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高一物理重力势能课件


重力势能

前言
几 个 概 念 力:物体之间的相互作用。
重力:物体由于地球的吸引而受到 的力 势能:相互作用的物体凭借其位置而具有的 能量。

一个新的概念——重力势能
物体由于被举高而具有的能叫重力势能。 物体的高度发生变化时,重力要做功:物体被举 高时,重力做负功;物体下降时,重力做正功。 因此,认识这种势能,不能脱离对重力做功的研究。

一.重力做功 物体竖直下落
A
h

从 A 到 B

h1
B

h2

WG=mgh =mg(h1-h2) =mgh1-mgh2

物体沿斜线运动 C A
θ

从 A 到

h

L
C

h1

h2

WG=mgLcos θ =mgh =mg(h1-h2) =mgh1-mgh2

物体沿曲线运动
A

从 A 到 C
A
θ

h1

h

Δ h1 Δ h2 Δ h3

△h 1

L

C

h2
W1=mglcosθ1=mg △h 1 W=W1+W2+W3+ …… W=mg △h 1+ mg △h 2 + mg △h 3 +…… =mg (△h 1+ △h 2 + △h 3 ……) =mg h =mgh1-mgh2

重力做功的特点:
上述分析过程表明:

重力做功只跟它的起点和终点的位置 (高度差)有关,与物体运动的路径无关。
即:WG = mgΔh

二.重力势能
还表明:功的大小等于物重跟起点高度的乘积mgh1与 物重跟终点高度的乘积mgh2两者之差。即

WG = mgh1 - mgh2

可见,重力做的功等于“mgh”这个量的变化.

在物理学中, “mgh”是一个有特殊意义的物理量. 这 个物理量就是表示物体的重力势能。

1.定义:物体的重力势能等于它所受重力与所 处高度的乘积。 Ep=mgh 2.单位:国际单位制中,焦耳(J)。 1J=1kg.m.s-2 .m=1N.m 3.重力势能是标量,状态量。 4.重力势能的变化 ΔEP=mgh2-mgh1

三、重力做功与重力势能变化关系
WG = mgh1 - mgh2 = Ep1 - Ep2

重力做的功等于重力势能的减少量
即 WG =
-ΔEp

如果重力做正功,重力势能减少,减少的重力 势能等于重力对物体做的功 如果重力做负功,重力势能增加,增加的重力 势能等于物体克服重力做的功 讨论:重力势能为零的物体是不是就没有重 力势能?
14

四、重力势能的相对性 高度是相对的,所以重力势能也是相对的 计算重力势能之前需要先选定参考平面
在参考面上方的物体的高度是正值,重力 势能也是正值;

在参考面下方的物体的高度是负值,重力 势能也是负值。
势能是状态量、标量.+、–表示大小. 参考平面的选取是任意的 .

17

五.重力势能的系统性
重力势能属于物体和地球组成的系统 .

必须指出的是,重力势能跟重力做功密切 相关,而重力是地球与物体之间的相互作用力。 也就是说,倘若没有地球,就谈不上重力。所 以,严格说来,重力势能是地球与物体所组成 的这个物体“系统”所共有的,而不是地球上 的物体单独具有的。

平常所说的“物体”的重力势能, 只是一种习惯简化的说法。

例: 如图,质量0.5kg的小球,从桌面以上
h1=1.2m的A点落到地面的B点,桌面高 h2=0.8m.请按要求填写下表.(g=10m/s2)
参考 平面
A h1 桌面 地面 h2

小球在 A点重 力势能

小球在 下落过程 B点重 小球重力 力势能 做功

下落过程 小球重力 势能变化

6J 10J

-4J
0

10J 10J

-10J -10J

选取不同的参考平面,物体的重力势能的数值不同 对一个确定的过程,WG和△EP与参考面的选择无关

B
20





一、重力做功的特点: 与路径无关,只与起点和终点的高度差有关 WG=mgΔh 高度差 二、重力势能:地球上的物体具有的与它高度有关的能 量。 三、重力做功与重力势能变化的关系: Ep=mgh 重力做的功等于重力势能减少WG=mgh1-mgh2 重力做负功时,重力势能增加 四、重力势能是相对的 ,正负表示大小。 一般不加说明是以地面或题目中的最低点所在的平 面作为参考平面。 五、势能是系统能。指系统所有。

? 课堂练习 ? P13问题与练习1、 4、2

课外练习 P13 问题与练习 2、3

5.4 重力势能

问题与练习参考解答

? 1.证明:设斜面高度为h,对应于倾角为θ1、 ? Θ2、θ3的斜面长分别为l1、l2、l3。 ? 由功的公式可知,在倾角为θ1的斜面,重力与位 移的夹角为(π/2-θ1),重力所做的功为: ? WG=mgl1cos(π/2-θ1)=mgl1sinθ1=mgh。 ? 同理可证,在倾角为θ2、 θ3的斜面上,重力所做的 功都等于mgh,与斜面倾 角无关。

? 2.答: ? (1)足球由位置1运动到位置2时,重力所做的功 为-mgh,足球克服重力所做的功为mgh,足球的 重力势能增加mgh。 ? (2)足球由位置2运动到位置3时,重力做的功为 mgh,足球的重力势能减少了mgh。
?(3)足球由位置1

运动到位置3时,重 力做功为0,重力势 能变化为0。

?3.答:(1)见下表
所选择的 参考平面 小球在 A 点 的重力势能 小球在 B 点 的重力势能 整个下落过 整个下落过 程中小球重 程中小球重 力所做的功 力重力势能 的变化 10J 10J 10J 10J

桌面 地面

6J 10J

-4J 0

? (2)如果下落过程中有空气阻力,表格中 的数据不变。 ? 说明:本题的意图是使学生认识,重力势 能跟0势面的选取有关,而重力势能的变化 跟重力的功相对应,与0势面的选取无关。 重力做的功只跟物体位置的变化有关,与 是否存在其他力无关。

A

h1

h2
B

? 4.答: ? A正确。例如:物体在向上的拉力作用下,如果做 匀加速直线运动,这时拉力的功大于重力势能的增 加量。如果物体做匀减速直线运动,这时拉力的功 小于重力势能的减少量。 ? B错误。物体匀速上升,拉力的大小等于重力,拉 力的功一定等于重力势能的增加量。 ? C错误。根据WG=EP1-EP2可知,重力做-1J的功, 重力势能的增加量为1J。 ? D错误。重力做功只与起点和终点的位置有关,与 路径无关,A、B两点的位置不变,从A点到B点的 过程中,无论经过什么路径,重力的功都是相同的。

练习题:起重机以5m/s2的加速度将 质量为1t的物体匀减速地沿竖直方 向提升高度10m,则起重机钢索的 拉力对物体做的功为多少?物体克 服重力做功为多少?物体的重力势 能变化了多少?

课堂训练
1、选择不同的水平面作为参考平面,物体在某 一位置的重力势能和某一过程中重力势能改变 量( ) D A.都具有不同的数值 B.都具有相同的数值 C.前者具有相同的数值,后者具有不同的数值 D.前者具有不同的数值,后者具有相同的数值

课堂训练
2、起重机以5m/s2的加速度将质量 为1t的物体匀减速地沿竖直方向提 升高度10m,则起重机钢索的拉力 对物体做的功为多少?物体克服重 力做功为多少?物体的重力势能变 化了多少?

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