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师用书 沪科版必修.doc

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1、4．1　势能的变化与机械功学习目标知识脉络1.认识重力势能的概念，会用重力势能的定义式进行计算．2．理解重力做功与重力势能的变化关系，知道重力势能具有相对性．(重点)3．掌握重力做功与路径无关，重力势能是物体与地球系统所共有．(难点)4．通过实际题目的应用，体验科学知识的价值.重力势能1．定义：物体由于被举高而具有的能量．2．大小：物体的重力势能等于它所受重力和它的高度的乘积，重力势能是物体与地球共有的．3．表达式：Ep＝mgh，单位为焦耳，符号是J.4．相对性：物体的重力势能是相对的，它是相对于参考平面而言的．5．标矢性：重力势能是标量，只有大小，没有方向，但是它

2、有正、负．1．物体的重力势能只与物体高度有关．(×)2．物体与零势能面的距离变大，它的重力势能不一定变大．(√)3．一个物体的重力势能从－6J变化到－3J，重力势能变大了．(√)1．某一物体在两个位置的重力势能分别是Ep1＝2J，Ep2＝－3J，则Ep1与Ep2大小关系如何？【提示】　重力势能是标量，对于同一个物体，重力势能的正负就表示它的大小，故Ep1＞Ep2.2．如图411所示为三峡大坝的侧视图，那么三峡大坝为什么修建的如此高大？图411【提示】　大坝修得越高，水具有的重力势能越大，水的发电能力越强．如图412所示，桌面距地面h1，一物体质量为m，静止在距桌面h

3、2处．图412探讨1：以地面为参考平面，物体具有的势能是多少？物体由静止下落到地面的过程中，重力势能减少了多少？【提示】　Ep1＝mg(h1＋h2)，ΔEp＝mg(h1＋h2)．探讨2：以桌面为参考平面，物体具有的势能是多少？物体由静止下落到地面的过程中，重力势能减少了多少？【提示】　Ep2＝mgh2，ΔE′p＝mg(h1＋h2)．探讨3：以上的数据说明什么？【提示】　重力势能的大小与零势面选取有关，而势能改变量大小与零势面选取无关．1．重力势能的性质(1)重力势能的相对性重力势能具有相对性，即重力势能的大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

4、体由一个位置运动到另一个位置时，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，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．2．重力势能的正负(1)重力势能是标量但有正负值，其正、负表示物体重力势能相对于参考平面上所具有的重力势能的大小．①正值表示：物体位于参考平面以上，其重力势能Ep>0.②负值表示：物体位于参考平面以下，其重力势能Ep<0.例如Ep1＝100J，Ep2＝－100J，则Ep1>Ep2.(2)重力势能

5、的值和参考平面的选取有关，如图413所示．图413参考平面EpAEpBEpC地面正值正值零桌面正值零负值A处平面零负值负值1．(多选)关于重力势能的理解，下列说法正确的是(　　)A．重力势能有正负，是矢量B．重力势能的零势能面只能选地面C．重力势能的零势能面的选取是任意的D．重力势能的正负代表大小【解析】　重力势能是标量，但有正负，重力势能的正、负表示比零势能大还是小，A错误，D正确；重力势能零势能面的选取是任意的，习惯上常选地面为零势能面，B错误，C正确．【答案】　CD2.甲、乙两个物体的位置如图414所示，质量关系m甲

6、势能面，甲、乙的重力势能分别为Ep1、Ep2，则有(　　)图414A．Ep1>Ep2　　　　　　　B．Ep1Ep2，故A项正确．【答案】　A3．质量为3kg的物体放在高4m的平台上，g取10m/s2.求：(1)物体相对于平台表面的重力势能是多少？(2)物体相对于地面的重力势能是多少？(3)物体从平台落到地面上，重力势能变化了多少？【解析】　(1)以平台为参考平面，物体的重力势能为0.(2)以地面为参考平面，物体的重力势能Ep＝mgh＝3×10×4J

7、＝120J.(3)以地面为参考平面，物体落到地面，重力势能变化了ΔEp＝0－120J＝－120J.【答案】　(1)0　(2)120J(3)减少了120J(1)在求解重力势能时，零势能参考平面的选取是任意的，通常情况下，常选取地面作为零势能参考平面.(2)不管选取哪个平面作为零势能参考平面，重力势能的变化总是不变的，是绝对的.重力做功的特点与重力势能变化的关系1．重力做功跟重力势能变化的关系(1)重力做正功时，物体的重力势能减少．(2)重力做负功时，物体的重力势能增加．(3)两者的关系式：W＝Ep1－Ep2＝－ΔEp，其中ΔEp为物体重力势能的增量，ΔEp＝Ep