2017-2018学年高中物理 第7章 机械能守恒定律 第4节 重力势能学案 新人教版必修2.doc

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1、第4节　重力势能学习目标核心提炼1.理解重力势能的概念，会用重力势能的定义进行计算。1个概念——重力势能1个关系——重力做功与重力势能变化的关系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。一、重力做的功阅读教材第64页“重力做的功”部分，结合教材图7.4-1、图7.4-2及图7.4-3，体会物体沿任意路径向下运动时重力做的功的分析思路。1．做功表达式：WG＝mgh＝mgh1－mgh2，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

2、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。思维拓展如图1所示，将质量为m的物块从A移到B可以有如下情景：图1情景1：沿着AOB路径①移动。情景2：沿着直线AB路径②移动。情景3：沿着任意曲线ACB路径③移动。(1)沿着上述三条路径移动物块，重力做的功分别是多少？(2)结合上面的讨论，分析重力做功有什么特点。答案　(1)沿路径①，重力做的功W1＝mgh。沿路径②，重力做的功W2＝mgsinα·＝mgh。沿路径③，我们可以把整个路径分成许多很短的间隔，每小段曲线的长度都很小，近似可以看成是一段倾斜的直线，设每小段的高度差为Δh1、Δh2、Δh3…

3、…整个路径重力所做的功等于每小段上重力所做功的代数和，则W总＝mgΔh1＋mgΔh2＋…＝mgh。(2)重力做的功与路径无关，只与初末两个位置有关，重力做的功等于重力与沿着重力方向的位移的乘积。二、重力势能和重力势能的相对性阅读教材第65～66页“重力势能”和“重力势能的相对性”部分，知道重力势能的表达式；结合图7.4-4及图7.4-5体会重力做功与重力势能变化的关系。1．定义：物体所受重力与所处高度的乘积。2．大小：表达式：Ep＝mgh；单位：焦耳，符号：J。3．标矢性：重力势能是标量，只有大小，没有方向。4．重力做功与重力势能变化的关系(1)表达式：WG＝Ep1－Ep2＝－

4、ΔEp。(2)两种情况：①当物体从高处运动到低处时，重力做正功，重力势能减少，即WG＞0，Ep1＞Ep2。②当物体由低处运动到高处时，重力做负功，重力势能增加，即WG＜0，Ep1＜Ep2。重力做负功也可以说成物体克服重力做功。5．重力势能的相对性：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)。Ep＝mgh中的h是物体重心相对参考平面的高度。参考平面选择不同，则物体的高度h不同，重力势能的大小也就不同。思维拓展如图2所示，幼儿园小朋友们正在兴高采烈地玩滑梯。图2(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

5、时，重力势能怎么变化？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？答案　(1)不一定，若选最高点为参考平面，则小朋友在最高点的重力势能为零，在地面上的重力势能为负。(2)沿滑梯下滑，小朋友的重力势能减小，重力势能的变化与参考平面的选取无关。预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中问题1问题2问题3　重力势能与重力势能的变化[要点归纳]1．重力势能的三性(1)标量性：重力势能是标量，只有大小，没有方向，但有正、负。重力势能正、负的含义：正、负值分别表示物体处于参考平面上方和下方。(2)相对性：表达式Ep＝mgh中的h是相对于参考平面的高度，故重力势能

6、也具有相对性。计算重力势能时必须要选取参考平面，处于参考平面上的任何物体的重力势能都为零。(3)系统性：重力是地球对物体的吸引而产生的，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．重力势能变化的绝对性：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与参考平面的选取无关。[精典示例][例1]如图3所示，桌面距地面的高度为0.8m，一物体质量为2kg，放在桌面上方0.4m的支架上，则(1)以桌面为零势能参考平面，计算物体具有的重力势能，并计

7、算物体由支架下落到地面过程中重力势能减少多少？(2)以地面为零势能参考平面，计算物体具有的重力势能，并计算物体由支架下落到地面过程中重力势能减少多少？(3)以上计算结果说明什么？图3解析　(1)以桌面为零势能参考平面，物体距离零势能参考平面的高度h1＝0.4m，因而物体具有的重力势能Ep1＝mgh1＝2×9.8×0.4J＝7.84J。物体落至地面时，物体的重力势能Ep2＝mgh2＝2×9.8×(－0.8)J＝－15.68J。因此物体在此过程中重力势能减少量ΔEp＝Ep1－Ep2＝7.84J－