物理沪科版必修2学案：第4章41势能的变化与机械功含解析

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1、4.1势能的变化与机械功问题导学一、重力势能的理解=3活动与探究11.重力势能的正、负表示什么？2.怎样理解重力势能的相对性、绝对性和系统性？ES迁移与应用1如图所示，桌面距地面0.8m,—个"J视为质点的物体质量为2kg,放在距桌面0.4m的支架上。(1)以地血为零势能血，计算物体在最高点和桌血处具有的重力势能。(2)以桌面为零势能面，计算物体在最高点和最低点具冇的重力势能。<•X漳«重力势能的求解方法(1)根据重力势能的定义求解：选取零势能面，由Ep=m^h可求质量为m的物体在离零势能面〃高度处的重力势能。(2)由重力做功与重力势能变化的关系求解：由Wq-殆-Ep

2、?知Ep?=Epi-Wq或Ep=Wq+EP2(3)由等效法求重力势能：重力势能的变化与过程无关，只与初、末状态有关。AEp==EP2-Epi。二、重力做功与重力势能的改变鵲活动与探究2重力做功有什么特点？怎样理解重力做功与重力势能的区别和联系？Ea移与应用2如图所示，金茂大厦是上海的标志性建筑之一，它的主体建筑包括地上101层，地卜•3层，高420.5m,是冃前国内第一、世界第三高楼，距地面341m的第88层为国内迄今最高的观光层，坏顾四周，极H眺望，上海新貌尽收眼底。假如一质量为60kg的游客在第88层观光(g収10m/s求以地面为参考平Mi时游客的重力势能；若游

3、客乘电梯从地面上升到88层，重力做功与重力势能的变化各是多少？•：：:・X津«计算求重力做功的方法1.根据功的定义求解：先求物体运动过程中初、末位置的高度差，再求出重力与此高)o度差的乘积即为重力做的功，注意重力做功的正负，是mgh还是・mgh°2・根据重力势能的变化与重力做功的关系求解：重力做的功等于重力势能变化量的负值。1.根据动能定理求解：可以把重力做的功包含在总功中，利用动能定理间接求出。答案：【问题导学】活动与探究1：1.答案：重力势能的正负：重力势能是标量，其数值I'JEnJ-负可为零，表示的是相对大小，如图所示，OA丿物体在4、B、C三点时重力势能的正负

4、如下表参考平面EpAEpBEg地面正值正值零桌面正值零负值A处平面零负值负值2.答案：重力势能的三个性质（1）重力势能的相对性：重力势能具有相对性，物体具有的重力势能E尸mgh是相对于零势能面的，对于同一物体，选取不同的水平面作为零势能面，其重力势能具冇不同的数值，即重力势能的人小与零势能面的选取有关。（2）重力势能变化量的绝对性：当一个物体由一个位置运动到另一个位置吋，这两个位宜的高度虽然是相对的，但这两个位査的高度差是绝对的，即与参考平面的选取无关，因此物体在这两个高度不同的位置时，重力势能之差是一•定的，与参考平面的选取无关。实际问题中我们更关注的是重力势能的变

5、化量。（3）重力势能的系统性：所谓物体的重力势能，实际上是地球和物体组成的系统所共有的，并非物体单独所有。若地球和物体Z间突然失去相互作用力，被举高的物体也就不再貝有做功的本领，也就没有重力势能，通常所说的物体具有多少重力势能，实际上是一•种简略的说法而已。注意：（1）零势能而的选择是任意的，在实际应用中，应以解决问题方便为原则选择零势能面。（2）如果在同一个问题中涉及多个物体的重力势能，必须选収一个统一的参考平面。迁移与应用1：答案：（1）23.52J15.68J（2）7.84J-15.68J解析：（1）以地面为零势能面，物体的高度/7i=1.2因而物体的重力势能为

6、Epl=〃诃可二2X9.8X1.2J二23.52J。物体落至桌面时重力势能为Ep2=mgh2二2X9.8X0.8J二15.68J。（2）以彙面为零势能面，在最高点时物体距零势能面的高度/2i，=0.4m,因而物体的重力势能为Ep/=mgh/二2X9.8X0.4J二7.84Jo物体在最低点时距零势能位置的高度居'二・0.8mEpFnghJ二2X9.XX（-0.8）J=・15.68J活动与探究2：答案：1・重力做功（1）特点：重力对物体所做的功只与物体的初末位置有关，与物体的运动路径无关，与物体是否受其他力无关，与物体的运动状态无关。（2）公式：W=mg（加一方2）‘力2

7、表示高度差。2.重力做功与重力势能比较重力做功重力势能物理意义重力对物体做功由物体与地球的相互作用产生，且由它们之间的相对位置决定的能表达式WG=mgjhEp=mgh影响大小的因素重力G和初、末位置的高度差AA重力"够和相对参考面的高度方特点只与初、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血的选择有关，同一位置的物体，选择不同的参考平面，其重力势能的值不同过程量状态量联系重力做功过程是重力势能改变的过程，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=Ep厂Ep2注意：(1)重力做功是