2014-2015学年高一物理复习课件第7章第4节《重力势能》(人教版必修二)

成才之路·物理路漫漫其修远兮吾将上下而求索人教版·必修2万有引力与航天第七章1.1.1集合的概念第四节重力势能第七章1.1.1集合的概念学习目标定位1课堂情景切入2知识自主梳理3重点难点突破4考点题型设计5课后强化作业7易错案例剖析6学习目标定位*知道重力做功与路径无关**理解重力势能的定义及表达式，会用表达式进行计算*知道重力势能的相对性*理解重力势能的变化和重力做功的关系课堂情景切入•高处有一块巨大的石头摇摇欲坠如图所示，在它的下面你可能会感到胆怯。这是因为被举高的物体具有势能，当它下落时将会对外做功，可能对你造成伤害。物体由于位于高处而具有的能叫做重力势能。•怎样定量地表示物体重力势能的大小呢？知识自主梳理•1.特点•只跟物体运动的________和________的位置有关，而跟物体运动_______无关。•物体下降时重力做______功；物体被举高时重力做______功。•2．表达式•WG＝__________＝mg(h1－h2)，其中h1、h2分别表示物体_______和_______的高度。重力的功起点终点路径正负mgh起点终点•1.特点•与物体相对地球的______________有关。•2．大小•物体的重力势能等于它所受_______与所处_______的乘积。•3．表达式•Ep＝__________•4．单位•__________，与功的单位相同。重力势能位置(或高度)重力高度mgh焦耳(J)•1.表达式•_________________•2．两种情况•(1)当物体从高处运动到低处时，重力做_______，重力势能________，即WG0，Ep1Ep2。•(2)当物体由低处运动到高处时，重力做______，重力势能_______，即WG0，Ep1Ep2。重力做负功也叫做物体______重力做功。重力做功与重力势能变化的关系WG＝Ep1－Ep2正功减少负功增加克服•1.相对性•重力势能总是相对选定的__________而言的。(该平面常被称为零势能面)•2．标矢性•重力势能为________，其正负表示重力势能的大小。物体在参考平面上方时，重力势能为_____值，在参考平面下方时，重力势能为_______值。•3．系统性•重力势能是________与_______所组成的系统共有的。重力势能的相对性和系统性参考平面标量正负地球物体重点难点突破•一、对重力势能的理解•1．重力势能的“四性”•(1)系统性•重力是地球与物体相互吸引而产生的，如果没有地球对物体的吸引，就不会有重力，也不存在重力势能，所以重力势能是这个系统共同具有的，平时所说的“物体”的重力势能只是一种简化的说法。•(2)相对性：重力势能Ep＝mgh与参考平面的选择有关，式中的h是物体重心到参考平面的高度。重力势能是标量，只有大小而无方向，但有正负之分。当物体在参考平面上方时，Ep为正值；当物体在参考平面下方时，Ep为负值。注意物体重力势能的正负是表示比零势能大，还是比零势能小。•(3)参考平面选择的任意性：视处理问题的方便而定，一般选择地面或物体运动时所达到的最低点为零势能面。•(4)重力势能变化的绝对性：物体从一个位置运动到另一个位置的过程中，重力势能的变化与参考平面的选取无关，它的变化量是绝对的。•2．重力势能是标量•物体的重力势能为负值表示物体的重力势能比在参考平面上时具有的重力势能要少，这跟用正负表示温度高低是相似的。•特别提醒：•(1)Ep＝mgh，h表示物体重心相对参考平面的高度，物体在参考平面上方，h0，在参考平面下方，h0。•(2)某一过程重力势能的变化为ΔEp＝Ep2－Ep1，它与参考平面的选择无关。•质量为m的小球，从离桌面H高处由静止下落，桌面离地面的高度为h，如图所示。下列说法正确的是()•A．若以桌面为参考面，小球在A点的重力势能为mgH，在B点的重力势能为mgh•B．若以地面为参考面，小球在A点的重力势能为mg(H＋h)，在B点的重力势能为0•C．若以桌面为参考面，小球从A到B重力势能的变化量为mg(H－h)•D．若以桌面为参考面，小球从A到B重力势能的变化量为mg(H＋h)•答案：BD•二、重力做功和重力势能间的区别与联系概念比较项目重力做功重力势能物理意义重力对物体所做的功由于物体与地球的相互作用，且由它们之间相对位置决定的能量表达式WG＝G·l＝mgΔhEP＝mgh影响大小的因素重力G和初末位置的高度差Δh重力mg和相对参考面的高度h概念比较项目重力做功重力势能特点只与初末位置的高度差有关，与路径及参考平面的选择无关与参考平面的选择有关，同一位置的物体，选择不同的参考平面会有不同的重力势能值过程量状态量联系重力做功过程是重力势能变化的过程，重力做正功，重力势能减少，重力做负功，重力势能增加，且重力做了多少功，重力势能就改变多少。即：WG＝Ep1－Ep2•特别提醒：•(1)重力做功是重力势能变化的原因，重力做的功与重力势能的变化量为等值关系，两者均与参考面的选择无关。•(2)重力势能的变化只取决于物体的重力所做功的情况，与物体除重力外是否还受其他力作用以及除重力做功外是否还有其他力做功等因素均无关。•某游客领着孩子游泰山时，孩子不小心将手中的皮球滑落，球从A点滚到了山脚下的B点，高度标记如图所示，则下列说法正确的是()••A．从A到B的曲线轨道长度不知道，无法求出此过程中重力做的功•B．从A到B过程中阻力大小不知道，无法求出此过程中重力做的功•C．从A到B重力势能变化了mg(H＋h)•D．从A到B重力做功mgH•答案：D•解析：重力做功与物体的运动路径无关，只与初、末状态物体的高度差有关。从A到B的高度差是H，故从A到B重力做功mgH，重力势能减了mgH，D正确。考点题型设计重力做功的特点沿着高度相同、坡度不同、粗糙程度也不同的斜面将同一物体分别从底端拉到顶端，下列说法正确的是()A．沿坡度小的斜面运动时物体克服重力做功多B．沿坡度大、粗糙程度大的斜面运动时物体克服重力做功多C．沿坡度小、粗糙程度大的斜面运动时物体克服重力做功多D．不管沿怎样的斜面运动，物体克服重力做功相同，物体增加的重力势能也相同•解析：重力做功的特点是重力做功与物体的运动路径无关，只与初、末状态物体的高度差有关，不论是光滑路径还是粗糙路径，也不论是直线运动还是曲线运动，物体克服重力做多少功(重力做多少负功)，它的重力势能必增加多少。•答案：D•点评：重力对物体做功与物体的运动状态、接触面的粗糙程度、运动路径无关，若物体沿闭合的路径运动一周，则重力做功为零。如图所示，质量为m的小球从高为h处的斜面上的A点滚下经过水平面BC后，再滚上另一斜面，当它到达h4的D点时，速度为零，在这个过程中，重力做功为()A．mgh4B．3mgh4C．mghD．0•答案：B解析：根据重力做功的特点得W＝mg(h1－h2)＝3mgh4，故答案为B。重力的功与重力势能变化的关系在地面上平铺n块砖，每块砖的质量为m，厚度为h，若将砖一块一块竖直叠放起来，至少要做多少功？•解析：把砖由平放在地面上到把它们一块块地叠放起来，所做的功至少等于砖所增加的重力势能。可用归纳法和整体法两种方法求解。方法一：(归纳法)第一块砖增加的重力势能为0第2块砖增加的重力势能为mgh第3块砖增加的重力势能为2mgh……第n块砖增加的重力势能为(n－1)mgh。则n块砖共增加的重力势能为ΔEp＝mgh[1＋2＋…＋(n－1)]＝nn－12mgh。即至少需要做的功为nn－12mgh。解法二：(整体法)取n块砖的整体为研究对象，如图所示，叠放起来后整体重心距地面12nh，原来距地面h2，故有：W＝ΔEp＝nmg·(12nh)－nmg·(12h)＝12n(n－1)mgh答案：nn－12mgh•点评：归纳法容易想到，但较繁琐；整体法显然比较简单，但不容易想到。•(青州一中2013～2014学年高一下学期检测)大型拱桥的拱高为h，弧长为L，如图所示，质量为m的汽车在以不变的速率v由A点运动到B点的过程中，以下说法正确的是()•A．由A到B的过程中，汽车的重力势能始终不变，重力始终不做功•B．汽车的重力势能先减小后增加，总的变化量为0，重力先做负功，后做正功，总功为零•C．汽车的重力势能先增大后减小，总的变化量为0，重力先做正功，后做负功，总功为零•D．汽车的重力势能先增大后减小，总的变化量为0，重力先做负功，后做正功，总功为零•答案：D•解析：前半阶段，汽车向高处运动，重力势能增加，重力做负功；后半阶段，汽车向低处运动，重力势能减小，重力做正功，选项D正确。开放·探究某海湾共占面积1.0×107m2，涨潮时水深20m，此时关上水坝闸门，可使水位保持在20m不变；退潮时，坝外水位降至18m也保持不变，假如利用此水坝建水电站，且重力势能转化为电能的效率是10%，每天有两次涨潮，问该电站一天最多能发出多少电能？(取g＝10m/s2，水的密度ρ＝1.0×103kg/m3，假设只有退潮时发电)•解析：关上水坝闸门，退潮后，坝内水位比坝外高出2m，如图所示，发电时高出部分的水通过发电机流向坝外，最终水位从20m降至18m，减少的重力势能的一部分转化为电能。由ΔEp＝mgΔh可以算出减少的重力势能，从而就能算出所发电能。设海湾面积为S，则打开闸门流过发电站的水的体积最多为hS，h为水面高度差，水的质量为m＝ρV＝ρhS，重力势能的减少量为ΔEp＝mg·h2＝12ρSh2g。一天最多发出电能为E＝2×ΔEp×10%＝0.2×12ρSh2g＝0.2×12×1.0×103×1.0×107×22×10J＝4×1010J。•答案：4×1010J•点评：本题介绍了潮汐发电的大致情景，注重将实际问题抽象为物理问题的能力培养。对于流体类重力势能的改变，应将所有流动的流体视为一个整体，找出其重心位置的变化，本题中水位降低2m，但重心降低不是2m,而是1m。•如图所示是研究物体的重力势能与哪些因素有关的实验示意图，下列对于此图的分析，错误的是()•A．比较甲和乙，说明质量相等的物体被举得越高，势能越大•B．比较甲和丙，说明在同一高度处，质量越小的物体势能越小•C．比较乙和丙，说明质量越大的物体，势能越大•D．小木桩进入沙中越深，说明物体对木桩做的功越多•答案：C•解析：重力势能跟物体的质量和高度有关系，物体的质量越大，高度越大，重力势能就越大。实验中采用控制变量法来研究重力势能的影响因素。显然，本题选项C中，比较乙和丙时，物体的质量和高度都不相同，不能得出选项C中的结论。易错案例剖析•易错点：对重心的高度判断不清导致错误•案例：一实心的正方体铁块与一实心的正方体木块质量相等，将它们放在水平地面上，下列结论正确的是(以水平地面为零势能面)()•A．铁块的重力势能大于木块的重力势能•B．铁块的重力势能小于木块的重力势能•C．铁块的重力势能等于木块的重力势能•D．上述三种情况都有可能•易错分析：本题易错选项及错误原因分析如下：易错选项错误原因A误认为铁块和木块同放在水平面上，铁的密度大于木块的密度，铁块的重力势能大于木块的重力势能。C误认为铁块和木块质量相等，又同放在水平地面上，铁块的重力势能等于木块的重力势能。•正确解答：由于铁块的密度大于木块的密度，质量相等时，铁块的体积小于木块的体积，因此铁块的重心低于木块的重心，可得铁块的重力势能小于木块的重力势能，故B正确。•正确答案：B课后强化作业（点此链接）