3. 势能优秀教学设计

高一物理学案－机械能守恒定律

7-4

重力势能

【学习目标】

1．认识重力做功与路径无关的特点。

2．理解重力势能的概念，会用重力势能的定义进行计算。

3．理解重力势能的变化和重力做功的关系。

4．知道重力势能的相对性，知道重力势能是物体和地球系统所共有的。

重点：重力势能的概念及重力做功跟物体重力势能改变的关系。

难点：重力做功跟物体重力势能改变的关系，重力势能的相对性。

【探究一】重力做的功

对照甲、乙、丙三幅图，完成下列问题：

问题1．设质量为m的物体，从高度是h1的位置，竖直向下运动到高度是h2的位置，这个过程中重力做的功分别为：图甲中WG＝

；

图乙中WG=

。

问题2．图丙中重力做的功如何计算?

问题3．对于上述重力沿不同路径做功的三种情形的分析，你认为重力做功的特点是什么？重力做功的表达式是什么?

结论：

1．重力做功的特点：物体运动时，重力对它做的功只跟它的______和______的位置有关，即与始、末位置的__________有关，而跟物体运动的________无关．

2．表达式：WG＝________＝mg(h1－h2)，其中h1、h2分别表示物体起点和终点的高度．

【探究二】重力势能

(认真阅读教材65页“重力势能”一段，回答下面几个问题)．

问题1．物体的重力mg与它所在位置的高度h的乘积“mgh”是一个具有特殊意义的物理量，特殊意义在于什么？

问题2．怎样定义物体的重力势能?

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2

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问题3．重力势能的表达式是什么? 重力势能中的“h”和重力做功表达式中的“h”含义一样吗？

问题4．重力势能的单位是什么?符号是什么?重力势能是矢量还是标量?

问题5．如图所示，质量为m的物体自高度为h1的A处自由下落至高度为h2的B处，求此过程中重力做的功和重力势能的变化量，并分析重力势能的变化量与重力做功的关系是什么?

结论：

重力做功与重力势能变化的关系

（1）表达式：WG＝___________＝_________________＝_________________＝－ΔEp. （2）当物体下降时，重力做

功，物体重力势能

，也就是WG>0，Ep1>Ep2；重力势能减少的数量等于重力做的功。

（3）当物体上升时，重力做

功(或者说

)，物体重力势能

，也就是WG<0，Epl

（4）重力势能的变化只与_______做功有关，与其它力做功_______；_______做功是重力势能变化的量度。

【典题探究】

例题1．物体在运动过程中重力对它做了

50 J 的功，则

(

) A．

物体重力势能的减少量等于重力对物体做的功

B．

物体的重力势能一定增加了

50 J C．

物体的重力势能一定减少了

50 J D．

物体的位置下降了

【探究三】重力势能的相对性和系统性

(认真阅读65页－66页“重力势能的相对性”一段，回答下列问题)

问题1．物体位置一定时，它的重力势能一定是确定的吗？与什么有关？

问题2．根据右图，m＝1 kg，h1＝1.2 m，h2＝0.8 m，g=10m/s2，完成下列表格：

参考平面小球在A处小球在B处整个下落过程整个下落过程中重力势能的选择

的重力势能

的重力势能

中重力做的功

的变化量

桌面

地面

问题3．选择不同的参考面，对以上表格中哪些量有影响？对哪些量没有影响？

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高一物理学案－机械能守恒定律

问题4．重力势能的正、负的意义？选择同一个参考平面，Ep1=10J，Ep2=-5J，Ep3=-20J，比较这三个重力势能的大小？若W1=10J，W2=-5J，W3=-20J，比较这三个功的大小？

问题5．为什么说重力势能是物体与地球共有的？

【典题探究】

例题2．关于重力势能，下列说法中正确的是(

) A．物体的位置一旦确定，它的重力势能的大小也随之确定

B．物体与零势能面的距离越大，它的重力势能也越大

C．一个物体的重力势能从－3 J变化到－5 J，重力势能增大了

D．重力势能的减少量等于重力对物体做的功

【课堂练习】

课本66页

问题与练习

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【过关练习】

基础题：

1．将一物体由A移至B，重力做功

(

) A．与运动过程中是否存在阻力有关

B．与物体沿直线或曲线运动有关

C．与物体是做加速、减速或匀速运动有关

D．与物体竖直方向移动的高度有关

2．将同一物体分两次举高，每次举高的高度相同，则（

）

A．

不论选取什么参考平面，两种情况中，物体重力势能的增加量相同

B．

不论选取什么参考平面，两种情况中，物体最后的重力势能相等

C．

不论选取什么参考平面，两种情况中，重力做功不等

D．

不论选取什么参考平面，两种情况中，物体最后的重力势能肯定不等

[来源学科网]3．如图所示，质量为m的小球从高为h处的斜面上的A点滚下经过h水平面BC后，再滚上另一斜面，当它到达高度为的D点时，速度4为零，在这个过程中，重力做功为(

) mgh3mghA．

B．

C．mgh

D．0 444．如图中，虚线是一跳水运动员在跳水过程中其重心运动的轨迹，则从起跳至入水的过程中，该运动员的重力势能

(

) A．一直减小

B．一直增大

C．先增大后减小

D．先减小后增大

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5．下列关于重力势能的说法中正确的是

(

) A．有A、B两个物体，A的高度是B高度的2倍，那么物体A的重力势能的数值一定是物体B的2倍

B．从同一高度将某一物体以相同的速度竖直上抛或平抛，从抛出到落地的过程中，物体重力势能的变化是相同的

C．有一物体从楼顶落到地面，如果受到空气阻力，物体重力势能的减少量小于自由下落时重力势能的减少量

D．物体运动中重力做功是－1 J，但物体重力势能的增加量不是1 J

提高题：

6．一质量为m的物体被人用手由静止竖直向上以加速度a匀加速提升h，关于此过程，下列说法中不正确的是(

) A．提升过程中手对物体做功m(a＋g)h B．提升过程中合外力对物体做功mah C．提升过程中物体的重力势能增加m(a＋g)h D．提升过程中物体克服重力做功mgh 7．质量为m的物体，由静止开始下落，由于空气阻力作用，下落的加速度为

0.8g ，在物体下落h的过程中，下列说法错误的是

(

) A．物体重力做的功为

mgh B．物体所受阻力做功为

0.2mgh C．物体重力势能减少了

mgh D．物体克服阻力所做的功为

0.2mgh 8．如图所示，一条均匀铁链长为2 m，质量为10 kg，放在水平地面上，拿住一端提起铁链直到铁链全部离开地面的瞬间，物体克服重力做功为多少？物体的重力势能变化了多少？(g2取10 m/s)

9．如图所示，轻杆中点有一转轴O，两端分别固定质量为2m和m的小球a和b，当轻杆从水平位置转到竖直位置时，小球a和b构成的系统的重力势能如何变化，变化了多少？

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