资源简介

(共24张PPT)
4 势能及其改变
学习目标
1. 知道重力做功与路径无关．
2. 理解重力势能的概念，知道重力势能具有相对性、系统性，会用重力势能的计算式进行相关计算．
3. 理解重力做功与重力势能变化的关系．
4. 理解弹性势能的概念，会分析决定弹簧弹性势能大小的相关因素.
新课导入
思考：
水力发电是利用水位落差，配合水轮发电机产生电力.是不是处在高位的物体都有与之相对应的能量？
一、重力势能
1.定义：物体因为处于一定的高度而具有的能量．
2.公式：Ep＝mgh，式中h是物体重心到参考平面的高度．
单位：焦耳；符号：J．
3.重力势能的性质
（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
重力势能的大小与参考平面的选取有关．
（3）绝对性
物体的重力势能的变化与参考平面的选取无关．
（4）系统性
重力是地球对物体吸引而产生的，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．
例1：一实心铁球与一实心木球质量相等，将它放在同一水平地面上，下列结论正确的是(　　)
A．铁球的重力势能大于木球的重力势能
B．铁球的重力势能等于木球的重力势能
C．铁球的重力势能小于木球的重力势能
D．木球的重力势能不会大于铁球的重力势能
【解析】因为铁球和木球的密度不同，所以，质量相等的铁球和木球，木球的体积较大，放在同一水平地面上时，木球的重心高，因此，木球的重力势能大于铁球的重力势能，选项C正确．
【答案】C
二、重力做功与重力势能改变的关系
1．重力做功的表达式：WG＝mgh1－mgh2
2．重力做功的特点：重力做功与始末位置的高度差有关，与路径无关．
3．重力做功与重力势能改变的关系：
WG＝Ep1－Ep2＝－ΔEp
重力对物体做多少功，重力势能就减少多少；物体克服重力做多少功，重力势能就增大多少．
视频：重力做功与重力势能
例2：如图所示，静止的物体沿不同的光滑轨道由同一位置滑到水平桌面上，轨道高度为H，桌面距地面高为h，物体质量为m，重力加速度为g，则以下说法正确的是(　　)
A．物体沿竖直轨道下滑到桌面上，重力势能减少最少
B．物体沿曲线轨道下滑到桌面上，重力势能减少最多
C．以桌面为参考平面，物体重力势能减少mgH
D．以地面为参考平面，物体重力势能减少mg(H＋h)
【解析】重力做功与路径无关，所以无论沿哪条轨道下落，重力做功相同，重力做功W＝mgH，再由W＝－ΔEp，所以ΔEp＝－mgH，即物体重力势能减少mgH，故C正确，A、B、D错误。
【答案】C
例3：质量为m的木球从离水面高度为h处由静止释放，落入水中后，在水中运动的最大深度是h′，最终木球停止在水面上，若木球在水中运动时，受到因运动而产生的阻力恒为f．
求：
(1)木球释放后的整个运动过程重力做的功是多少？
(2)它的重力势能变化了多少？
【解析】因为重力做功与路径无关，只与过程初、末状态的高度有关，所以整个运动过程尽管木球在水下做了往复运动，但所做的功由高度差h的大小决定，即WG＝mgh，木球的重力势能减少了mgh．
[答案]　(1)mgh　(2)减少了mgh
【规律方法】重力势能的计算方法
(1)确定零势能参考平面；
(2)明确物体重心的位置，找出重心相对零势能参考平面的高度；
(3)利用Ep＝mgh计算重力势能，当物体位于零势能参考平面之下时，h为负值，则重力势能为负值，书写时要带负号．
三、弹性势能及其改变
1．定义：物体因为发生弹性形变而具有的能量．
2. 对弹性势能的理解
(1)弹性势能的影响因素
(2)系统性：弹性势能是发生弹性形变的物体上所有质点因相对位置改变而具有的能量，因此弹性势能具有系统性．
(3)相对性：弹性势能的大小与选定的零势能位置有关，对于弹簧，一般规定弹簧处于原长时的势能为零势能．
弹簧的形变量l
弹簧的劲度系数k
3．弹力做功与弹性势能变化的关系
如图所示，O为弹簧的原长处．
(1)弹力做负功时：如物体由O向A运动(压缩)或者由O向A′运动(伸长)时，弹性势能增大，其他形式的能转化为弹性势能．
(2)弹力做正功时：如物体由A向O运动，或者由A′向O运动时，弹性势能减小，弹性势能转化为其他形式的能．
(3)弹力做功与弹性势能的关系：弹力做多少正功，弹性势能就减小多少；弹力做多少负功，弹性势能就增加多少，即
W弹＝－ΔEp＝Ep1－Ep2.
想一想：
如图所示，弹弓是一种兵器，也是一种儿童玩具．它是由两根橡皮筋和一个木叉制成的。拉伸橡皮筋，可以把“子弹”射出去．拉伸的橡皮筋为什么可以把“子弹”射出去？
提示：拉伸的橡皮筋具有弹性势能。
例4：关于弹簧的弹性势能，下列说法中正确的是(　　)
A．当弹簧变长时，它的弹性势能一定增加
B．当弹簧变短时，它的弹性势能一定减少
C．在拉伸长度相同时，劲度系数越大的弹簧，它的弹性势能越大
D．弹簧拉伸时的弹性势能一定大于压缩时的弹性势能
【解析】如果弹簧原来处于压缩状态，那么当它恢复原长时，它的弹性势能减小，当它变短时，它的弹性势能增大，弹簧拉伸时的弹性势能可能大于、小于或等于压缩时的弹性势能，需根据形变量来判定，选项A、B、D错误；当拉伸长度相同时，劲度系数越大的弹簧，需要克服弹力做的功越多，弹簧的弹性势能越大，选项C正确．
【答案】C
课堂小结
T
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