高中物理第四章机械能和能源第2节动能势能学案粤教版必修2 6页

第二节《动能 势能》 一、学习目标 1、了解功与能的关系 2、会计算动能、重力势能 二、学习重点难点 理解重力做功与重力势能的关系 三、课前预习（自主探究） 1．定义：一个物体能对其他物体做功，就说这个物体具有 。 2．功和能：做功的过程就是能量 的过程．做了多少功， 就有多少能 量 ．功是过程量，能量是状态量，功是 的量度． 3．物体由于 而具有的能量称为动能，用 Ek 表示；由物体所处位置的高度决定的 能量，用 Ep 表示，大小等于物体所受 的大小与所处高度的 ，公式 Ep＝ mgh. 4.我国“神舟”号飞船返回舱的质量约是 3×103kg，返回时进入大气层时的速度约是 8km/s， 它的动能约是（ ） A．2.4×106 J B．1.92×1010J C．9.6×1010 J D．0 5．关于重力势能，下列说法中正确的是（ ） A．物体的位置一旦确定，它的重力势能的大小也随之确定 B．物体与零势面的距离越大，它的重力势能也越大 C．一个物体的重力势能从－5J 变化到－3J，重力势能减少了 D．重力势能的减少量等于重力对物体做的功 四、课堂活动 （1）小组合作交流 知识点 1 功与能的关系 在安徽广德太极洞内，有一块状如卧兔的石头。 石头正中央有一个光滑圆润的小洞，如图 4-2-1 所 示。这个小洞是怎么形成的呢？原来，在这块石头 的上方，有水滴连接不断地从缝里滴落下来，而且 总是滴落在同一个地方。几百年过去了,几千年，甚 至几万年……水滴锲而不舍，日雕月琢，终于滴穿 了这块石头，成为今天太极洞内的一大奇观。 许多古今中外事业有成就的人，在前进的道路上，不都是靠这种“水滴石穿”的精神 吗？这个故事告诉我们做事一定要专一，滴水穿石。 从物理的角度看，为什么水滴会把石头给滴穿呢？水滴从高处落下时重力对水 滴 ，使得水滴落至石头前的瞬间具备一定的 ，也即水滴具有一定 的 ，具有 的多个小水滴长时间坚持对石头 造成的 答案：做功，速度，动能，动能，做功 重点归纳 对功与能量的关系的理解 1、能量 （1）概念：一个物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量。 （2）意义：能量反映的是物体具有对外做功本领的大小，而不是反映物体对外做功的多少。 如一个物体对外做功的本领很大，但它却可以不对外做功，也就是说，一个物体可以具有很 大的能量，但它不一定要对外做功。 （3）形式：能量具有各种不同的形式，如机械能、内能、光能、化学能等。 一切物体都具有能量，能量是物体的固有属性，只是一种形式的运动对应着相应形式的 能。如由于机械运动而具有的能就成为机械能。 （4）能量是状态量，是由物体的状态所决定的，能量是标量，单位是焦耳。 （5）实例 例如流动的空气可以做功，台风、龙卷风可以拔起大树、掀翻汽车、摧毁房屋，涨落的 潮汐能推动水轮机转动、被举高的巨石、拉开的弓都具有能量。 2、功是能量转化的亮度 做功的过程就是能量转化的过程，做了多少功，就有多少能量发生转化。反之，转化了 多少能量就说明做了多少功。 功和能的单位相同，在国际单位制中都是焦耳（J） 3、功和能的三点辨析 （1）功和能是两个不同的物理量，不能理解为功就能量，能就是功； （2）功对应着一个物理过程，能对应着物体存在的一个状态，所以功是一个过程量，能是 一个状态量。 （3）功是能量转化的量度，不能理解成功转化成了能量，也不能说物体具有多少功。 知识点 2 动能 如果我们用手直接将子弹扔向目标，则杀伤力很小，而从枪口射出的子弹杀伤力很大， 因为从枪口射出的子弹 很大， 也很大；乒乓球从对面高速飞来，我们却 可以轻易抓住它，因为乒乓球的速度虽然很大，但 很小，故 也很小；如 果是铅球高速飞来，我们却不敢去接它，因为铅球速度大而且 较大， 较大。 可见，运动物体的能量与物体的 和 都有关系。 重点归纳 对动能的理解 1、动能的概念：物体由于运动而具有的能量叫动能。 2、表达式： 2mv2 1KE 文字表述：物体的动能等于物体的质量与它的速度的平方乘积的一半。 3、对动能概念的理解 （1）动能是标量 动能只与运动该物体质量以及速率有关，而与其运动方向无关，即动能只有大小，没有 方向。 （2）动能是状态量 速度是状态量，一定质量的物体，速率不同，动能不同，动能也是状态量。 （3）动能是相对量 选择不同的参考系，物体的瞬时速度不同，也就有不同的动能。在研究地表附近物体的 运动时，一般都是以地面为参考系。 知识点 3 重力势能 三峡大坝是世界第一大的水电工程，于 2006 年 5 月 20 日全线建成.2010 年 7 月 19 日，三峡大坝将迎来一次 峰 值 在 65000 立方米每秒左右的洪水，堪比 1998 年长江三 峡 河 段的最高峰值，这也将是三峡水库建成以来所面临的 规 模 最大的一次洪水挑战．经国家防总批准，三峡水库于 2011 年 9 月 10 日零时正式启动第四次 175 米试验性蓄水，至 18 日 19 时，水库水位已达到 160.18 米，如图 4-2-2 所示。 修筑大坝的目的是使水位 从而增加水的 ，而 转化为水 的 ，从而推动涡轮机转动实现发电． 重点归纳 对重力势能的理解 1、概念：由物体所处位置的高度决定的能量成为重力势能。如耸立在峭壁上的石头，水电 站水库中的水都具有重力势能。 2、重力的功：重力是由于地球的吸引而使物体受到的力，其方向竖直向下，在地面附近其 图 4-2-2 大小可看作恒量， mgG  。重力做功的特点是只与运动物体的起点和终点的位置有关，而 与运动物体所经过的路径无关。 3、重力势能 （1）表达式： mghE p  ，即物体的重力势能等于它所受重力的大小与所处高度的乘积。 （2）单位：焦耳，简称“焦”，记为“J” 4、重力势能的“四性” （1）系统性：重力势能是物体和地球所组成的系统共同具有的能量，不是地球上物体独有 的，通常所说的物体的重力势能是一种不确切的习惯说法。 （2）相对性：重力势能 mghE p 与参考平面的选择有关，式中的 h 是物体重心到参考平 面的高度。重力势能是标量，只有大小而无方向，但有正负之分，当物体在参考平面之上时， 重力势能 pE 为正值；当物体在参考平面之下时，重力势能 pE 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。 （3）参考平面选择的任意性：视处理问题的方便而定，一般可选择地面或物体运动时所达 到的最低点为零势能的参考点。 （4）重力势能变化的绝对性：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。 5、重力势能的变化与重力做功的关系 重力势能的变化过程，也是重力做功的过程，两者密切相关。 （1）当物体由高处运动到低处时 210 PPG EEW  ， ，表明重力做正功时，重力势能减少， 减少的重力势能等于重力所做的功。 （2）当物体由低处运动到高处时 210 PPG EEW  ， ，表明物体克服重力做功，重力势能 增加，增加的重力势能等于克服重力所做的功。 知识点 4 弹性势能的改变 伦敦奥运会，中国射箭队派出了程明、方玉婷、徐晶 和 邢宇、戴小祥、刘招武的阵容出战奥运。尽管六位箭手的平均 年 龄不足 23 岁，都是首次参加奥运会的“新兵”，但是凭借着 出 色的实力、稳定的发挥，在伦敦奥运赛场上演了“青春风暴”。 其 中，程明、方玉婷和徐晶携手合作，连续战胜多路强手晋级女子团体决赛，仅仅以一环之差 不敌韩国女队获得银牌。随后开始的个人赛上，戴小祥更是冲破了韩国、欧美选手的重重阻 碍，赢得一枚铜牌，为中国射箭队赢得了男子个人赛的首枚奖牌。 如图所示为中國選手張娟娟，当射箭手把弓拉满后放手就可以把箭射出去。这是因为拉 满的弓储存了 ，当放手后，弓在恢复原状时，弓对 箭 ，转化为箭的 ，弓被拉满时所储存的能量 叫 。 重点归纳 对弹性势能的理解 1.定义：发生弹性形变的物体，在恢复原状时能够对外界做功，因而具有能量，这种能量叫 做弹性势能。 2.对弹性势能的理解 （1）弹性势能是有发生弹性形变的物体各部分的相对位置决定的。如卷紧的发条，拉长或 压缩的弹簧，拉开的弓，正在击球的网球怕，撑杆跳运动员手中弯曲的杆等都具有弹性势能。 （2）弹性势能跟形变的大小有关：物体的形变量越大，物体具有的弹性势能就越大。如弹 簧的弹性势能跟弹簧被拉伸或压缩的长度有关，被拉伸或压缩的长度越大，恢复原状时对外 界做的功就越多，弹簧弹性势能就越大。 （3）弹性势能也是系统所具有的，同重力势能类似，弹性势能的变化由弹力做功的多少来 量度，即 弹弹 PEW  - ,弹力做正功，弹性势能减小；弹力做负功，弹性势能增加。弹性势 能和重力势能都是由相互作用的物体各部分的相对位置决定的能量，这种与相互作用的物体 的相对位置有关的能量叫势能。 （2）课堂小测 单项选择题 1．关于动能，下列说法正确的是( ) A．质量较大的物体的动能一定大于质量较小的物体的动能 B．动能既可为正值也可为负值 C．动能不可能为负值 D．只有宏观物体才具有动能 2．关于重力势能，下列说法正确的是( ) A．重力势能的大小只由重物本身决定 B．重力势能与重力做功有关，重力势能为零时，重力不做功 C．重力势能是物体与地球组成的系统所共有的 D．在地面上的物体，它的重力势能一定等于零 3．在水平面上竖直放置一轻质弹簧，有一个物体在它的正上方自由落下，在物体压缩弹簧 到其速度为零时( ) A．物体的重力势能最大 B．物体的动能最大 C．弹簧的弹性势能最大 D．弹簧的弹性势能最小 计算题： 4. 一质量为 m 的物体受恒力 F 的作用从速度 v0 开始做匀加速直线运动，问运动位移为 s 后 该物体的动能是多少？ 5．一质量为 m 的物体以 v0 竖直下落，在一段时间内物体的速度变化量为Δv，求在该段时 间内物体的重力势能改变量． 五、课外作业 六、课后反思