【高中物理】重力勢能【大單元教學(xué)】2022-2023學(xué)年高一物理（人教版2019必修第二冊(cè)）

第2節(jié)

重力勢能第八章

機(jī)械能守恒定律

初中我們已經(jīng)定性地學(xué)習(xí)了重力勢能（物體由于被舉高而具有的能量），物體的質(zhì)量越大、所處的位置越高，重力勢能就越大。這一節(jié)我們來進(jìn)一步定量地研究重力勢能。你認(rèn)為重力勢能的表達(dá)式應(yīng)該是怎樣的呢？重力勢能的表達(dá)式是什么？新課導(dǎo)入思考：觀察小球的運(yùn)動(dòng)情況并求出三種情況下小球重力做的功？一、重力做功一、重力做功WG=mgΔh=mg(h1－h(huán)2)

=mgh1－mgh2

物體豎直下落從A到BWG=mgLcosθ=mgΔh=mg(h1－h(huán)2)=mgh1－mgh2物體沿斜線運(yùn)動(dòng)從A到B物體沿曲線運(yùn)動(dòng)從A到BΔh1Δh2Δh3ABΔhW1=mglcosθ1=mg△h1W=W1+W2+W3+……W=mg△h1+mg△h2

+mg△h3

+……=mg（△h1+△h2+△h3……)=mgΔh

=mgh1－mgh2h1h2微元法一、重力做功A1A2A3A△h1θl放大A1ABmg甲hABθmg乙BA丙起點(diǎn)終點(diǎn)=mg(h1－h(huán)2)ＷＧ=mgΔh=mgh1－mgh2以上三種類型總結(jié)：微元法一、重力做功斜面是否光滑對(duì)計(jì)算“重力做的功”有影響嗎？重力做功的特點(diǎn)：物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力對(duì)它做的功只跟它的起點(diǎn)和終點(diǎn)的位置有關(guān)，而跟物體運(yùn)動(dòng)的路徑無關(guān)。即重力做功數(shù)值等于重力與高度差的乘積。表達(dá)式：WG＝

mgΔh=mgh1－mgh2Δhh2h1AB一、重力做功1.重力做功與路徑無關(guān)；2.重力做功與物體是否受其它力無關(guān)；3.重力做功與物體運(yùn)動(dòng)性質(zhì)無關(guān)；4.重力做功與物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)。說明特殊意義在于：（1）與重力做功密切相關(guān)（2）隨高度的變化而變化．分析表達(dá)式WG=mgΔh=mgh1-mgh2，請(qǐng)思考“mgh”具有什么特殊意義？

可見,重力做的功等于mgh這個(gè)量的變化.在物理學(xué)中，mgh是一個(gè)由特殊意義的物理量.就用這個(gè)物理量表示物體的重力勢能。恰與勢能的基本特征一致Δhh2h1AB思？1.定義：物體由于被舉高而具有的能量叫重力勢能。大?。何矬w的重力勢能等于它所受重力與所處高度的乘積。3.單位：焦（耳）J1J=1kg?m?s-2?m=1N?m4.重力勢能是標(biāo)量：只有大小沒有方向，但有正、負(fù)，其正、負(fù)表示大小。

（h

─物體重心到零勢能面的高度）Ep=mgh新知講解：二、重力勢能重力做功與重力勢能變化的關(guān)系：重力做的功等于重力勢能變化量的負(fù)值。WG＝mgh1－

mgh2＝EP1－EP2

＝－ΔEP表達(dá)式：(2)物體由低處運(yùn)動(dòng)到高處時(shí)，重力做負(fù)功，WG<0，則EP1<EP2，重力勢能增加，重力勢能增加的數(shù)量等于物體克服重力所做的功(重力做負(fù)功)。總結(jié)：重力做功是重力勢能變化的量度，重力勢能的變化只與重力做功有關(guān)，與其它力做功無關(guān)！(1)物體由高處運(yùn)動(dòng)到低處時(shí)，重力做正功，重力勢能減少，即WG>0，則EP1>EP2

,重力勢能減少的數(shù)量等于重力做的功。說明：三、重力做功與重力勢能變化的關(guān)系例2（P82第2題）：質(zhì)量為m的足球在地面1的位置被踢出后落到地面3的位置，在空中達(dá)到的最高點(diǎn)2的高度為h。重力加速度為g。（1）足球由位置1運(yùn)動(dòng)到位置2時(shí)，重力做了多少功？足球的重力勢能增加了多少？（2）足球由位置2運(yùn)動(dòng)到位置3時(shí)，重力做了多少功？足球的重力勢能減少了多少？－mghmghmghmgh分析：Ep＝mghG＝mg：由于地球?qū)ξ矬w的吸引而產(chǎn)生的m：決定于物體

g：決定于地球h：

反映了物體與地球間的相對(duì)位置關(guān)系提示：嚴(yán)格地說，重力勢能是地球與物體所組成的“系統(tǒng)”所共有的，平常所說的“物體”的重力勢能，只是一種簡化的說法。

Ep＝mgh只適用于地球表面附近g不變的情況，當(dāng)g變化，Ep＝mgh就不能用來計(jì)算重力勢能。四、重力勢能的系統(tǒng)性

由于高度h是相對(duì)的，所以重力勢能也是相對(duì)的，計(jì)算重力勢能之前需要先選定0勢能參考平面。參考平面（零勢能面）的選取是任意的，通常選擇地面作為參考平面。Ep=mgh參考平面00hA>0EpA>0hB<0EpB<0高度h重力勢能EP零勢能面正負(fù)表示大小AABB五、重力勢能的相對(duì)性

【例題3】如圖，質(zhì)量0.5kg的小球，從桌面以上h1=1.2m的A

點(diǎn)落到地面的B

點(diǎn)，桌面高h(yuǎn)2=0.8m。關(guān)于小球的重力勢能，請(qǐng)按要求填寫下表。(g=10m/s2)參考平面在A點(diǎn)在B點(diǎn)下落過程重力做功重力勢能變化桌面地面6J10J─4J010J10J減少10J減少10Jh1h2AB★選擇不同的參考平面，物體的重力勢能不同。相對(duì)性★重力做功和重力勢能的變化與參考平面的選擇無關(guān)。絕對(duì)性△Ep的絕對(duì)性觀察以下這幾張圖中的物體有什么共同點(diǎn)拉力器弓箭弦撐桿彈弓弦六、彈性勢能1.發(fā)生彈性形變的物體（彈簧）各部分之間，由于有彈力的相互作用而具有的勢能，叫做彈性勢能。彈性勢能的大小與形變量有關(guān)彈性勢能的大小與勁度系數(shù)有關(guān)六、彈性勢能3.彈性勢能的變化與彈力做功的關(guān)系(1)彈力做正功時(shí)，彈性勢能減小。(2)彈力做負(fù)功時(shí)，彈性勢能增大。(3)彈力做功與彈性勢能變化的關(guān)系為W彈＝－ΔEp。4.對(duì)彈性勢能的理解(1)系統(tǒng)性：彈性勢能是發(fā)生彈性形變的物體上所有質(zhì)點(diǎn)因相對(duì)位置改變和發(fā)生彈力作用而具有的能量，因此彈性勢能具有系統(tǒng)性。

(2)相對(duì)性：彈性勢能的大小與選定的零勢能位置有關(guān)，對(duì)于彈簧，一般規(guī)定彈簧原長處為其零勢能的位置。六、彈性勢能勢能也叫位能，與相互作用的物體的相對(duì)位置有關(guān)，與對(duì)應(yīng)力做功路徑無關(guān)。重力勢能是由地球和地面上物體的相對(duì)位置決定的，是物體和地球共有的。彈性勢能是由發(fā)生彈性形變的物體各部分的相對(duì)位置決定的。重力勢能的系統(tǒng)性例題3．如圖所示，靜止的小球沿不同的軌道由同一位置滑到水平桌面上，軌道高度為h，桌面距地面高為H，小球質(zhì)量為m，則以下說法正確的是（）A．小球沿豎直軌道下滑到桌面上的過程，重力做功最少B．小球沿曲線軌道下滑到桌面上的過程，重力做功最多C．以桌面為參考面，小球的重力勢能的減少量為mghD．以地面為參考面，小球的重力勢能的減少量為mg(H+h)c課堂訓(xùn)練例題4．起重機(jī)以g/3的加速度將質(zhì)量為m的物體勻減速地沿豎直方向提升高度h