7.4 重力势能 重力做功

（1）俄罗斯“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？（2）打桩机的重锤从高处落下时，为什么能把水泥打进地里?（3）水力发电站为什么要修那么高的大坝？（4）在你的头顶上方相同的高度,分别用细绳悬挂一个粉笔头和7.5Kg的铅球，你的感觉有何不同？以上问题的根本原因都在于水电站“和平号”空间站残片几个概念力：物体之间的相互作用。重力：物体由于地球的吸引而受到的力。势能：相互作用的物体凭借其位置而具有的能量。一个新的概念——重力势能用自己的课本做如下试验1、与高度有关2、与质量有关1）同一课本从不同高度下落到自己手上，感觉•••2）不同质量的课本从同一高度下落到自己手上，感觉•••探究得到的结论：51．定义：由物体所处位置的高度决定的能量称为重力势能。物体竖直下落从A到BAhBh1h2WG=mgh物体沿斜线运动从A到CAChθLh1h2WG=mgLcosθ=mgh物体沿曲线运动从A到CΔh1Δh2Δh3ACh2h1hA△h1θL)(321hhhmgmgh321321hmghmghmgW11coshmgmglWΔhh2h1AB物体从A落到B的过程中,重力做功重力做功与路径无关,只跟始末位置的高度差有关8hmgWG重力做功与路径无关一质量为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,求: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:9物体竖直下落从A到BAhBh1h2WG=mgh=mg(h1－h2)=mgh1－mgh2物体沿斜线运动从A到CAChθLh1h2WG=mgLcosθ=mgh=mg(h1－h2)=mgh1－mgh2物体沿曲线运动从A到CΔh1Δh2Δh3ACh2h1hA△h1θL)(321hhhmgmgh21mghmgh321321hmghmghmgW11coshmgmglW可见,重力做的功等于“mgh”这个量的变化.在物理学中，“mgh”是一个由特殊意义的物理量.就用这个物理量表示物体的重力势能。12mghmgh12()mghhΔhh2h1AB物体从A落到B的过程中,重力做功重力做功与路径无关,只跟始末位置的高度差有关12mghmghhmgWG重力势能1．定义：由物体所处位置的高度决定的能量称为重力势能。2．公式（推导）：3．重力势能是标量4．重力势能的单位：焦耳（J）Ep=mgh讨论与交流2:小球向下运动，重力势能有什么变化？讨论与交流1：放在书柜中第二层的一本书选用不同的参考平面，它的重力势能有什么不同？质量m=0.5kg的小球，从桌面上方高h1=1.2m的A点下落到地面上的B点，桌面离地面的高度h2=0.8m．请按要求填写下表．(g=10m/s²)参考面小球在A处的重力势能小球在B处的重力势能整个过程中重力做功整个过程中重力势能的变化桌面地面h1h2AB总结：选取不同的参考平面,物体的重力势能的数值不同。对一个确定的过程，重力做功和重力势能变化与参考面的选择无关。6J-4J10J减少10J10J010J减少10J5．重力势能的相对性①物体具有重力势能mgh，总是相对于某一水平面来说的；（重力势能为零的水平面叫做参考平面）②选用不同的参考平面，同一物体在空间同一位置的重力势能就不同。③参考平面的选取是任意的，通常选地面为参考平面④不管零势面如何选取，物体从某一高处h1到达另一高处h2所引起的重力势能的变化是不变的。∆Ep=mgh2-mgh1)(1221mghmghEEEWpppG【规律方法】两种方法求重力做的功(1)先求初末位置的高度差，再求出重力与此高度差的乘积即为重力做的功.(2)根据重力势能的变化与重力做功的关系来求重力做的功.讨论与交流3：★重力做正功，重力势能减少，且重力做多少功，重力势能就减少多少；★重力做负功，重力势能增加，且物体克服重力做多少功，重力势能就增加多少。小球从A到B小球从B到A整个过程中重力做功10J-10J整个过程中重力势能的变化（增加或者减少）减少增加h1h2AB一根粗细均匀,长为6m,质量为60kg的电线杆横放在地面上,如果要把它竖直立起,至少要做多少功?它的重力势能改变了多少?解:物体由横放变为竖放,质心由低处到高处.重力做负功,重力势能增加,增加量等于外力做的正功.W=mgh/2=60×10×6/2=1800(J)ΔEP=W=mgh/2=1800(J)h=6m关于重力势能，下列说法正确的是（）A.物体的位置一旦确定，它的重力势能的大小也随之确定B.物体与零势面的距离越大，它的重力势能也越大C.一个物体的重力势能从－5J变化到－3J，重力势能变小了D.重力势能的减少量等于重力对物体做的功D关于重力做功和物体的重力势能，下列说法正确的是：（）A、当重力对物体做正功时，物体的重力势能一定减少；B、物体克服重力做功时，物体的重力势能一定增加；C、地球上物体一个物体的重力势能都有一个确定值；D、重力做功的多少与参考平面的选取无关。ABD物体在运动过程中，克服重力做功为50J，则：（）A、重力做功为50J；B、物体的重力势能一定增加了50J；C、物体的动能一定减少了50J；D、重力做了50J的负功。BD作业：如图，桌面距地面0.8m，一物体质量为2kg，放在距桌面高为0.4m的支架上。（1）以地面为零势面，试计算物体具有的重力势能，并计算物体由支架下落到桌面的过程中，重力做功多少？重力势能减少多少?（2）若以桌面为零势面，上述结果又如何？图5表示一个斜抛物体的运动，当物体由抛出位置1运动到最高位置2时，重力做功是多少？重力势能改变了多少？由位置2运动到跟位置1在同一水平面上的位置3时，重力做功和重力势能的变化是多少？由位置1运动到位置3呢？例．如图，一个通过定滑轮拉着质量为10kg的物体从A点到达B点，A和B在同一水平面上，且AB=4m，AC=3m，求这一过程中物体增加的重力势能。JhmgEp200质量为m的均匀链条长为L，开始放在光滑的水平桌面上时，有的长度悬在桌面边缘，如图5所示，松手后，链条滑离桌面，问从开始到链条刚滑离桌面过程中重力势能变化了多少？15mgL/32如图所示，一个质量为M的物体放在水平面上，物体上方安装一个长度为L、劲度系数为k的轻弹簧，现用手拉着弹簧上端的P点缓慢向上移动，直到物体离开地面一段距离。在这一过程中，P点的位移是H。开始时弹簧没有形变，则物体重力势能的增加量为。创设情境子弹能击穿障碍物，流水能推动竹排汹涌的波涛1．能量是什么？2．功与能有什么关系？一个物体能够对其他物体做功，我们就说这个物体具有能量。潮汐能推动水轮机转动提出问题：风力发电奔跑的人拉紧的弓箭请同学们说一说你都知道哪些形式的能量？看谁知道的最多。光能、电能、热能、声能、太阳能、风能……一、功与能的关系做功的过程就是能量转化和传递的过程。做了多少功，就有多少能量转化。功是能量转化的量度。EW能的单位:焦(J)动能势能重力势能弹性势能机械能自然界最常见的一种能量——机械能机械能与整个物体的机械运动对应的能量五、弹性势能1.发生形变的物体，在恢复原状时能够对外界做功，因而具有能量，这种能量叫做弹性势能．2、形变程度越大，弹性势能也越大．四、弹性势能1．定义：发生形变的物体具有的能量叫做弹性势能2．弹性势能跟形变的大小有关3．弹性势能的变化与弹力作用有关（弹力做正功，弹性势能减少，弹力做负功，弹性势能增加）延伸：弹簧的弹性势能的表达式说明：一般规定弹簧在原长时，弹簧的弹性势能为零2k21xE弹五、势能重力势能是由地球和地面上物体的相对位置决定弹性势能是由发生弹性形变物体各部分的相对位置决定。与相互作用物体的相对位置有关的能量叫做势能1、在水平面上竖直放置一轻质弹簧，有一物体在它的正上方自由落下，在物体压缩弹簧到速度减为零时A、物体的重力势能最大B、物体的动能最大C、弹簧的弹性势能最大D、弹簧的弹性势能最小C一物体以初速度v0冲向与竖起墙壁相连的轻质弹簧，墙壁与物体间的弹簧被物体压缩，在此过程中，下列说法正确的是：（）A、物体对弹簧的功与弹簧的压缩量成正比B、物体向墙壁运动相同的位移，弹力做的功不等C、弹力做正功，弹簧的弹性势能减小D、弹力做负功，弹簧的弹性势能增加BCD一竖直弹簧下端固定于水平地面上，小球从弹簧的正上方高为h的地方自由下落到弹簧上端，如图所示，经几次反弹以后小球最终在弹簧上静止于某一点A处，则（）A．h愈大，弹簧在A点的压缩量愈大B．弹簧在A点的压缩量与h无关C．h愈大，最终小球静止在A点时弹簧的弹性势能愈大D．小球第一次到达A点时弹簧的弹性势能比最终小球静止在A点时弹簧的弹性势能大B小结：1.功是能量转化的量度2.物体由于运动而具有的能量叫做动能．3.重力势能，其大小由地球和地面上物体的相对位置决定，对于弹性势能，其大小由形变程度决定，而形变程度不同，发生形变的物体的各部分相对位置也会发生变化.4.势能具有系统性：重力势能是物体和地球组成的系统共有的，弹性势能是物体的各部分所共有的．被举高的重锤落下来可以把桩打进地里2002年９月２１日上午，俄罗斯高加索北奥塞梯地区的一个村庄发生雪崩，造成至少１００人失踪。雪崩美国内华达州亚利桑那陨石坑。这个陨石坑是5万年前，一颗直径约为30～50米的铁质流星撞击地面的结果。这颗流星重约50万千克、速度达到20千米／秒，爆炸力相当于2000万千克梯恩梯(TNT)，超过美国轰炸日本广岛那颗原子弹的一千倍。爆炸在地面上产生了一个直径约1245米，平均深度达180米的大坑。据说，坑中可以安放下20个足球场，四周的看台则能容纳200多万观众。陨石坑美国内华达州亚利桑那例7．一个质量为m的物体，从40米高处由静止开始落下，不计空气阻力，当它的动能和势能相等时，物体下落经过的时间是（）A.1秒B.1.5秒C.2秒D.2.5秒C例8．如图，一个通过定滑轮拉着质量为10kg的物体从A点到达B点，A和B在同一水平面上，且AB=4m，AC=3m，求这一过程中物体增加的重力势能。JhmgEp200作业1．课本P65.4，5（作业本）2．主体探究P72、73讨论与交流2:重力做功与物体运动的路径有关吗？hmgWG★重力做功与路径无关，仅取决于始点和终点的高度Δh。mghWG一、功与能的关系做功的过程就是能量转化和传递的过程。做了多少功，就有多少能量转化。功是能量转化的量度。EW能的单位:焦(J)