高中物理第七章机械能守恒定律课件(打包21套)新人教版必修2.zip
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7 10能量守恒定律与能源 伽利略理想斜面实验 机械能守恒 1801年 戴维 电和化学的联系 1802年 奥斯特 电和磁的联系 1821年 赛贝克 热和电的联系 1831年 法拉第 电和磁的联系 1840年 焦耳 电和热的联系1842年 迈尔 力和热 表述了能量守恒 1843年 焦耳 力和热的联系1847年 赫姆霍兹概括和总结了能量守恒定律 第一类永动机不可制成 一 能量守恒定律 能量既不会凭空产生 也不会凭空消失 它只能从一种形式转化为另一种形式 或者从一个物体转移到另一个物体 而在转化或转移过程中 能量的总量保持不变 最普遍 最重要 最可靠的自然规律之一 二 能源 能量耗散反映了能量的转移和转化具有方向性 2 能源 化石能源 煤 油 天然气 核能 太阳能 水能 风能 生物质能 地热 潮汐能 能源结构数据 能源短缺 2004年世界能源统计年鉴的数据显示 世界石油 仅供开采41年全球天然气 仅供开采50年全球煤炭 可开采231年 10 高大的烟囱吐着金黄色的烟尘 这是在哪儿呢 蓝天白云的日子对我们来说是一种惊喜 水源污染 污染的土地 能源短缺和环境恶化已成为关系到人类社会能否持续发展的大问题 大力发展新能源和可再生能源迫在眉睫 再也不能这样下去了 水力发电 三峡 能量转化 水的机械能转化成电能 三峡现在的年发电量现在可以达到1000亿度 风力发电 能量转化 空气的动能转化成电能 太阳能 光热 光伏 太阳辐射的总功率P0 4 1026W 太阳辐射的总功率P0 4 1026W 太阳能的利用 太阳能汽车 太阳能汽车 节能减排低碳环保从我做起 多坐公交 少开车 减少化石燃料的燃烧低碳生活随手关水龙头 随手关灯不使用一次性筷子使用节能灯 为了节约能源 给决策者提点建议 加大宣传保护环境 节约资源的力度 继续实行机动车尾号限行政策 阶梯电价 阶梯水价 加强科技创新 提倡低碳生活 建设生态环境 世界各国 全球企业应负担起共同但有区别的责任 应对资源环境压力 课后作业 完成一个有关能量的研究课题1 有关节能减排的2 有关新能源的研究 比如太阳能 3 有关能源危机与环境污染的 请结合初中所学知识 回答问题 1 什么是动能 动能与什么物理量有关 请举一个生活中物体具有动能的实例 2 什么是势能 势能与什么物理量有关 请举一个生活中物体具有势能的实例 3 动能与势能的总和是什么 学生先学 课前复习 探究问题一 对能量的认识 动能与势能 探究问题一 对能量的认识 太阳能与核能 探究问题一 对能量的认识 势能 相互作用的物体凭借其位置而具有的能动能 物体由于运动而具有的能机械能 动能与势能的总和 探究问题一 对能量的认识 各种能之间有什么关系呢 两个同学下象棋 不小心棋盘被打翻了 一颗棋子找不到了 一位同学找啊找最终在房间的某个角落找到了 支持他找下去的信念是什么呢 探究问题二 追寻守恒量 棋子的总数是不变的 物理学中也存在这种守恒现象吗 探究问题二 追寻守恒量 现象追寻 如图 小球从光滑斜面上距离地面H高度处由静止滚下 又滚上另一光滑斜面 伽利略理想斜面实验 探究点一 小球从斜面A上由静止滚下 又滚上另一个斜面过程中 有哪几个运动过程 对小球进行运动分析 探究点二 小球滚上另一个斜面的最大高度也一定等于H吗 若两个斜面均是曲面 结果如何 探究问题二 追寻守恒量 探究点三 小球在运动过程中似乎 高度 与 速度 可以相互转化 那么运动过程中存在什么不变的因素吗 请你猜想 探究问题二 追寻守恒量 探究点三 小球在运动过程中似乎 高度 与 速度 可以相互转化 那么运动过程中存在什么不变的因素吗 请你猜想 探究问题二 追寻守恒量 探究问题二 追寻守恒量 理论追寻 小球从光滑斜面上A点 由静止释放滚下 依次通过斜面上的B点和C点 设A B C三点距水平面高度分别为 小球在B点和C点的速度分别为 则的表达式如何 用表示 g已知 从A B运动学方程 从A C运动学方程 结果 探究问题二 追寻守恒量 在能量守恒的前提下 能量是可以相互转化的 找到守恒量 能量 诺贝尔物理学奖获得者费因曼曾指出 有某一个量 我们把它称之为能量 在自然界多种多样的变化中它不变化 那是一个最抽象的概念 请动手实验 观察 分析下列实验中物体具有的能及其能量的转化情况 过程中有无守恒量 自主合作学习 小组探讨 动能 势能 动能 势能 动能 弹性势能 动能 势能 势能 动能 势能 势能 动能 势能 势能 动能 势能 势能 动能 势能 回顾运动员在撑杆跳的过程中 能量转化情况如何 要想跳的更高 运动员需要怎么做 针对训练 一 能量 动能与势能动能 物体由于运动而具有的能 势能 相互作用的物体凭借其位置而具有的能量 找到守恒量 能量二 在能量守恒的前提下 能量是可以相互转化的 课堂小结 课后思考 能量转化的原因是什么呢 动能和m v的具体关系是什么呢 势能和m h的具体关系是什么呢 第1节追寻守恒量 能量 情境导入 两个同学下象棋 不小心棋盘被打翻了 发现棋子散了一地 于是一起收拾 发现一颗棋子找不到了 一位同学就找啊找 最终在房间的某个角落找到了 这一过程中 支持这位同学找下去的信念是什么 物体不会凭空消失 也不会凭空产生 物质是守恒的 棋子的总个数是一定的 是守恒的 问题思考 1 任何人类活动能离开能量吗 2 你学过或知道哪些形式的能量 3 不同形式的能量间可以相互转化吗 4 不同能量在转化时遵从什么规律 伽利略理想实验 问题 我们看到怎样的现象呢 伽利略理想斜面实验 斜面均光滑 小球好像 记得 自己起始的高度 小球高度降低的同时 速度在增加 高度升高的同时 速度在减小 通过以上实验我们可以观察到斜面上的小球好像 记得 自己起始的高度 或与高度相关的某个量 通过以上实验我们还可以观察到小球在运动中高度降低时速度却增大 速度降低时高度却增大 它们此消彼长 说明小球在运动过程中某种 东西 是不变的 记得 并不是物理学的语言 后来物理学家把这一事实说成是 某个量守恒 并且把这个量叫做能量或能 伽利略理想斜面实验中的能量 在伽利略斜面实验中 将小球提高到起始点的高度时 小球被赋予一种形式的能量 势能 小球在斜面上运动而具有的能 动能 相互作用的物体凭借其位置而具有的能量叫做势能 potentialenergy 弹性势能 重力势能 物体由于运动而具有的能量叫做动能 kineticenergy 机械能 mechanicalenergy 动能与势能的总和 它们具有势能 球 杠铃 被弹高的人 它们都具有动能 足球 汽车 火箭 想一想 用 能量的观点 描述伽利略斜面实验 小球移至斜面顶端时位置升高而具有重力势能 小球滚落时高度降低重力势能减小 而速度增大动能增加 滚落过程重力势能转化为动能 小球上升时速度减小动能减小 而高度增加重力势能增大 上升过程动能转化为重力势能 在能量转化过程中能量总量保持不变 因此小球总是上升到同一高度 回顾 用 力的观点 描述伽利略斜面实验 为了提高小球 施加了与重力相反的力 当释放小球时 重力使小球加速滚下斜面 在斜面的底部 小球由于惯性而滚上斜面 从 力 的角度分析伽利略斜面实验的运动过程 有何不足之处 不能简洁地表达和解释一个重要的事实 如果空气阻力和摩擦力小到可以忽略 小球必将准确地终止于同它开始点相同的高度处 决不会更高一点 也决不会更低一点 这说明某种 东西 在小球运动过程中是不变的 这个 东西 就是能量 想一想 单摆中的小球 滚摆中的轮子 有一个事实 如果你愿意 也可以说一条定律 支配着至今所知的一切自然现象 这条定律称做能量守恒定律 它指出某一个量 我们把它称为能量 在自然界经历的多种多样的变化中它不变化 那是一个最抽象的概念 诺贝尔物理学奖获得者费恩曼 小资料 追寻守恒量有必要吗 物理学的任务是发现普遍的自然规律 因为这样的规律的最简单的形式之一表现为某种物理量的不变性 所以对于守恒量的寻求不仅是合理的 而且也是极为重要的研究方向 诺贝尔物理学奖获得者劳厄 物理学规律 甚至是普遍的自然规律 在结构上通常有两种最基本的形式 第一 形如 X Y 而揭示因果关系的规律 第二 形如 X X 而表现守恒特征的规律 追寻守恒量的示范性案例 H2 O2 H2O 2H2 O2 2H2O 幼儿园 数的守恒 小学 体积守恒 初中 质量的守恒 高中 能量的守恒 成长阶梯 BCD 课堂练习 例1 关于伽利略的斜面实验 以下说法正确的是A 无论斜面是否光滑 小球滚上的高度一定与释放的高度相同 B 实际上 小球滚上的高度会比释放的高度要小一些 C 只有在斜面绝对光滑的理想条件下 小球滚上的高度才与释放的高度相同 D 伽利略的斜面理想实验反映了在小球的运动过程中存在某个守恒量 例2 下图表示撑杆跳运动的几个阶段 助跑 撑杆起跳 越横杆 试定性地说明在这几个阶段中能量的转化情况 答案 化学能 动能 重力势能 动能 课堂小结 追寻守恒量 能量 噢 是这么回事啊 问题思考 1 任何人类活动能离开能量吗 2 你学过或知道哪些形式的能量 3 不同形式的能量间可以相互转化吗 4 不同能量在转化时遵从什么规律 塞翁失马 焉知祸福 有得必有失 有失必有得 人文科学中的守恒 与大家共勉 课外链接 7 2功 功 Work 在生活中 一个过程如果存在做功的现象 就必然存在能量变化的现象 货物在起重机的拉力作用下向上移动了一段位移 功 Work 货物的能增加了 重力势 力对货物做了功 功 Work 列车在机车牵引力作用下向前移动了一段位移 机车的能增加了 动 力对机车做了功 功 Work 体会功的概念 货物在起重机的拉力作用下移动了一段位移 列车在机车牵引力作用下移动了一段位移 功 Work 功 Work 力的方向上 功 Work W FL 1 若力的方向和物体的运动方向一致 功 Work 2 若力的方向和物体的运动方向垂直 W 0 功 Work 3 若力的方向和物体的运动方向成某一角度 功 Work 3 若力的方向和物体的运动方向成某一角度 F1 F2 F1 Fcos F2 Fsin w1 Fcos L w2 0 功 Work 1 表达式 W FLcos F为力的大小 一般用于恒力做功 L为位移的大小 一般取地面为参考系 cos 为力与位移方向夹角的余弦 2 过程量 做功的过程反映了能量的转化过程 功是能量转化的量度 功 Work 4 单位 m 1N m 国际单位 焦耳 单位符号 J 1J的含义指 3 标量 只有大小 没有方向 遵从代数运算 功 Work 已知 物体在力F作用下在水平面上发生了一段位移L 角度如图所示 讨论 公式W FLcos 中 分别为多少 甲图 30o 乙图 150o 丙图 30o 功 Work COS 0 COS 0 COS 0 W 0 W 0 W 0 力F对物体不做功 力F对物体做正功 动力 力F对物体做负功 阻力 注 力F对物体做负功 往往说成物体克服该力做功 取绝对值 功 Work 下降过程 重力做功 能转化为能 正 动 重力势 功 Work 上升过程 重力做功 能转化为势能 负 动 重力 功 Work 功的正 负既不代表矢量的方向 也不代表大小的 而是表示出能量转化的方向 思考 8J的功与5J的功那个大 功 Work 讨论正功负功 掌握功的计算 理解功的概念 明确做功条件 积极参与 勇敢探索 合作交流 成 功 功 Work 基础作业 课本P59问题与练习第1 4题 拓展作业 结合下题分析怎样求解总功 功 Work 如图所示 一个质量m 150kg的雪橇 受到与水平方向成 37 角斜向上方的拉力F 500N 在水平地面上移动的距离l 5m 雪橇与地面间的滑动摩擦力F阻 100N 求 1 各个力对物体所做的功 2 各个力对物体做功的代数和 3 物体所受的合力 4 合力对物体做的功 谢谢 第2节功 人类对于能量及其转化的认识与功的概念紧密相连 在初中我们已经学过功的初步知识 一个物体受到力的作用 如果在力的方向上移动一段距离 我们就说这个力对物体做功 S F 力对物体做功为W FS 2 做功的两个必要因素 1 作用在物体上的力 2 物体在力的方向上发生一段位移 一 功的概念 1 功的定义 物体受到力的作用 并沿力的方发生一段位移 则该力对物体做了功 判断 有无做功 纹丝不动 匀速 真辛苦 1 如果力的方向与物体的运动方向一致 应如何计算这个力的功 W Fl l 2 如果力的方向与物体的运动方向垂直 应如何计算这个力的功 F不做功即W 0 回顾 问题来了 如果力的方向与物体的运动方向成某一角度 应如何计算这个力的功 F和l都是矢量矢量的合成和分解 矢量的合成和分解 a1 a2 a合 矢量的合成 b1 b2 b b3 b4 矢量的分解 矢量合成分解的等效性 1 把F分解到位移方向上 F F2 F1 l W Flcos 分析 根据力的等效性原理 可以把计算F做功的问题转化为分别求F1和F2做功的问题 W1 F1l FCOS l W2 0 W W1 W2 2 把l分解到力方向上 F l 同学们思考 l2 l1 W Wl1 Wl2WF F l1 0 W Flcos 而l1 lcos 3 功的计算公式 注意 做功只与F l 三者有关与物体运动形式无关 也就是说 力对物体做功具有独立性 计算功时 一定要明确是计算哪个力对物体所做的功 不能张冠李戴 W Flcos 说明 公式中各量的物理意义 F 作用在物体上的力 恒力 l 物体 力的作用点 的位移 F l正方向之间的夹角 0 180 4 功的国际单位 焦耳 J 1J意义 1J就是1N的力让物体在力的方向上发生1m的位移时所做的功 辨认力的方向与位移方向的夹角 答案 答案 答案 答案 F 乙 S F S SF S F 丙 甲 丁 技巧 寻找 夹角 可以将力的方向沿最近的途径向位移方向旋转 当力的方向与位移方向相同时 力的方向所转过的角度就是力与位移方向的夹角 下列图中 各力做功会怎样 二 正功和负功 其中F 100Nl 1mcos150 cos30 W Flcos 180 86 6J W Flcos 180 86 6J W Flcos 86 6J 1 功是标量 但有正负之分 所谓正功负功 是反映力对物体做功性质的 若为正功 表明该力促进了物体的运动 动力做功 若为负功 表明力阻碍物体的运动 阻力做功 W Flcos 某力对物体做负功 往往说成 物体克服某力做功 取绝对值 两种说法的意义是等同的 1 一学生用100N的力将质量为0 5kg的球迅速踢出 球在水平路面上滚出20m远 则该学生对球做的功是 A 2000JB 1000JC 16JD 无法确定 课堂练习 D 要点 公式中F为恒力 且始终作用在物体上 2 关于功的论述 下列说法正确的是 A 大的力一定比小的力做的功多B 5J的功比 5J的功多C 10J功比 5J的功多 C 要点 功的正负不表示功的大小 3 两质量相等的物体A B分别放在粗糙水平面上和光滑的水平面上 在同样的拉力F作用下 产生相同的位移S 则拉力 A 对A做的功多B 对B做功多C 一样多D 以上都有可能 C 力对物体做的功只与F l 三者有关 与物体的运动状态等因素无关 三 总功 当物体在几个力的共同作用下发行一段位移S时 这几个力对物体做的总功 等于各分力分别对物体所做功的代数和 也等于这几个力的合力对物体所做的功 W总 W1 W2 W3 Wn 注意 各力必须对应同一段位移 1 合力的功等于各分力所做功的代数和 即 2 先求出合力 然后求总功 表达式为 W总 F合lcos 为合力与位移方向的夹角 例题1 木箱在如图所示力的作用下匀速运动 求 拉力对木箱做的功 摩擦力对木箱做的功 支持力对木箱做的功 重力对木箱做的功 各力对木箱做的总功 例题2 一个质量m 150kg的雪橇 受到与水平方向成 37 角斜向上方的拉力F 500N 在水平地面上移动的距离l 5m 物体与地面间的滑动摩擦力F阻 100N 求外力对物体所做的总功 解析 拉力F对物体所做的功为W1 Flcos37 2000J 摩擦力F阻对物体所做的功为W2 F阻lcos180 500J 外力对物体所做的总功W W1 W2 1500J 另解 先求合力 再求总功 一 做功的两个必要因素1 作用在物体上的力2 物体在力的方向上发生一段位移二 功的一般计算公式三 功是标量 国际单位制中单位为J四 功的正负的物理意义 力对物体做正功 该力成为物体运动的动力力对物体做负功 该力成为为物体运动的阻力五 总功的求法1 先求每一个力所做的功 在求它们的代数和 2 先求合力 再求合力所做的功 小结 作业 课后1 2 3 4题思考 今天的公式只适合恒力做功 那么变力做功我们如何处理呢 第3节功率 复习 一 功的概念 如果一个物体受到力的作用 且物体在力的方向上发生一段位移 这个力对物体做了功 二 功的表达式 三 各种能量的转化需要靠做功来实现 一台拖拉机一天能耕地约20亩 一头牛一天能耕地五亩 谁做的功快 一部收割机一天能收割数十亩水稻 一个农民一天能收割一亩水稻 谁做的功快 谁做的功快 农民挑水 抽水机抽水 2 公式 3 单位 4 物理意义 瓦特 W 1 定义 一个力所做的功与完成这些所用时间的比值 一 功率 单位时间做功的多少 表示物体做功快慢的物理量 小资料 一个物体在水平恒力F的作用下 以速度v匀速直线运动了一段时间t 试求这段时间t内恒力F做功的功率 思考与推理 二 功率和速度的关系 平均功率 描述在一段时间内做功的平均快慢 瞬时功率 表示在某一时刻做功的快慢 讨论 分别可以用哪个公式求平均功率和瞬时功率 三 平均功率和瞬时功率 1 求平均功率 v是平均速度 2 求瞬时功率 v是瞬时速度 比较常用 例题 如图所示 位于水平面上的物体A 在斜向上的恒定拉力作用下 正以v 2m s的速度向右做匀速直线运动 已知F的大小为100N 方向与速度v的夹角为37 求 物体向右运动10s的过程中 拉力F对它做多少功 拉力F对物体做功的功率是多大 sin370 0 6 cos370 0 8 答案 W 1600JP 160W 功率P Fvcos 1 关于功率以下说法中正确的是 A 据P W t可知 机器做功越多 其功率就越大B 据P Fv可知 汽车牵引力一定与速度成反比C 据P W t可知 只要知道时间t内机器所做的功 就可以求得这段时间内任一时刻机器做功的功率D 根据P Fv可知 发动机功率一定时 交通工具的牵引力与运动速度成反比 练习 D 2 一质量为m的木块静止在光滑的水平面上 从t 0开始 将一个大小为F的水平恒力作用在该木块上 在t T时刻F的功率是 A B C D C 分析 3 质量m 3kg的物体 在水平力F 6N的作用下 在光滑的水平面上从静止开始运动 运动时间t 3s 求 1 力F在t 3s内对物体做的功 2 力F在t 3s内对物体做功的平均功率 3 力F在3s末对物体做功的瞬时功率 答案 54J 18W 36W 解 已知m 3kg F 6N v0 0 t 3sa F m 2m s2 s v0t 1 2at2 9m vt v0 at 6m s 1 W FS 54J 2 P W t 18W 3 P1 FVt 36W 4 一个质量是1 0kg的物体 从地面上方30m高处开始做自由落体运动 g取10m s2 1 前2s内重力对物体做功的功率是多大 2 第2s末重力对物体做功的功率是多大 100W 200W 解 已知m 1 0kgg 10m s2 1 h1 1 2gt2 20m WG FS mgh1 200J 所以 前2S内重力对物体做功的功率为 P WG t 100W 2 第2S末的速度Vt gt 20m s公式P FV可知 P FV mgVt 200W 1 功率是表示物体做功快慢的物理量 2 定义式 3 功率的另一表达式 该式用于求瞬时功率 平均功率 该式一般用于求平均功率 小结 额定功率和实际功率 额定功率 机器正常工作时的最大输出功率 也就是机器铭牌上的标称值 实际功率 是指机器工作中实际输出的功率 机器不一定在额定功率下工作 实际功率总小于或等于额定功率 汽车的功率 汽车在行驶的过程中 发动机的最大功率等于额定功率 P Fv 汽车功率 汽车的牵引力 汽车的瞬时速度 汽车加速运动的情况有两种 1 以额定功率P额启动 2 在恒定的牵引力F作用下启动 第3节功率 2 单位 瓦特 简称瓦 符号是W 1W 1J s1KW 103W1MW 106W 1 定义 功跟完成这些功所用时间的比值 叫做功率 功率是标量 一 功率 反映力对物体做功的快慢 动力系统 8台蒸汽轮机149兆瓦200000马力续航力 7000海里 18节3850海里 32节自持力 45天 1 额定功率 是指机器正常工作时的最大输出功率 也就是机器铭牌上的标称值 2 实际功率 是指机器在工作中实际输出的功率 注意 机器不一定在额定功率下工作 机器正常工作时实际功率总是小于或等于额定功率 机器只能在短暂时间内实际功率略大于额定功率 但不允许长时间超过额定功率 二 额定功率和实际功率 平均功率 描述力在一段时间内做功的平均快慢 当t表示一段时间时 此式表示平均功率 当t很短很短时 此式表示瞬时功率 三 平均功率和瞬时功率 瞬时功率 描述在某一时刻做功的快慢 四 功率和速度的关系 W Flcos P Fvcos P vFcos P Fvcos 关于P Fv的讨论 1 为什么起重机吊同一物体匀速上升 速度越大 起重机输出功率越大 当力F一定时 P v成正比 2 汽车从平路到上坡 若要保持速度不变 为什么必须加大油门呢 当速度v一定时 P F成正比 3 为什么同样一辆机动车 在满载时的行驶速度一般比空载时小得多 当功率P一定时 F v成反比 类型1 机车以恒定功率P启动 当F f阻时 a 0 v达到最大 保持vm匀速 v 五 机车启动问题 汽车启动过程中两个基本式 P F牵v 机车以恒定功率启动的v t图 先做加速度逐渐减小的变加速直线运动 最终以速度做匀速直线运动 汽车发动机的额定功率为60kW 汽车的质量为5t 汽车在水平路面上行驶时 阻力是车重的0 1倍 g 10m s2 汽车保持额定功率不变从静止启动后 汽车所能达到的最大速度是多大 当汽车的加速度为2m s2时速度多大 当汽车的速度为6m s时加速度多大 例题1 12m s 4m s 1m s2 类型2 机车以恒定加速度a启动 当F f阻时 a 0 v达到最大 保持vm匀速 P Fv 当P P额时 保持P额继续加速 机车以恒定加速度启动的v t图 先做匀加速直线运动 再做加速度逐渐减小的变加速直线运动 最终以速度做匀速直线运动 汽车发动机的额定功率为60kW 汽车的质量为5t 汽车在水平路面上行驶时 阻力是车重的0 1倍 g 10m s2 若汽车从静止开始 保持以0 5m s2的加速度做匀加速直线运动 这一过程能维持多长时间 例题2 F 7500N v 8m s t 16s 1 求平均功率 v是平均速度 2 求瞬时功率 v是瞬时速度 P Fvcos 当F与v同方向时 0 P Fv 总结 二 功率与速度的关系 三 平均功率与瞬时功率 2 瞬时功率 四 机车启动问题 1 平均功率 P Fvcosa 汽车启动过程中两个基本式 P F牵v P Fvcosa 汽车加速运动的情况有两种 1 以额定功率P额启动 汽车做变加速运动 2 在恒定的牵引力F牵作用下 即a恒定 启动 先匀加速后变加速最后匀速 一 功率 吴菊萍 托举生命的最美妈妈 2011年7月2日下午1点半 一个2岁女童从10楼坠落 吴菊萍奋不顾身地冲过去用左臂接住孩子 目前女童已脱离危险 救人的年轻妈妈吴菊萍 其手臂骨折 受伤较重 被网友称为 最美妈妈 2002年9月21日上午 俄罗斯高加索北奥塞梯地区的一个村庄发生雪崩 造成至少100人失踪 雪崩 2 美国内华达州亚利桑那陨石坑 这个陨石坑是5万年前 一颗直径约为30 50米的铁质流星撞击地面的结果 这颗流星重约50万千克 速度达到20千米 秒 爆炸力相当于2000万千克梯恩梯 TNT 超过美国轰炸日本广岛那颗原子弹的一千倍 爆炸在地面上产生了一个直径约1245米 平均深度达180米的大坑 据说 坑中可以安放下20个足球场 四周的看台则能容纳200多万观众 3 这是因为物体一旦处在一定高度时 就具有了一定的能量 而当它从所处的的高处落下时 这些能量就会以做功的方式释放出 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 质量越大 高度越高 物体的重力势能越大 讨论与交流 重力做的功分别是多少 分析这三种情况 总结重力做功的特点 一 重力做功 WG mgh mg h1 h2 mgh1 mgh2 G 物体沿斜线运动从A到B A B h L h1 h2 WG mgLcos mgh mg h1 h2 mgh1 mgh2 G 物体沿曲线运动从A到B A B h W1 mglcos 1 mg h1 W W1 W2 W3 W mg h1 mg h2 mg h3 mg h1 h2 h3 mgh mgh1 mgh2 h1 h2 起点 终点 重力做功特点 起点 终点 重力对物体做功与路径无关 只与它的起点和终点的位置有关 1 重力做功特点 重力对物体做功与路径无关 只与它的起点和终点的位置有关 一 重力做功 2 重力做功 1 如图所示 设想你要从某座高楼的第10层下到第3层 你可以乘电梯下 也可以沿楼梯走下 两种方式下楼 重力对你做的功是否相等 答案 相等 练习 我们把物理量mgh叫做物体的重力势能 Ep mgh 1 重力势能 等于它所受到的重力与所处高度的乘积 2 重力势能是标量 单位是焦耳 J 常用Ep表示 即 二 重力势能 3 重力做功与重力势能的关系 重力做功的表达式为 表示物体在初位置的重力势能表示物体在末位置的重力势能 末态的重力势能 初态的重力势能 重力势能的变化量 练习 2 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 g 10m s 2 解 重力做正功为 WG mg h1 h2 14000J重力势能减少Ep1 Ep2 mgh1 mgh2 14000J 重力做正功重力势能减少 重力所做的功等于重力势能的减少量 练习 3 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 g 10m s 2 解 重力做负功为 WG mg h1 h2 14000J物体克服重力做了14000J的功 重力势能增加 重力势能的增加量为Ep2 Ep1 mgh2 mgh1 14000J 物体克服重力所做的功等于重力势能的增加量 重力做负功重力势能增加 如果重力做正功 重力势能减少 WG 0 EP1 EP2 重力对物体做的功等于重力势能的减少量 如果重力做负功 重力势能增加 WG 0 EP1 EP2物体克服重力做的功等于重力势能的增加量 3 重力做功与重力势能的关系 重力做功对应重力势能的改变 重力做了多少功就有多少重力势能发生改变 想一想 问 小明从五楼的窗台上跳下来为什么会安然无恙 答 向里跳到五楼的地板上 高度具有相对性 计算重力势能之前需要先选定参考平面 17 高度是相对的 所以重力势能也是相对的 1 参考平面 高度取做0的水平面也称零势能面 珠穆朗玛峰峰海拔高度8844 43米 死海的海拔高度 415米 参考平面选取不同 重力势能的数值就不同 三 重力势能的相对性 4 如图 质量m 1kg的小球 从桌面上方高h1 1 2m的A点下落到地面上的B点 桌面离地面的高度h2 0 8m 请按要求填写下表 g 10m s 3 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 重力做功和重力势能变化与参考面的选择无关 12J 8J 20J 减少20J 20J 0 20J 减少20J 计算重力势能之前需要先选定参考平面 在参考面下方的物体的高度是负值 重力势能也是负值 在参考面上方的物体的高度是正值 重力势能也是正值 1 参考平面 高度取做0的水平面也称零势能面 2 重力势能是标量 只有大小没有方向 但有正 负 其正 负可以表示大小 参考平面选取不同 重力势能的数值就不同 三 重力势能的相对性 1 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 2 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 四 势能是系统共有的 小结 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二 重力势能 物体由于被举高而具有的能量 表达式三 重力做功与重力势能变化的关系重力做正功 重力势能减少重力做负功 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零势能参考面 五 势能是系统能 指系统所有 随堂巩固训练 1 如图所示一物体从A点沿粗糙面AB与光滑面AC分别滑到同一水平面上的B点与C点 则下列说法中正确的是 A 沿AB面重力做功多B 沿两个面重力做的功相同C 沿AB面重力势能减少多D 沿两个面减少的重力势能相同 BD 2 物体在匀速运动过程中 克服重力做功为50J 则 A 重力做功为50J B 物体的重力势能一定增加了50J C 物体的能量保持不变 D 重力做了50J的负功 BD D 第4节重力势能 习主席在 9 3阅兵 讲话中 说道 今天 和平与发展已经成为时代主题 但世界仍很不太平 战争的达摩克利斯之剑依然悬在人类头上 什么是达摩克里斯之剑呢 达摩克利斯之剑 源自古希腊传说 国王请他的大臣达摩克利斯赴宴 命其坐在用一根马鬃悬挂的利剑下 马鬃随时有可能断裂 利剑随时有可能刺穿达摩克里斯的胸膛 由此产生典故 意在提醒人危险随时会发生 要有危机意识 后人称之为达摩克利斯之剑 一 探究重力势能和哪些因素有关 演示一 打桩机 演示二 破碎之锤 问题 通过以上演示实验 你觉得物体的重力势能主要与哪些因素有关 你判断的依据是什么 高度 重力 下降的 重力势能与重力做功是否存在某种的联系呢 二 重力做功 问题 一个质量为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 这个过程中重力做功是多少 二 重力做功 问题 一个质量为m的物体 从高度是h1的位置 斜向下运动到高度是h2的位置 这个过程中重力做功是多少 二 重力做功 结论 对比两次重力做功 你发现了什么 二 重力做功 问题 一个质量为m的物体 从高度是h1的位置 顺着曲线斜向下运动到高度是h2的位置 这个过程中重力做功是多少 放大4倍 二 重力做功 结论 物体运动时 重力对它做的功只跟它的起点和终点的高度差有关 而跟物体运动的路径无关 三 重力势能 1 定义 2 表达式 3 单位 4 识记 EP是 量 填标量或矢量 EP是 量 填过程或状态 物体的重力势能等于它所受的重力与所处的高度的乘积 EP mgh 焦耳 J 标 状态 请认真阅读教材 填空完成 四 关于重力势能的理解 问题1 一栋三层高的楼房 每层的高度3m 将一个重力为5N的小球放在三楼阳台的栏杆上 栏杆的高度是1m 求小球的重力势能 g 10m s2 四 关于重力势能的理解 问题1 一栋三层高的楼房 每层的高度3m 将一个重力为5N的小球放在三楼阳台的栏杆上 栏杆的高度是1m 求小球的重力势能 g 10m s2 四 关于重力势能的理解 问题1 一栋三层高的楼房 每层的高度3m 将一个重力为5N的小球放在三楼阳台的栏杆上 栏杆的高度是1m 求小球的重力势能 g 10m s2 结论1 重力势能是相对的 选择不同的0参考面 重力势能是不同的 重力势能有正负 在0参考面上为正 在0参考面下位负 正负表示大小 不表示方向 四 关于重力势能的理解 问题1 一栋三层高的楼房 每层的高度3m 将一个重力为5N的小球放在三楼阳台的栏杆上 栏杆的高度是1m 求小球的重力势能 g 10m s2 追问1 若小球从栏杆上落到地面 物体的重力势能变化多少 四 关于重力势能的理解 问题1 一栋三层高的楼房 每层的高度3m 将一个重力为5N的小球放在三楼阳台的栏杆上 栏杆的高度是1m 求小球的重力势能 g 10m s2 追问1 若小球从栏杆上落到地面 物体的重力势能变化多少 四 关于重力势能的理解 问题1 一栋三层高的楼房 每层的高度3m 将一个重力为5N的小球放在三楼阳台的栏杆上 栏杆的高度是1m 求小球的重力势能 g 10m s2 追问1 若小球从栏杆上落到地面 物体的重力势能变化多少 结论2 重力势能的变化与0参考平面的选择无关 四 关于重力势能的理解 问题1 一栋三层高的楼房 每层的高度3m 将一个重力为5N的小球放在三楼阳台的栏杆上 栏杆的高度是1m 求小球的重力势能 g 10m s2 追问1 若小球从栏杆上落到地面 物体的重力势能变化多少 追问2 在这个过程中 小球的重力对小球做了多少功 结论3 重力做多少正功 重力势能就减少多少 四 关于重力势能的理解 问题1 一栋三层高的楼房 每层的高度3m 将一个重力为5N的小球放在三楼阳台的栏杆上 栏杆的高度是1m 求小球的重力势能 g 10m s2 追问1 若小球从栏杆上落到地面 物体的重力势能变化多少 追问2 在这个过程中 小球的重力对小球做了多少功 追问3 若小球从D运动到A的过程中 物体的重力势能和重力做功如何 结论4 重力做多少负功 重力势能就增加多少 W EP 四 关于重力势能的理解 通过该题我们得到的收获有 1 物体的重力势能是 的 但是重力势能的变化是 的 2 物体的重力做功与物体重力势能的关系 负功 正功 增加 减小 W EP 相对 绝对 四 关于重力势能的理解 问题2 物体的重力势能表达式 mgh mg是物体所受的重力 如果地球不在了 那么这个能量还在吗 由此可以得到什么样的结论 物体的重力势能是地球和物体组成的系统共有的 五 练习 例1 下列关于重力势能的说法正确的是 A 重力势能是地球和物体共同具有的 而不是物体单独具有的 B 重力势能的大小是相对的 C 重力势能等于零的物体 不可能队别的物体做功 D 在地面上的物体 它的重力势能一定等于零 AB 五 练习 例2 如图所示 质量m 0 5kg的物体 从桌面上方高h1 1 2m的A点落到地面上的B点 桌面离地面的高度h2 0 8m g 10m s2 请完成下列问题 五 练习 例2 如图所示 质量m 0 5kg的物体 从桌面上方高h1 1 2m的A点落到地面上的B点 桌面离地面的高度h2 0 8m g 10m s2 请完成下列问题 六 小结 1 通过本节课的学习 知识上你学到了什么 方法上学到了什么 LOGO 六 小结 1 通过本节课的学习 知识上你学到了什么 方法上学到了什么 2 自然的 达摩克利斯之剑 一直悬在人类的头上 作为我们应该怎么去做 六 小结 1 通过本节课的学习 知识上你学到了什么 方法上学到了什么 2 自然的 达摩克利斯之剑 一直悬在人类的头上 作为我们应该怎么去做 作业1 课后1 2小题 P65说一说 作业2 写一篇关于 重力势能 方面的小文章 第4节重力势能 1 打桩机的重锤举高后从高处落下时 为什么重锤举高能把水泥桩打进地里 2 水力发电站为什么要修那么高的大坝 美国内华达州亚利桑那陨石坑 这个陨石坑是5万年前 一颗直径约为30 50米的铁质流星撞击地面的结果 这颗流星重约50万千克 速度达到20千米 秒 爆炸力相当于2000万千克梯恩梯 TNT 超过美国轰炸日本广岛那颗原子弹的一千倍 爆炸在地面上产生了一个直径约1245米 平均深度达180米的大坑 据说 坑中可以安放下20个足球场 四周的看台则能容纳200多万观众 2002年 月 日上午 俄罗斯高加索北奥塞梯地区的一个村庄发生雪崩 造成至少 人失踪 雪崩 势能 相互作用的物体凭借 其 位置而具有的能量 又称作 位能 一个新的概念 重力势能 探究1 用自己的课本做如下试验 1 与高度有关2 与质量有关 1 同一课本从不同高度下落到自己手上 感觉 2 不同质量的课本从同一高度下落到自己手上 感觉 探究得到的结论 每一种力做功都对应着一种能量的变化 功是能量转化的量度 猜猜看 重力势能的大小与物体的质量 物体之间的相对高度在数值上有什么关系呢 探究2 物体的重力势能与质量和高度有怎样的定量关系呢 1 探究方法 2 探究过程 功和能的关系 从重力做功探究重力势能的概念 情景体验1 一个质量为m的物体 从高度为h1的位置A竖直向下运动到高度是h2的位置B 这个过程中重力做的功是多少 探究结果 WG mgh1 mgh2 情景体验2 一个质量为m的物体 从高度为h1的位置A沿着倾斜的直线向下运动到高度是h2的位置B 这个过程中重力做的功是多少 l 探究结果 WG mgh1 mgh2 情景体验3 如果这个物体沿任意路径从高度为h1的位置A运动到高度是h2的位置B 这个过程中重力做的功是多少 探究方法 极限法 重力的功 类型1 类型2 类型3 WG mg h mgh1 mgh2 WG mglcos mg h mgh1 mgh2 WG mg h1 mg h2 mg h3 mg h mgh1 mgh2 1 探究结果 WG mgh1 mgh2 2 探究结论 物体运动时 重力对它做的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 重力作正功重力势能增加 重力做负功重力势能减小 看起来 物体所受的重力和它所处的高度的乘积 是一个具有特殊意义的物理量 这个物理量一方面与重力所做的功密切相关 另一方面它随着高度的变化而变化 恰与势能的基本特征一致 一 重力做功 二 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 2 表达式 3 单位 国际单位 焦耳 J 重力势能是标量 无方向 但有正负 4 重力势能的变化 EP mgh2 mgh1 Ep mgh 讨论与交流 1 假设教学楼每层教室的高度是4m 日光灯的质量是1kg 你们目测我们教室上面的灯有多高 灯的重力势能是多少 四楼的同学觉得我们教室上方的灯有多高 重力势能是多少 2 通过上一个问题 请说一说关于重力势能表达式中的 h 你有什么看法 三 重力势能的相对性 定义 选取某一水平面 假定物体在这个水平面上时 重力势能为零 这个平面叫做重力势能的 参考平面 又叫 零势能面 注意 1 重力势能表达式中的 h 是相对于参考平面而言的 物体位于同一位置 取不同的参考平面 它的重力势能值可能不同 所以我们说 重力势能具有 相对性 参考平面的选取是任意的 2 物体位于参考平面之上时 重力势能为 正 位于参考平面之下时 重力势能为负 正负表示大小 学科网 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 6J 10J 4J 0 选取不同的参考平面 物体的重力势能的数值不同 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 6J 10J 4J 0 10J 10J 减少10J 减少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 四 重力做功与重力势能的变化 结论1 重力对物体做了多少正功 物体的重力势能就减少多少 重力对物体做了多少负功 重力势能就增加多少 结论2 物体的重力势能与参考面的选取有关 具有相对性 重力势能的变化 和重力做功与参考平面的选取无关 是绝对的 五 重力势能的系统性 严格说来 重力势能是地球和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 说明 1 重力是地球与物体之间的相互作用力 严格地说 重力势能是地球与物体所组成的 系统 所共有的 而不是说物体具有重力势能 2 势能是物体系由于其中各物体之间或物体内各部分存在相互作用而具有的能 是由各物体的相对位置决定的 所以势能也叫 位能 例如 我们以后会学到的分子力与分子势能 电场力与电势能 它们都是系统共有的 都具有类似的功能规律 20 温馨提示 势能是系统所共有的 课堂小结 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二 重力做功与重力势能变化的关系 重力做正功 重力势能减少重力做负功 重力势能增加三 重力势能 地球上的物体具有的与它们相对高度有关的能量 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 在雅典奥运会举重男子69公斤级比赛中 中国选手张国政以抓举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 杠铃的势能变化多少 2 重力做功多少 3 设挺举过程中 做功时间1s 求运动员发挥的平均功率是多少 奥运物理 奥运物理 课外探究 跳高运动过竿形式的发展历程 从重力势能的角度讨论不同过竿动作的技术特点 背越式跳高的优点 随着人类能量消耗的迅速增加 如何有效地提高能量利用率是人类所面临的一项重要任务 下图是上海 明珠线 某轻轨车站的设计方案 与站台连接的轨道有一个小的坡度 请你从提高能量利用效率的角度 分析这种设计的优点 练一练 课后探究 研究物体从某一高处自由下落后 插入沙土过程中受到的平均阻力 方法 让物体A从一定高度处自由落下 并插入沙土中 量出A下落的高度H和进入沙土的深度h h为物体的长度与物体进入沙土后露出地面部分的高度之差 思考 物体下落时重力势能的减少与物体克服阻力做功有怎样的关系 谢谢合作
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