中的距离比木球要长,这说明,质量大的物体在相同的高度时,重力势能大,克服细砂阻力做功要多)

        用铁球在不同的高度处自由下落,先后落入玻璃缸中的细砂里,观察到什么现象,这又说明了什么?(铁球在比较高的地方落下来,深入砂中的距离也比较长,这说明,同一个物体在比较高的地方重力势能较大,克服细砂阻力做功要多)

        综上所述,物体的重力势能的大小与物体的质量和物体所处的高度有关.

    现在来推导重力势能的定量表达式:投球的质量为m,从高度为A点下落到高度为B点,如图所示,重力所做的功为

    (2)重力势能的表述式

      物体的重力势能等于物体的重量和它的高度的乘积,重力势能是标量,也是状态量,其单位为J

     

    2.重力做功的特点

    (1)重力做功与路径无关,只与物体的始末位置的高度差和重力大小有关。

    (2)重力做功的大小WG=mg·h,h为始末位置的高度差。

    (3)重力做正功,物体重力势能减少;重力做负功,物体重力势能增加。

     

    1沿着高度相同,坡度不同,粗糙程度也不同的斜面向上拉同一物体到顶端,以下说法中正确的是( )

    A.沿坡度小,长度大的斜面上升克服重力做的功多  B.沿长度大、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.上述几种情况重力做功同样多

    解析:重力做功的特点是,重力做功与物体运动的具体路径无关,只与初末位置物体的高度差有关,不论是光滑路径或粗糙路径,也不论是直线运动还是曲线运动,只要初末位置的高度差相同,重力做功就相同。因此,不论坡度大小、长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样多,故选D

     

    例2  一质量为5kg的小球从5m高处下落, 碰撞地面后弹起, 每次弹起的高度比下落高度低1m, :小球从下落到停在地面的过程中重力一共做了多少功? (g=9.8m/s2)

    解析:小球下落高度为5m  ,重力做功与路径无关。

     

    3.重力势能的理解

    (1)重力势能具有系统性:由物体和地球的相对位置所决定的能叫重力势能,它是物体和地球共有的。

    (2)重力势能具有相对性:重力势能Ep=mgh式中h是物体到参考平面的高度,参考平面的选取会影响重力势能的值,在参考平面内,物体的重力势能为零;在参考平面上方的物体,重力势能为正值;在参考平面下方的物体,重力势能为负值。

    (3)重力势能变化具有绝对性:尽管重力势能的大小与参考平面的选择有关,但重力势能的变化量都与参考平面的选择无关,这体现了它的不变性(绝对性)。

    (4) 重力势能是标量,但有正负,且正负能反映和比较重力势能的大小。

     

        3.弹性势能

        演示实验:把水平放置的轻弹簧一端固定,另一端系一木块,压(或拉)木块,使弹簧缩短(或伸长)再释放木块,让弹簧的作用力带动木块在水平面上运动.

        可知,发生弹性形变的物体能对外界做功,因而具有能量,这种能量就叫弹性势能,它存在于发生弹性形变的物体之中.

        举出除弹簧以外的弹性势能存在的实例

        弹性势能的大小,与物体的性质(如劲度系数)和形变量有关,可用实验演示弹簧形变量越大对外界做功可越多来说明.

        势能又叫位能,它是由相互作用的物体的相对位置决定.机械运动中的势能是重力势能和弹性势能的统称.

     

     同步检测

    1.关于重力势能的理解,下列说法正确的是
      A.重力势能是一个定值    B.当重力对物体做正功时,物体的重力势能减少
      C.放在地面上的物体,它的重力势能一定等于0  D.重力势能是物体和地球共有的,而不是物体单独具有的

    2.以下说法中,正确的是:
      A.重力势能大的物体,离地面高度大;    B.重力势能大的物体,所受重力一定大;
      C.重力势能大的物体,质量不一定大;    D.重力势能大的物体,速度不一定大。
    3.质量相同的实心木球和铜球,放在同一水平桌面上,则它们的重力势能是:
      A.木球大;     B.铜球大;     C.一样大;     D.不能比较。

    4.以下叙述中正确的是:
      A.重力对物体做功越多,物体的重力势能越少; B.物体克服重力做功越多,物体的重力势能越少;
      C.重力对物体不做功,物体的重力势能一定为零; D.物体没克服重力做功,物体的重力势能不一定为零。

    5. 如图2-4-2所示,桌面离地高为h,质量为m的小球从离桌面高为H处自由下落,不计空气阻力,假设桌面为零势能的参考平面,则小球在图示位置处的重力势能         

     Amgh                BmgH            

      CmgH+h          DmgH-h

    6.物体在运动过程中,克服重力做功50J,则( )

    A.重力做功为50J    B.物体的重力势能一定增加50J

    C.物体的重力势能一定减小50J  D.重力做功为-50J

    7.用起重机将质量为m的物体匀速地吊起一段距离,那么作用在物体上各力的做功情况应该是下面的哪种说法

    A.重力做正功,拉力做负功,合力做功为零    B.重力做负功,拉力做正功,合力做正功

    C.重力做负功,拉力做正功,合力做功为零    D.重力不做功,拉力做正功,合力做正功

    8.井深8m,井上支架高为2m,在支架上用一根3m长的绳子系住一个重100N的物体,则物体的重力势能是(以地面为参考平面)(              )

    A.100J  B.700J  C.100J  D.无法确定

    9.甲、乙两物体,,从很高的同一处自由下落2s,重力做功之比________,对地面的重力势能之比________.

     

     

    10.如图2-4-3所示,质量为m的物体,放于水平面上,物体上竖直固定一长度为l、劲度系数为h的轻质弹簧,现用手拉住弹簧上端P缓慢向上提,使物体离开地面上升一段距离在这一过程中,若P端上移的距离为H,求物体重力势能的增加量.

     

     

     

     

     

     

    同步检测答案

     1.BD    2CD  3A  4AD  5.B  6.BD  7.C  8.C  9.5:1,5:1   10.

     

    背景知识与课外阅读用能量最低原理求解两例物理题

        高中化学中讲到能量最低原理在不违背泡利原理的情况下,核外电子总是尽先安排布在能量最低的轨道上,电子在该轨道上,处于稳定状态,其实,能量最低原理也适用于物体系物体系的稳定状态与系统的势能有关,势能越小则状态越稳定.物体系在不受外力的情况下,总处在势能最小的状态,即稳定状态.下面利用能量最低原理,求解两例物理题.

        [例1一质量均匀不可伸长的绳索,重为 G AB两端固定在天花板上,如图所示.今在最低点C施加一竖直向下的力将绳拉至D点,在此过程中,绳索AB的重心位置( 

        A.逐渐升高      B.逐渐降低

        C.先降低后升高  D.始终不变

        解析:由能量最低原理知,物体在静止情况下,总处于能量最低状态(即稳定状态).该状态下重力势能最小.故施力F后,细绳重心上升,故选答案A

        [例2  如图所示.容器AB中各有一个可自由移动的轻活塞,活塞下面是水.大气压恒定,AB底部由带阀门K的管道相连,整个装置与外界绝热,原先A中的水面比B中的高,打开阀门,使A中的水逐渐向B中流,在这个过程中( 

        A.大气压力对水做功,水的内能增加

        B.水克服大气压力做功,水的内能不变

        C.大气压力对水不做功,水的内能不变

        D.大气压力对水不做功,水的内能增加

    解析:由能量最低原理可知,打开阀门见水达到平衡时应具有最小势能,故在打开阀门至平衡过程中,水的重力势能减小.又由题意知整个装置与外界绝热,因此由能量守恒得,重力势能的减少量转化为水的内能.故选答案D

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