(四川 学案)2017学年高二物理教科版必修二学案：4.3.1《势能》Word版含解析.docVIP

4.3.1 势能 [学习目标定位] 1.认识重力做功与物体运动的路径无关的特点.2.理解重力势能的概念，会用重力势能的定义式进行有关计算.3.理解重力做功与重力势能变化的关系.4.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.5.理解弹性势能的概念． 一、重力势能 1．定义：物体由于位于高处而具有的能量叫做重力势能． 2．大小：物体的重力势能等于物体受到的重力和它的高度的乘积，即Ep＝mgh. 3．重力势能正、负的意义 重力势能的正负表示重力势能的大小．在参考平面上，物体的重力势能为零；在参考平面的上方，物体的重力势能为正；在参考平面的下方，物体的重力势能为负． 4．重力做功的特点 重力对物体做的功跟路径无关，仅由物体的质量和始、末两个位置的高度决定． 二、弹性势能 物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能．物体的形变越大，弹性势能越大． 三、势能是系统所共有的 重力势能和弹性势能都不是物体单独所有，而是系统所有. 一、重力势能 [问题设计] 1．如图1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： 图1 (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？ 答案　(1)甲中WG＝mgh＝mgh1－mgh2 乙中WG′＝mglcos θ＝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作一段倾斜的直线，设每段小斜线的高度差分别为Δh1、Δh2……，则物体通过每小段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 WG＝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． 2．重力对物体做功，物体的重力势能会发生变化吗？怎样变化？ 答案　重力对物体做功的过程，物体的高度会发生变化，故重力势能会发生变化，当物体由高处到低处时，重力对物体做正功，物体的重力势能减少；当物体由低处到高处时，重力对物体做负功，物体的重力势能增加． [要点提炼] 1．重力做功：WG＝mgh1－mgh2＝mg(h1－h2)． 注意　重力对物体做的功跟路径无关，仅由物体的质量和始、末两个位置的高度决定． 2．重力势能Ep＝mgh，它是标量． 3．重力做功与重力势能改变的关系 (1)表达式WG＝Ep1－Ep2＝－ΔEp (2)两种情况： 二、重力势能的相对性和系统性 [问题设计] 图2 　如图2所示，桌面距地面高为H，一物体质量为m，放在距桌面h处，思考并讨论以下问题： (1)若以地面为零势能参考平面，物体具有的重力势能是多少？以桌面为零势能参考平面，其值又是多少？ (2)选取不同的零势能参考平面，物体具有的重力势能不同，这说明了什么？如何选择零势能参考平面呢？ 答案　(1)以地面为零势能参考平面时，物体的重力势能Ep1＝mg(H－h)．以桌面为零势能参考平面时，重力势能Ep2＝－mgh. (2)说明了重力势能具有相对性，Ep＝mgh表达式中，h是物体重心到参考平面的高度，具有相对性．选择哪个水平面做零势能参考平面，可视研究问题的方便而定．通常选择地面为零势能参考平面． [要点提炼] 1．重力势能的相对性 (1)重力势能具有相对性，即Ep与选取的参考平面(零势能面)有关．因此，在计算重力势能时，必须首先选取参考平面． (2)重力势能的变化是绝对的，它与参考平面的选取无关． (3)正负的含义：在参考平面上方物体的重力势能是正值，表示物体在这一位置的重力势能比在参考平面上时大；在参考平面下方，物体的重力势能是负值，表示物体在这一位置的重力势能比在参考平面上时小． 2．重力势能的系统性：重力势能是地球与物体所组成的系统共有的． 三、弹性势能 [问题设计] 图3 　物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能．如图3所示，弹簧左端固定，右端连一物体，O点为弹簧的原长处． (1)当物体由O点向右移动的过程中，弹簧的弹力做什么功？弹性势能怎样变化？当物体由A′向O移动的过程中，弹力做功和弹性势能变化情况又会怎样呢？ (2)分析物体由O向A移动和由A向O移动过程弹力做功与弹性势能变化的关系，并与(1)的结果对比得出什么结论？ 答案　(1)物体由O向右移动的过程中，弹簧弹力做负功，弹性势能增加；当物体由A′向O移动的过程中，弹力做正功，弹性势能减少． (2)不管弹簧被压缩还是被拉伸的过程，只要弹簧弹力做正功，弹性势能就减少，只要弹簧弹力做负功，弹性势能就增加． [要点提炼] 1．物体由于发