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(共23张PPT)
第一章 功和机械能
第4节 势能及其改变
雪崩
雪崩破坏力强大是由于大量积雪处在一定高度而具有巨大能量。
这种能量有什么特点？它与积雪所处的高度有什么关系？与重力又有什么关系？
1.理解重力势能的概念,会用重力势能的定义式进行计算。
2.能推导并理解重力做功与路径无关的特点。
3.能够通过实验探究重力势能和弹性势能与哪些因素有关。
1.定义：物体因为处于一定的高度而具有的能量称为重力势能。
一、重力势能
高处的积雪
顶端的过山车
打夯时被举高的重锤
思考：重力势能的大小与哪些因素有关？
探究影响物体重力势能大小的因素
质量
高度
猜想与假设
实验方法
控制变量法
转换法
实验器材
你能从实验现象中得出什么结论？
质量一定，高度越高，重力势能越大；高度一定，质量越大，重力势能越大
一、重力势能
1.概念：物体由于被举高而具有的能量叫重力势能。
3.国际单位：焦耳(J) 1kg·m/s2·m=1N·m=1J
2.大小：
Ep=mgh
4.重力势能是标量、状态量，但有正负，正负表示重力势能的大小
5.系统性：重力势能是地球与物体组成系统所共有的。
6.重力势能具有相对性
h
h
h
A
h
h
h
A
h
h
h
A
B
B
B
EpB=-3mgh
EpA=2mgh
EpB=-2mgh
EpA=0
EpA=-mgh
EpB=0
1.为了比较势能的大小，我们通常选一个参考面，令处在参考面的物体的重力势能为0 ，参考面上方的物体的重力势能是正数，参考面下方的物体的重力是负数。
2.参考面的选取不影响重力势能的变化： EpB－EpA ＝-2mgh
活动
请同学们分别计算以下三种情况下重力所做的功
二、重力做功与重力势能变化的关系
情景1：物体竖直下落（ A 到 B）
A
h
B
h1
h2
WG=mgh
=mg(h1－h2)
=mgh1－mgh2
A
C
h
θ
L
h1
h2
WG=mgLcos θ
=mgh
=mg(h1－h2)
=mgh1－mgh2
情景2：物体沿斜线运动（ A 到 C）
情景3：物体沿曲线运动 （ A 到 C）
A
△h1
θ
l
Δh1
Δh2
Δh3
A
C
h
h1
h2
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（只跟它的初末位置的高度差有关），而跟物体运动的路径无关。
初态和末态的表达式均为“”，可见“”是一个具有特殊意义的物理量。
结论：
移动路径 重力做功 初状态 重力势能 末状态 重力势能 重力势能
变化量
A→B mg△h mgh1 mgh2 mg(h2-h1)=-mg△h
B→A -mg△h mgh2 mgh1 mg(h1-h2)=mg△h
观察得到的数据，你发现了什么？
（2）物体由低处往高处，重力做负功，重力势能增加，重力做了多少负功，重力势能就增加多少。
WG< 0，Ep1 < Ep2，△Ep> 0
（3）重力做的功等于重力势能的减少量
WG＝Ep1－Ep2 =-△Ep
（1）物体由高处往低处，重力做正功，重力势能减少，重力做了多少正功，重力势能就减少多少。
WG> 0，Ep1 > Ep2，△Ep< 0
做功与能量变化紧密相关
功是能量转化的量度
形变的弹簧、弯曲的杆、拉开的弓等物体都发生了弹性形变，物体因为发生弹性形变而具有的能量称为弹性势能。
三、弹性势能
探究影响弹簧弹性势能大小的因素
将圆珠笔里的弹簧取出，再用硬卡纸做个小纸帽，套在弹簧上，用力将小纸帽往下压，使弹簧产生一定的弹性形变，然后迅速放开手，看看小纸帽能弹多高。
（1）用大小不同的力，使弹簧产生大小不同的弹性形变，看小纸帽弹起的高度有什么不同？
（2）换用不同劲度系数的弹簧，看小纸帽弹起的高度有什么不同？
对于同一根弹簧，伸长量L越长，弹性势能越大.
伸长量L相同，劲度系数k越大，弹性势能也越大.
结论：与弹簧的被拉伸或被压缩的长度有关；与弹簧的劲度系数有关.
三、弹性势能
1.定义：发生 形变的物体的各部分之间，由于有 的相互作用而具有的势能，叫弹性势能。
2.影响弹性势能的因素
(1)弹性势能跟形变大小有关：同一弹簧，在弹性限度内，形变越大，弹簧的弹性势能就 。
(2)弹簧的弹性势能跟弹簧的劲度系数有关：在弹性限度内，不同的弹簧发生同样大小的形变，劲度系数 ，弹簧的弹性势能越大。
弹性
弹力
越大
越大
3.对弹性势能的理解
(1)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。
(2)相对性：弹性势能的大小与选定的弹性势能为零的位置有关，对于弹簧，一般规定弹簧处于原长时的弹性势能为零。
4.弹簧弹力做功与弹性势能变化的关系
（1）弹簧弹力做正功：弹性势能减少。
（2）弹簧弹力做负功：弹性势能增加。
（多选）1．起重机以 g/3的加速度将质量为m的物体匀减速地沿竖直方向提升高度h，已知重力加速度为g，空气阻力不计，则（ ）
A．合外力对物体做功为mgh/3
B．起重机对物体的拉力做功为2mgh/3
C．物体克服重力做功为 mgh/3
D．物体的机械重力势能增加了 mgh
BD
2.关于功与能，下列说法正确的是（　　）
A．在某一过程中，物体的重力势能的变化量与零势能参考平面的选取有关
B．若弹簧被拉伸后的弹性势能为正值，则弹簧被压缩后的弹性势能为负值
C．物体从定点A运动到定点B，重力对物体所做的功，与物体所受的其它力有关
D．作用力F与反作用力F′可能都做正功
D
3.质量为m的小物块，从离桌面高H处由静止下落，桌面离地面高为h，如图所示。如果以桌面为参考平面那么小物块落地时的重力势能及整个过程中重力势能的变化分别是（　　）
A．mgh，减少mg（H-h）
B．mgh，增加mg（H+h）
C．-mgh，增加mg（H-h）
D．-mgh，减少mg（H+h）
D
4.如图所示，一轻弹簧一端固定于O点，另一端系一重物，将重物从与悬点O在同一水平面且弹簧保持原长的A点无初速度地释放，让它自由摆下，不计空气阻力，在重物由A点摆向最低点B的过程中（ ）
A.重力做正功，弹簧弹力不做功
B.重力做正功，弹簧弹力做正功
C.重力不做功，弹簧弹力不做功，弹性势能不变
D.重力做正功，弹簧弹力做负功，弹性势能增加
D
一、重力势能：地球上的物体具有的与它高度有关的能量
表达式：
二、重力做功与重力势能变化的关系
重力做正功，重力势能减少
重力做负功，重力势能增加
三、重力做功的特点：
与路径无关，只与初末位置的高度差有关
四、弹性势能
五、势能的系统性

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