2020高中物理人教版 必修二 第七章 机械能守恒定律 学案 第4节重力势能 WORD版含答案.docx

1、第4节重力势能学习目标：1.理解重力势能的概念，会用重力势能的定义进行计算.2.理解重力势能的变化和重力做功的关系，知道重力做功与路径无关.3.知道重力势能的相对性.4.知道重力势能是物体和地球系统共有的一、重力做的功课本导读预习教材第64页“重力做的功”部分，请同学们关注以下问题：1重力做功的表达式？2重力做功的正、负与物体运动有何关联？3重力做功的特点是什么？知识识记1做功表达式：WGmghmgh1mgh2，式中h指初位置与末位置的高度差；h1、h2分别指初位置、末位置的高度2做功的正负：物体下降时重力做正功；物体被举高时重力做负功3做功的特点：物体运动时，重力对它做的功只跟它的起点和终点

2、的位置有关，而跟物体运动的路径无关二、重力势能课本导读预习教材第6566页“重力势能”部分，请同学们关注以下问题：1重力势能的表达式？2重力势能有几个重要特点？3重力做的功与重力势能变化之间有何关联？知识识记1特点：与物体相对地球的位置或(高度)有关2大小：物体的重力势能等于它所受重力与所处高度的乘积，表达式为：Epmgh.3单位：焦耳，与功的单位相同4重力势能的特性(1)相对性：重力势能总是相对选定的参考平面而言的(该平面常称为零势能面)(2)标矢性：重力势能为标量，只有大小没有方向，但有正负，其正负表示与参考平面上物体重力势能的相对大小；物体在参考平面上方时，重力势能为正值，在参考平面下方

3、时，重力势能为负值(3)系统性：重力势能是地球与物体所组成的物体“系统”所共有的5重力做的功与重力势能变化的关系：WGEp1Ep2Ep.说明当物体从高处运动到低处时，重力做正功，重力势能减小，即WG0，Ep1Ep2.重力势能的减少量等于重力做的功当物体由低处运动到高处时，重力做负功，重力势能增加，即WG0，Ep1Ep2.()答案5重力做功WG20 J时，物体的重力势能减小20 J()答案 要点一对重力势能的理解概念辨析型合作探究如图所示，幼儿园小朋友们正在兴高采烈地玩滑梯(1)小朋友在滑梯最高点时的重力势能一定为正值吗？在地面上时的重力势能一定为零吗？(2)小朋友沿滑梯下滑时，重力势能怎么变化

4、？小朋友从最高点滑落到地面过程中重力势能的变化与参考平面的选取有关吗？提示：(1)重力势能是有相对性的，其数值的正、负表示的是物体在现实高度处比在零参考面处时的势能大或小；则小朋友在最高点时，如果选最高点为零势能点，则其重力势能可以是零(2)下滑时，势能不断减小；小朋友从最高点，滑到地面的过程中重力势能的变化量与参考面的选取是无关的知识精要1重力势能的正负重力势能是标量，其数值可正可负也可为零，表示的是相对大小，如图所示物体在A、B、C三点重力势能的正负如下表参考平面EpAEpBEpC地面正值正值零桌面正值零负值A处平面零负值负值2.重力势能是状态量：重力势能描述了物体所处的一定状态，与物体所

5、处的位置或时刻相对应3重力势能变化量的绝对性：物体在两个高度不同的位置时，由于高度差一定，重力势能之差也是一定的，即物体的重力势能的变化量与参考平面的选取无关易错警示易错点盲目套用公式Epmgh而致错如右图所示，一人造卫星绕地球做椭圆运动，试比较该卫星在近地点与远地点时的重力势能的大小错解设A、B两点与地球的距离分别为hA和hB.错解一：因为EpAmghA，EpBmghB，hAhB，所以EpAEpB.错解二：设卫星在A、B两处时的重力加速度分别为gA、gB.则有EpAmgAhAmhA，EpBmgBhBmhB.因为hAEpB.错因分析错解的原因是不清楚公式Epmgh只能在地球表面及附近g值认为不

6、变时才适用，而卫星在A、B两点时的g值不同，重力势能的计算就不能用此公式了正确解答在AB连线上取A点，使A与A同处于以地心为圆心的同一圆弧上，则A和A处物体重力势能大小相等另外，卫星由B至A时，引力做正功，重力势能减小，故有EpBEpA.答案EpBEpA易错诊断对任何物理规律都要注意其适用条件，切勿盲目套用公式重力势能计算式Epmgh适用于地球表面及附近g值不变的情况，若在物体运动过程中，g值随物体的位置变化，此公式就不再适用，因此，在求解问题时，注意物理公式的适用范围至关重要. 题组训练1(重力势能的系统性及相对性)关于重力势能，下列说法正确的是()A重力势能是地球和物体共同具有的，而不是物

7、体单独具有的B处在同一高度的物体，具有的重力势能相同C重力势能是标量，不可能有正、负值D浮在海面上的小船的重力势能一定为零解析重力势能具有系统性，重力势能是物体与地球共有的，故A正确重力势能等于mgh，其中h是相对于参考平面的高度，参考平面不同，h不同，质量不一定相同，故处在同一高度的物体，其重力势能不一定相同，选项B错误重力势能是标量，但有正负，负号表示物体在参考平面的下方，故C错误零势能面的选取是任意的，并不一定选择海平面为零势能面，故浮在海面上的小船的重力势能不一定为零，选项D错误答案A2(重力势能的相对性和变化量的绝对性)如右图所示，小球质量为m，距桌面高为h1，桌面距地面高为h2.若

8、以桌面为参考平面，小球落地时的重力势能及整个过程中小球的重力势能的变化量分别是()Amgh2，减少mgh1Bmgh2，减少mgh2Cmgh2，减少mg(h1h2)Dmgh2，减少mgh2解析重力势能的表达式Epmgh中的h是指物体所处的位置距参考平面的高度，因此，以桌面为参考平面，小球落地时的重力势能为Epmgh2；整个过程中重力做的功为Wmg(h1h2)，故小球的重力势能减少了Epmg(h1h2)选项C正确答案C3(重力势能及重力势能变化的计算)一棵树上有一个质量为0.3 kg的熟透了的苹果P，该苹果从树上A先落到地面C最后滚入沟底D.A、B、C、D、E面之间竖直距离如图所示以地面C为零势能

9、面，g取10 m/s2，则该苹果从A落下到D的过程中重力势能的减少量和在D处的重力势能分别是()A15.6 J和9 JB9 J和9 JC15.6 J和9 JD15.6 J和15.6 J解析以地面C为零势能面，根据重力势能的计算公式得D处的重力势能Epmgh0.310(3)J9 J从A落下到D的过程中重力势能的减少量Epmgh0.310(2.23)J15.6 J，故选C.答案C要点二重力做功与重力势能的比较重难点突破型知识精要1重力做功与重力势能的比较2.对重力做功与重力势能变化关系的理解和应用(1)无论物体是否受其他力的作用，无论物体做何种运动，关系式WGEp总是成立的(2)利用关系式WGEp

10、可由重力做功的正负及大小判断重力势能的增减及大小，反之也可以由重力势能的增减及大小判断重力做功的正负及大小典例剖析如图所示，质量为m的小球从曲面左侧上的A点滚下，经过最低点后滚到曲面右侧上的B点已知A点距最低点的高度为h1，B点距最低点的高度为h2.求小球从A点滚到B点的过程中，重力做了多少功？小球的重力势能变化了多少？审题指导(1)重力做功的特点是什么？(2)小球的重力势能是状态量，Epmgh中的h为物体相对零参考面的高度；物体的重力势能改变Ep与重力做功之间有何关系？尝试解答重力做的功为Wmghmg(h1h2)因为高度减小，重力做正功，所以重力势能减少，且减少的重力势能等于重力所做的功，故

11、小球的重力势能减少了mg(h1h2)答案mg(h1h2)减少了mg(h1h2)(1)重力势能的大小与零势能面的选取有关.(2)重力做功、重力势能的变化量与零势能面的选取无关.(3)计算重力做功、重力势能、重力势能的变化量时要注意区别其正、负. 题组训练1(重力做功与重力势能变化之间的关系)(多选)有关重力势能的变化，下列说法中正确的是()A物体受拉力和重力作用向上运动，拉力做功是1 J，但物体重力势能的增加量有可能不是1 JB从同一高度将某一物体以相同的速率平抛或斜抛，落到地面上时，物体重力势能的变化是相同的C从同一高度落下的物体到达地面，考虑空气阻力和不考虑空气阻力的情况下重力势能的减少量是

12、相同的D物体运动中重力做功是1 J，但物体重力势能的增加量不是1 J解析据重力做功的特点：与经过路径无关，与是否受其他力无关，与其他力做功多少无关，只取决于始末位置的高度差，再根据重力做功等于重力势能的减少量可知A、B、C正确，D错误答案ABC2(重力势能的系统性及重力势能的变化)如下图所示，直杆长为2L，中点有一转轴O，两端分别固定质量为2m、m的小球a和b，当杆从水平位置转到竖直位置时，小球a和b构成的系统重力势能如何变化？变化了多少？解析b球重力势能增加mgL，a球重力势能减少2mgL，所以系统的重力势能减少了mgL.答案减少了mgL课堂归纳小结知识体系本节小结1物体运动时，重力对它做的功只跟它的起点和终点的位置有关，而跟物体运动的路径无关2重力势能的表达式为Epmgh，重力势能是标量，但有正负，重力势能为负值时，说明物体在零势能面下方3重力势能具有相对性和系统性，但重力势能的变化量具有绝对性，重力做功与重力势能的关系为WGEp1Ep2Ep.4重力势能是地球与物体组成的系统所共有的，不是物体单独具有的，但习惯上说成“物体的重力势能”5重力势能是否变化，如何变化，以及变化了多少，只取决于物体重力的做功情况，与其他因素无关.