2017-2018学年高中物理 第4章 能量守恒与可持续发展 4.1 势能的变化与机械功教学案 沪科版必修2.doc

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1、4.1　势能的变化与机械功[学习目标]　1.认识重力做功与物体运动的路径无关的特点，理解重力势能的概念.2.理解重力做功与重力势能变化的关系.3.知道重力势能具有相对性，知道重力势能是物体和地球所组成的系统所共有的.一、研究重力做功跟重力势能变化的关系1.重力势能(1)定义：物体由于被举高而具有的能.(2)公式：Ep＝mgh，式中h是物体重心到参考平面的高度.(3)单位：焦耳；符号：J.2.重力做功与重力势能的变化：(1)表达式：W＝Ep1－Ep2＝－ΔEp.(2)两种情况：①物体由高处到低处，重力做正功，重力势能

2、减少；②物体由低处到高处，重力做负功，重力势能增加.二、重力做功与路径无关1.重力做功的表达式：W＝mgh，h指初位置与末位置的高度差.2.重力做功的特点：物体运动时，重力对它做的功只跟它的初位置和末位置的高度有关，而跟物体运动的路径无关.三、弹性势能1.定义：物体发生弹性形变时具有的势能叫做弹性势能.2.大小：弹簧的劲度系数为k，弹簧的伸长量或压缩量为x，则弹簧的弹性势能Ep＝kx2.[即学即用]1.判断下列说法的正误.(1)重力做功与物体沿直线或曲线运动有关.(×)(2)物体只要运动，其重力一定做功.(×)(3

3、)同一物体在不同位置的重力势能分别为Ep1＝3J，Ep2＝－10J，则Ep1

4、＋h)一、重力做功的特点[导学探究]　如图2所示，一个质量为m的物体，从高度为h1的位置A分别按下列三种方式运动到高度为h2的位置B，在这个过程中思考并讨论以下问题：(1)根据功的公式求出甲、乙两种情况下重力做的功；(2)求出丙中重力做的功；(3)重力做功有什么特点？图2答案　(1)甲中W＝mgh＝mgh1－mgh2乙中W′＝mglcosθ＝mgh＝mgh1－mgh2(2)把整个路径AB分成许多很短的间隔AA1、A1A2…，由于每一段都很小，每一小段都可以近似地看做一段倾斜的直线，设每段小斜线的高度差分别为Δh1、

5、Δh2…，则物体通过每段小斜线时重力做的功分别为mgΔh1、mgΔh2….物体通过整个路径时重力做的功W″＝mgΔh1＋mgΔh2＋…＝mg(Δh1＋Δh2＋…)＝mgh＝mgh1－mgh2(3)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.[知识深化]1.重力做功大小只与重力和物体高度变化有关，与物体受其他力及物体的运动状态均无关.2.物体下降时重力做正功，物体上升时重力做负功.3.在一些往复运动或多个运动过程的复杂问题中求重力做功时，利用重力做功的特点，可以省去大量中间过程，一

6、步求解.例1　在同一高度，把三个质量相同的球A、B、C分别以相等的速率竖直上抛、竖直下抛和平抛，它们都落到同一水平地面上.三个球在运动过程中，重力对它们做的功分别为WA、WB、WC，重力的平均功率分别为PA、PB、PC，则它们的大小关系为(　　)A.WA>WB＝WC，PA>PB＝PCB.WA＝WB＝WC，PA＝PB＝PCC.WA＝WB＝WC，PB>PC>PAD.WA>WB>WC，PA>PB>PC答案　C解析　由重力做功特点知：WA＝WB＝WC；由运动学知识知，从抛出到落地的时间：tBP

7、C>PA，故C对.二、重力势能[导学探究]　如图3所示，质量为m的物体自高度为h2的A处下落至高度为h1的B处.求下列两种情况下，重力做的功和重力势能的变化量，并分析它们之间的关系.图3(1)以地面为零势能参考面；(2)以B处所在的平面为零势能参考面.答案　(1)重力做的功W＝mgΔh＝mg(h2－h1)，选地面为零势能参考面，EpA＝mgh2，EpB＝mgh1，重力势能的变化量ΔEp＝mgh1－mgh2＝－mgΔh.(2)选B处所在的平面为零势能参考面，重力做功W＝mgΔh＝mg(h2－h1).物体的重力势能Ep

8、A＝mg(h2－h1)＝mgΔh，EpB＝0，重力势能的变化量ΔEp＝0－mgΔh＝－mgΔh.综上两次分析可见W＝－ΔEp，即重力做的功等于重力势能的变化量的负值，而且重力势能的变化与零势能参考面的选取无关.[知识深化]1.重力做功与重力势能变化的关系：W＝Ep1－Ep2＝－ΔEp2.重力势能的相对性物体的重力势能总是相对于某一水平参考面，选取不同的参考面