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重力势能1


4

重力势能

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问题与思考

/>1、在什么情况下,物体的重力要做功? 物体的高度发生变化,重力就要做功 2、重力做功有何特点? 研究教材P59: 图7.4-1,图7.4-2,图7.4-3

重 力 的 功

A

A

mg
B 类型1 B

l

θ mg B

A A1 A2 A3

Δh1 mg Δh2 h Δh3

h1
h2

类型2

类型3

类型1: WG=mgh=mgh1-mgh2 类型2: WG=mgl cosθ=mgh=mgh1-mgh2 类型3: WG=mgΔh1+mgΔh2+mgΔh3+… =mgh=mgh1-mgh2

一、重力做功有何特点? 1、 公式:WG=mgh1-mgh2 =mgh
2、重力做功只跟起点和终点的位置有关,而 跟物体运动的路径无关。 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。

问题与思考

“势能”是怎样定义的?

相互作用的物体凭借其 位置而具有的能量。

重力势能的定义式 :

EP= mgh

问题与思考
(1)重力势能与什么因素有关? (2)重力势能的单位? (3)重力势能是矢量还是标量?

我们把物理量mgh叫做物体的重力势 能.

1、公式:Ep=mgh
物体的重力势能等于它所受到的重力与 所处高度的乘积. 2、说明:重力势能是标量. 3、单位:焦耳,1J=1kg· s-2· m· m=1N· m

问题与思考
重力势能的定义式 :

EP= mgh

其中h表示什么?如何选取?

4、 重 力 势 能 的 相 对 性

h

EPA=2mgh A

h

EPA=0 A

h

EPA=-mgh A

h

h 重力势能的增量△Ep= EPB=0 B

h EPB-EPA =-2mgh h EPB=-3mgh B

h

h

EPB=-2mgh B

重力势能具有相对性,为了比较势能的大小,应 选同一个参考面,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。

重力势能和重力做功的表达式非常相 似,它们之间的关系是什么呢 ?

WG=Ep1-Ep2
当物体受到的重力做正功时,物体重力势能减少; 当物体克服重力做功时,物体重力势能增加,所以 说重力势能的变化量和重力做功之间的关系应该是互为 相反数

问题与思考

重力势能的改变和重力做功之间 有怎样的关系呢? 1、当物体由高处向低处运动时:

重力做正功,即WG>0,EP1>EP2
重力势能减小

重力做功对应着 重力势能的变化

WG=EP1-EP2

2、当物体由低处向高处运动时: 重力做负功,即WG<0,EP1<EP2

重力势能增大

请同学们完成
塔吊把一质量为200kg的物体,从距地面高为h1=10m的高度匀 速运到高为h2=3m的地方,重力做了多少功?物体的重力势能如何 变化?若物体加速或减速下降呢?(g=10m/s-2) 分析:重力做功为:

WG=mg(h1-h2)=14000J
WG=Ep1-Ep2=mgh1-mgh2=14000J 重力势能减少了14000J

重力做正功重力势能减少

请同学们完成
塔吊把一质量为200kg的物体,从距地面高为h1=3m的高度匀 速运到高为h2=10m的地方,重力做了多少功?物体的重力势能如 何变化?若物体加速或减速上升呢?(g=10m/s-2)
分析:重力做功为: WG=mg(h1-h2)=-14000J WG=Ep1-Ep2=mgh1-mgh2=-14000J 重力势能增加了14000J

重力做负功重力势能增加

当然不能,因为此时这个能量不能表示物体重力做功的实际情况. 当摩擦力对物体做功时,我们能不能定义有一个摩擦力势能存在呢? 为什么? 不行,摩擦力做功与路径有关。

1、关于重力势能的几种理解,正确的是 (

)

A.重力势能等于零的物体,一定不会对别的物体做功 B.放在地面上的物体,它的重力势能一定等于零 C.在不同高度将某一物体抛出,落地时重力势能相等 D.相对不同的参考平面,物体具有不同数值的重力势 能,但并不影响研究有关重力势能

2.下列关于重力势能的说法,正确的是 (

)

A.重力势能只跟物体所处的初末位置有关,与物体 实际经过的路径无关 B.重力势能的变化,只跟重力做功有关,和其他力 做功多少无关 C.重力势能是矢量,在地球表面以上为正,在地球 表面以下为负 D.重力势能的变化量等于重力对物体做的功

一、重力做功:与起点和终点的位置有关, 与物体的路径无关. 二、重力势能:物体的重力势能等于它所受 的重力和所处高度的乘积. 三、重力势能的相对性 重力势能与参考平面的选取有关.但重力势 能的变化量与参考平面的选取无关. 四、重力势能的系统性 势能是物体和地球所共有的.

中国选手张国政在雅典奥运会举重男 子69公斤级比赛中,以抓举160公斤, 挺举187.5公斤,总成绩347.5公斤获 得金牌。这也是中国代表团在本届奥 运会上的第11枚金牌。张国政制胜的 一举,挺举187.5Kg,杠铃被举高约 2m。试求: 1、重力做功多少? 2、杠铃的势能变化多少?

这是因为物体一旦处在一定高度时, 就具有了一定的能量。而当它从所处的高 处落下时,这些能量就会以做功的方式释 放出来 在初中我们已经学过:物体由于被 举高而具有的能量叫重力势能. 那么重力势能的大小与什么有关,又 如何定量表示呢?本节课我们就来学习这个 问题.

请同学们分别计算以下三种情况重力所做的功

第一种情况

重力做的功: WG=mgh=mgh1-mgh2

第二种情况

重力做的功:
WG= mglcosθ =mgh = mgh1-mgh2

第三种情况

重力做的功:

WG=mgΔh1+mgΔh2 + ·· ·
=mg(Δh1 +Δh2 + ·· ·) =mgh =mgh1-mgh2

请同学们分别计算以下三种情况重力所做的功

通过分析我们知道重力做功的特点 1、重力做功的特点是与运动的具体路径无关, 只与初末状态物体的高度差有关,不论光滑路径还 是粗糙路径,也不论是直线运动还是曲线运动,只 要初末状态的高度差相同,重力做的功就相同.

2、“ mgh”是一个具有特殊意义的物理量。 这是因为mgh这个物理量的特殊意义在于它一 方面与重力做功密切相关,另一方面它随高度的变 化而变化.恰与势能的基本特征一致。

高度h是相对于谁的呢?
重力势能总是相对于某个水平面来说的,这个水平 面叫参考平面.

参考平面选取不同,重力势能的数值就不同.可见, 重力势能具有相对性.选择哪个水平面作为参考平面,可 视研究问题的方便而定,通常选择地面作为参考平面.选 择不同的参考平面,物体的重力势能的数值是不同的,但 并不影响研究有关重力势能的问题,因为在有关的问题中, 有确定意义的是重力势能的差值,这个差值并不因选择不 同的参考平面而有所不同

重力势能的正负表示大小
对选定的参考平面而言,上方物体 的高度是正值,重力势能也是正值; 下方物体的高度是负值,重力势能 也是负值。重力势能为负,表示物 体在这个位置具有的重力势能比在 参考平面上具有的重力势能少。

重力势能:-3J

- 5J

我们已经体会到:

1、重力做正功重力势能减少,而且重力 做了多少功,重力势能就减少了多少。 2、重力做负功重力势能增加,而且克服重 力做了多少功,重力势能就增加多少。

体会“功是能量转化的量度”

那么重力势能是谁具有的呢?

重力势能应该是物体与地球组成的系统共同具有 的,而不是地球上某一个物体单独具有的。
不只是重力势能,任何形式的势能,都是相应的物体系统 由于其中各物体之间,或物体内的各部分之间存在相互作 用而具有的能,是由各物体的相对位置决定的.


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