课时4重力势能.doc

如皋市搬经中学09~10学年度高一物理第二学期课堂导学单

课时4 重力势能
教学目标
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．用所学功的概念推导重力做功与路径的关系，亲身感受知识的建立过程．
5．渗透从对生活中有关物理现象的观察获得物理结论的方法，激发和培养学生探索自然规律的兴趣．
教学过程
活动一：通过对以下问题的研究归纳重力做功的一般表示和特点
问题1．一个质量为m的物体，从高度是h1位置，竖直向下运动到高度为h2的位置，如图1所示重力做功是：

问题2．质量为m的物体仍然从高度是h1位置，向下运动到高度为h2的位置，但这次不是竖直方向运动，而是沿着倾斜的直线AB向下运动，物体沿倾斜直线运动的距离是l，如图2所示，在这一过程中重力做的功是：

问题3．质量为m的物体由高h1处的A点沿曲线运动到高度为h2的B点，如图3所示，在这个过程中重力对物体所做的功如何求解呢？

图1 图2 图3
【结论】 根据上述的计算与分析可知道：
重力对物体做的功只跟它的______ _________，而跟物体的__________无关．WG = ____________（其中m、h分别为物体的质量，h为物体始末位置间的高度差）．可见，物体的重力mg与它所在位置的高度h的乘积“mgh”是一个具有特殊意义的物理量．
当堂巩固1：一物体从A点沿粗糙面AB与光滑面AC分别滑到同一水平面上的B点与C点，则沿AB面重力做功与沿AC面重力做功的关系是什么？

活动二：结合初中所学知识和活动一的研究，概括重力势能
1．重力势能（Ep）： 即Ep = ___________．
2．重力势能单位：______
3．重力做功与重力势能的关系：
①物体由高h1处移动到高h2处重力所做的功WG = ___________
物体由高处向低处运动，重力做 ____ 功（正或负，下同），物体的重力势能将_________（增大或减小，下同）；
体由低处向高处运动，重力做 _____ 功，物体的重力势能将 ________．
② 重力势能增量：物体在初始位置1时的重力势能Ep1，末位置2时的重力势能Ep2，定义ΔEp = Ep2 — Ep1为重力势能增量．
ΔEp > 0 表明物体的重力势能 ______（增大、减小或不变，下同），重力做 ____功，物体由 __ ___ 处运动；ΔEp < 0 表明物体的重力势能 ______，重力做 ____功，物体由 ____ _ 处运动．
综合上述可知 WG = —ΔEp，也就是说重力做正功，重力势能 ；重力做负功，重力势能 ．
当堂巩固2：.物体在运动过程中，克服重力做功为50J，则下列判断中正确的是（ ）
A．重力做功为50J B．物体的重力势能一定增加了50J
C．物体一定是从低处向高处运动 D．重力做了50J的负功

变式训练：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．重力做功越多，说明物体重力势增加得越多
D．重力做功的多少与物体重力势的增量多少没有直接关系
4．重力势能是 量．
5．重力势能的理解：
① 重力势能的相对性：物体的重力势能也总是相对某个水平面来说的，这个水平面叫 __________，参考平面选取不同，重力势能的数值就不同．
当堂巩固3：（课本P）如图所示，质量m = 0.5kg 的物体，从桌面上方高h1 = 1.2m的A点落到地面上的B点，桌面离地面的高度h2 = 0.8m．请完成下列问题：
参考平面的选择
小球在A处的重力势能
小球在B处的重力势能
整个下落过程中重力做功
整个下落过程中重力势能增量
桌 面

地 面

根据上述问题我们得到的几点结论是：
a．选择不同的参考平面，物体的重力势能的数值是_______________．
b．对确定的参考平面而言：
在参考平面上方的物体，重力势能为 _______ （填正值或负值，下同），表示物体在该位置具有的重力势能比在参考平面具有的重力势能 ________（填高或低，下同）；在参考平面下方的物体，物体的重力势能为 ___________，表示物体在该位置具有的重力势能比在参考平面上具有的重力势能 ________ ．
c．虽然选择不同的参考平面，物体重力势能的数值 ________，但物体在两点间重力势的增量（ΔEp）却与参考平面（也叫做零势能面）的选择 _______关．
变式训练1：如图所示，桌面高为h，质量为m的小球从离桌面高H处自由落下，假设桌面处的重力势能为0，则小球落到地面前瞬间的重力势能为 （ ）
A.．mgh B．mgH
C．mg(h+H) D．— mgh
变式训练2：关于重力势能的几种理解，正确的是 （ ）
A．重力势能等于零的物体，一定不会对别的物体做功
B．放在地面上的物体，它的重力势能一定等于零
C．在不同高度将某一物体抛出，落地时重力势能相等
D．相对不同的参考平面，物体具有不同数值的重力势能，但并不影响研究有关重力势能的问题
② 重力势能的系统性：重力势能的表达式Ep = ________，由此式可知物体的重力势能跟物体重力有关，而重力是地球施加给物体的，没有地球，也就谈不上重力势能．可见，重力势能是“地球和物体”这个系统共有的．
当堂巩固4：起重机以的加速度将质量为m的物体匀减速地沿竖直方向提升高度h，则起重机钢索的拉力对物体做的功为多少？物体克服重力做功为多少？物体的重力势能变化了多少.

活动三：阅读下面内容，建立势能概念
势能有多种，与高度有关的重力势能和与形变有关的弹性势能是力学中的两种，在热学中有分子势能，在电磁学中有电势能等．
势能是存在于相互作用的物体之间，它是属于有相互作用两部分物体即物体系的，但不是有相互作用物体之间就有势能存在，比如物体间相互作用是摩擦力，但它们就不存在什么势能．相互作用的物体之间的相互作用力做如果跟路径无关，一般就会引入势能来描述这种特性．
势能都是相对量，只有先定零势能参考平面，势能才有确定的值．
课后巩固
1.下面关于重力势能的说法中，正确的是（ ）
A．有A、B两个物体，A的高度是B高度的2倍，那么物体A的重力势能的数值一定是物体B的2倍
B．从同一高度将某一物体以相同的速度竖直上抛或下抛，从抛出到落地的过程中，物体重力势能的变化是相同的
C．有一物体从楼顶落到地面，如果受到空气阻力，物体重力势能的减小量小于自由下落时重力势能的减小量
D．重力做功时，不仅与物体运动的高度差有关，还与物体运动的路径有关
2.下面关于重力势能的说法中，正确的是（ ）
A．地球上的任何一个物体的重力势能都有一个确定的值．
B．从同一高度将某一物体以相同的速率平抛或下抛，落到地面时，物体的重力势能变化是相同的．
C．在不同高度的物体具有的重力势能可能相同．
D．低于零重力势能面的物体的重力势能一定小于在零重力势能平面以上物体的重力势能．
3. 如图所示，物体从A点出发，沿3条不同的轨道运动到B点，则在移动的过程中重力做功的情况是（ ）
A．沿路径运动，重力做功最多
B．沿路径运动，重力做功最多
C．沿路径运动，重力做功最多
D．无论沿哪条路径，做功都一样多
4．关于重力势能与重力做功的下列说法中正确的是（ ）
A．物体克服重力做的功等于重力势能的增加量
B. 在同一高度，将物体以初速V0向不同方向抛出，从抛出到落地过程中，重力做的相等，物体所减少的重力势能一定相等
C．物体重力做功不为零，重力势能变化等于零
D．用手托住一个物体匀速上举时，克服重力做的功与物体所增加的重力势能不等
5．质量是100 g的球从1．8 m的高处落到水平板上，又弹回到1．25 m的高度，在整个过程中重力对球所做的功为多少？球的重力势能变化了多少？

6．如图所示，一个质量为m的木块，以初速度v0冲上倾角为θ的斜面，沿斜面上升L的距离后又返回运动．若木块与斜面间的动摩擦因数为μ，求：
（1）木块上升过程重力的平均功率是多少？木块的重力势能变化了多少？
（2）木块从开始运动到返回到出发点的过程滑动摩擦力做的功是多少？重力做的功是多少？全过程重力势能变化了多少？
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