0704《重力势能》导学案

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1、0704《重力势能》导学案【学习目标】1.认识重力做功与路径无关的特点；2.知道重力势能的符号、表达式及其单位；3.知道重力势能的相对性，能根据所确定的参考平面计算物体的重力势能，知道重力势能的变化与参考平面无关；4.掌握重力做功与重力势能变化的关系。【重点难点】1.阐述重力势能为负值的物理意义；2.了解做功与路径无关是引入势能概念的前提；3.初步建立势能是系统共有的概念。【知识链接】1.重力做功（1）物体的高度发生变化时，重力要做功：物体被举高时，重力做功，物体下降时，重力做功.（2）物体运动时，重力对它做的功

2、只跟有关，而跟物体运动的无关，可见物体所受的重力mg与它所处位置的高度h的乘积mgh，具有特殊意义.2.重力势能（1）表达式：，单位：.（2）重力势能具有.只有选定后，才能具体确定重力势能的量值，故Ep=mgh中的h是物体相对于的高度.（3）重力势能是与所组成的这个物体“系统”所共有的.3.重力做功与重力势能变化间的关系重力做功与重力势能的关系式是，当物体的重力做正功时，WG＞0，即Ep1Ep2，重力势能；当物体的重力做负功时，WG＜0，即Ep1Ep2，重力势能.【问题探究】1.重力做功的特点重力对于一个物体来说

3、是恒力，根据恒力做功的公式W=Fl可知重力对物体所做的功等于重力的大小与物体在重力的方向上（竖直方向上）移动位移的乘积.如图7-4-1把物体从B点移到A点，物体的竖直方向上的位移为h1-h2故重力做功为W=mg（h1-h2）=mgh1-mgh2与物体沿什么路径从B点到A点无关.图7-4-1综上所述：重力做功只跟它的起点和终点的位置有关，而跟物体运动的路径无关.2.对重力势能的理解（1）重力势能具有相对性.重力势能的表达式Ep=mgh是与参考平面的选择有关的，式中的h是物体重心到参考平面的高度.当物体在参考平面之上

4、时，重力势能Ep为正值；当物体在参考平面之下时，重力势能Ep为负值.注意物体重力势能的正、负的物理意义是表示比零势能大还是比零势能小，这与功的正、负的物理意义是不同的.（2）重力势能的参考平面的选取是任意的.视处理物体的方便而定，一般可选择地面或物体运动时所达到的最低点为零势能参考点.（3）重力势能的变化是绝对的.物体从一个位置到另一个位置的过程中，重力势能的变化与参考平面的选取无关，它的变化是绝对的.我们关注的是重力势能的变化，这意味着能的转化问题.（4）势能是物体与地球共有的，没有地球的存在物体谈不上受重力也

5、就不可能具有势能，“物体具有重力势能”是通常的一种不严格的说法.但在理解其含义时必须知道势能是系统共有的.3.重力做功与重力势能变化的关系物体的高度变化时，重力要做功，重力势能的改变与重力做功有关.重力势能的改变只由重力做功引起.如图7-4-2，质量为m的物体，由A点下落到B点，A点高度为h1，B点高度为h2.在这个过程中，重力做功WG=mgh1-mgh2=mgΔh.图7-4-2在这个过程中重力势能的改变量ΔEp=EpB-EpA，所以重力做功和重力势能改变量的关系为WG=-ΔEp.这也正好说明了重力做正功，重力势

6、能减小，而重力做负功，重力势能增加.【典型例题】应用点一：重力做功的特点例1：如图7-4-3所示，求质量为m的小球在从位置A运动到位置B的过程中重力所做的功.图7-4-3解析：由于重力做功与通过的路径无关，只决定于物体的重力mg和物体初末位置的高度差，所以物体由A位置运动到B位置，虽然先运动到地面再回到B高度，但初末位置的高度差是H-h，那么重力做功为W=mg（H-h）.答案：mg（H-h）思维总结：重力做功仅由重力和初末位置的高度差决定.误区警示：重力做功与物体受到几个力的作用以及物体做什么性质的运动等因素无关

7、.应用点二：重力势能的计算例2：如图7-4-4所示，桌面距地面0.8m，一物体质量为2kg，放在距桌面0.4m的支架上.（1）以地面为参考平面，计算物体具有的重力势能，并计算物体由支架下落到桌面的过程中，重力势能减少了多少？（2）以桌面为参考平面，计算物体具有的重力势能，并计算物体由支架下落到桌面的过程中，重力势能减少了多少？图7-4-4思路分析：计算重力势能时，应找到参考平面，然后找到物体相对参考平面的高度，由Ep=mgh计算.解析：（1）以地面为参考平面，物体的高度h1=1.2m，因而物体的重力势能为Ep1=

8、mgh1=2×9.8×1.2J=23.52J物体落至桌面时重力势能为Ep2=mgh2=2×9.8×0.8J=15.68J物体重力势能的减少量ΔEP=Ep1-Ep2=7.84J（2）同理以桌面为参考平面时：Ep1′=7.84J，Ep2′=0，故物体落至桌面时重力势能的减少量ΔEp′=7.84J.答案：（1）23.52J重力势能减少量为7.84J（2）7.84J重力势能减少7