重力势能曲线引力势能曲线弹性势能曲线

重力势能和弹性势能考试要求内容基本要求略高要求较高要求重力势能理解重力势能的概念会用重力势能的定义进行计算重力做功与重力势能改变的关系弹性势能理解弹性势能的概念计算变力做功框架知识点1 重力势能定义：物体由于被举高而具有的能叫做重力势能．对于重力势能，其大小由地球和地面上物体的相对位置决定．物体质量越大、位置越高、做功本领越大，物体具有的重力势能就越多．公式：重力势能的公式：E p=mgh（E p为重力势能，m为质量，g为重力系数，等于9.8N/kg）物理学中，物体具有的重力势能的大小与物体的质量成正比，与物体被举高的高度成正比．所以得出E p=mgh．重力势能是标量，单位为焦（J）．与功不同的是，功的正负号表示作用效果，比较大小时仅比较数值；而重力势能中正数一律大于负数．在重力势能的表示式中，由于高度h是相对的，因此重力势能的数值也是相对的．我们说某个物体具有重力势能mgh，这是相对于某一个水平面来说的，把这个水平面的高度取做零，这个水平面称为参考平面，物体位于这个参考平面上时，重力势能为零，因此参考平面也称为零势能平面．经典物理对重力势能的理解就是当一个物体处在一个位置，相对于参照平面，重力可以对物体做多少功，使物体获得多少其他形式的能量，就说重力势能是多少．但并不是说重力势能为0就不具备做功的能力，这是由其的相对性决定的．重力做正功时，重力势能减小，反之，则增大．由于重力和万有引力是同性质的力，因此在物体的高度不能忽略时，将重力势能称作引力势能更合适些，也就是说，重力势能就是引力势能，在目前的考纲中，除专门讨论重力随物体在地球上的位置（纬度和高度）变化而变化外，认为重力等于万有引力，因此也可以认为物体的重力势能等于引力势能．如果考虑g是变量的话，那么重力势能就过渡到引力势能，引力势能表达式是GMmr，不过零势能处在无穷远．重力做功与重力势能的关系：W=E P1-E P2，规律：重力做正功时，重力势能减少重力做负功时，重力势能增加．知识点2 弹性势能定义：发生弹性形变的物体各部分之间，由于有弹力的相互作用而具有势能，这种势能就是叫做弹性势能势能的单位与功的单位是一致的．确定弹力势能的大小需选取零势能的状态，一般选取弹簧未发生任何形变，而处于自由状态的情况下其弹力势能为零．弹力对物体做功等于弹力势能增量的负值．即弹力所做的功只与弹簧在起始状态和终了状态的伸长量有关，而与弹簧形变过程无关．弹性势能是以弹力的存在为前提，所以弹性势能是发生弹性形变，各部分之间有弹性力作用的物体所具有的．如果两物体相互作用都发生形变，那么每一物体都有弹性势能，总弹性势能为二者之和．弹性势能的计算及公式在拉伸弹簧的过程中，弹簧弹力是随弹簧的形变量的变化而变化的，弹簧弹力还因弹簧的不同而不同．因此，弹簧弹力做功不能直接用功的公式W =Flcosα．与研究匀变速直线运动的位移方法类似，就是将弹簧的形变过程分成很多小段，每一小段中近似认为拉力是不变的．所以，每一小段的功分别为：W 1=F 1△l 1，W 2=F 2△l 2，W 3=F 3△l 3，……弹簧弹力在整个过程中所做的功为：W =W 1+W 2+W 3+……=F 1△l 1+F 2△l 2+F 3△l 3+……要直接计算上述各小段功的求和式是较困难的．与匀变速直线运动中利用v-t 图象求位移x 相似，我们可以画出F-l 图象，如图1所示．每段弹簧弹力的功就可用图中细窄的矩形面积表示，对这些矩形面积求和，就得到了由F 和l 围成的三角形的面积如图2所示，这块三角形面积就表示弹簧弹力在整个过程中所做的功．弹簧弹力在整个过程中所做的功为： W=221l k ∆ （其中，k 是弹簧的劲度系数，Δl 是弹簧的伸长量或压缩量）弹力做功与弹性势能变化的关系：弹力做正功，弹性势能减少，弹力做负功，弹性势能增加．o l F 图1o l F l ∆图2 kΔl例题【例1】 如图所示，某物块分别沿三条不同的轨道由离地高h 的A 点滑到同一水平面上，轨道1、2是光滑的，轨道3是粗糙的，则（ ）A ．沿轨道1滑下重力做功多B ．沿轨道2滑下重力做功多C ．沿轨道3滑下重力做功多D ．沿三条轨道滑下重力做的功一样多【例2】 物体1的重力势能E p 1=3J ，物体2的重力势能E p 2=－3J ，则（ ）A ．E p 1=E p 2B ．E p 1＞E p 2C ．E p 1＜E p 2D ．无法判断【例3】 将同一物体分两次举高，每次举高的高度相同，则（ ）A ．不论选取什么参考平面，两种情况中，物体重力势能的增加量相同B ．不论选取什么参考平面，两种情况中，物体最后的重力势能相等C ．不同的参考平面，两种情况中．重力做功不等D ．不同的参考平面，两种情况中．重力最后的重力势能肯定不等【例4】 下列说法中正确的是（ ）A ．物体克服重力做功，物体的重力势能增加B ．物体克服重力做功，物体的重力势能减少C ．重力对物体做正功，物体的重力势能增加D ．重力对物体做负功，物体的重力势能减少【例5】 物体在运动过程中，克服重力做功50J ，则（ ）A ．物体的重力势能一定为50JB ．物体的重力势能一定增加50JC ．物体的重力势能一定减少50JD ．物体的重力势能可能不变【例6】 下列叙述中，正确的是（ ）A ．做自由落体运动的物体，在第1s 内与第2s 内重力势能的减少量之比为1:3B ．做竖直上抛运动的物体，从抛出到返回到抛出点的过程中，重力对物体所做的功为零C ．物体做匀速直线运动时重力势能一定不变D ．在平衡力作用下运动的物体，重力势能一定改变【例7】 一个质量为m 的物体，在吊绳拉力的作用下，沿竖直方向由静止开始以加速度a 匀速上升了t s ，则在这一过程中，该物体增加的重力势能为（ ）A ．2221t maB ．2221t mgC ．221mgatD ．()221at a g m + 【例8】 关于重力势能的说法中不正确的是（ ）A ．物体重力势能的值随参考平面的选择不同而不同B ．物体的重力势能严格说是属于物体和地球这个系统的 3 1 2 A hC．重力对物体做正功，物体的动能一定增加D．物体位于参考面之下其重力势能取负值【例9】用起重机将质量为m的物体匀速地吊起一段距离，那么作用在物体上各力的做功情况应该是下面的哪种说法（）A．重力做正功，拉力做负功，合力做功为零B．重力做负功，拉力做正功，合力做正功C．重力做负功，拉力做正功，合力做功为零D．重力不做功，拉力做正功，合力做正功【例10】一质量为m的物体被人用手由静止竖直向上以加速度a匀加速提升h，关于此过程下列说法中不正确的是（）A．提升过程中手对物体做功m（a+g）hB．提升过程中合外力对物体做功mahC．提升过程中物体的动能增加m（a+g）hD．提升过程中物体克服重力做功mgh【例11】水塔是在空中的盛水容器，有两个注水口，一个在顶部，一个在底部，注满一水塔水，则（）A．从顶部注水做功多B．从底部注水做功少C．从两注水口注水一样多D．条件不足不能比较从上下注水做功多少AhBH【例12】井深8m，井上支架高2m，在支架上用一根长3m的绳子系住一个重100N的物体，若以地面为参考平面，则物体的重力势能有_____________；若以井底面为参考平面，则物体的重力势能是____________．【例13】质量为5kg的钢球，从离地15m高处自由下落1s，其重力势能变为_____________（g取10m/s2，取地面为参考平面）．【例14】一物体做自由落体运动．在第1s内和第2s内，重力对该物体做的功之比为________；在第1s 末和第2s末，重力做功的即时功率之比为________．【例15】如图所示，质量为m的小球从高为h的斜面的A点滚下经水平面BC后，再滚上另一斜面，当它到达h/3高度的D点时的速度为零，此过程中物体重力做的功是多少?【例16】一质量为1kg物体，位于离地面高1.5m处，比天花板低2.5m．以地面为零势能位置时，物体的重力势能等于________J；以天花板为零势能位置时，物体的重力势能等于_______J（g取10m/s2）．【例17】甲、乙两物体，质量大小关系为m甲=5m乙，从很高的同一高度处自由下落2s，重力做功之比为_____，对地面而言的重力势能之比为_______．【例18】关于弹性势能，以以下说法正确的是（）A．任何发生弹性形变的物体都具有弹性势能B．物体只要发生形变，就一定具有弹性势能C．外力对弹性物体做功，物体的弹性势能就发生变化D．弹簧的弹性势能只由弹簧的形变量决定【例19】关于弹力做功与弹性势能的说法正确的是（）A．弹力对物体所做的功等于物体所具有的弹性势能B．物体克服弹力所做的功等于物体所具有的弹性势能C．弹力对物体所做的功等于物体弹性势能的减少D．物体克服弹力所做的功等于物体弹性势能的增加【例20】弹簧的一端固定，原处于自然长度．现对弹簧的另一端施加一个拉力，关于拉力做功（或弹簧克服拉力做功）与弹性势能变化的关系，以下说法中正确的是（）A．拉力对弹簧做正功，弹簧的弹性势能增加B．拉力对弹簧做正功，弹簧的弹性势能减少C．弹簧克服拉力做功．弹簧的弹性势能增加D．弹簧克服拉力做功，弹簧的弹性势能减少【例21】如图所示，一弹簧竖直固定在地面上，一小球自弹簧正上方自由下落，从小球落上弹簧到弹簧压缩到最低点的过程中，小球的重力势能将______，弹簧的弹性势能将______．【例22】在光滑水平面上有两个小球，如图所示，假设它们之间存在着相互排斥的力，也具有一种势能，我们把它叫做x势能，当A小球不动，B小球在外力作用下向A靠近，试分析它们间的x势能将如何变化？【例23】一竖直弹簧下端固定于水平地面上，如图所示，小球从弹簧的正上方高为h的地方自由下落到弹簧上端，经几次反弹以后小球最终在弹簧上静止于某一点A处，则（）A．h愈大，弹簧在A点的压缩量愈大B．弹簧在A点的压缩量与h无关C．h愈大，最终小球静止在A点时弹簧的弹性势能愈大D．小球第一次到达A点时弹簧的弹性势能比最终小球静止在A点时弹簧的弹BA性势能大【例24】 一个质量为m 的物体以某一速度从固定斜面底端冲上倾角α＝30°的斜面．已知该物体做匀减速运动的加速度为34g ，在斜面上上升的最大高度为h ，则此过程中（ ） A ．物体的动能增加32mgh B ．物体的重力做功mgh C ．物体的机械能损失了12mgh D ．物体克服摩擦力做功12mgh 【例25】 如图，长为L 的细线拴一个质量为m 的小球悬挂于O 点，现将小球拉至与O 点等高的位置且线恰被拉直．求放手后小球摆到O 点正下方的过程中：（1）球的重力做的功；（2）线的拉力做的功；（3）外力对小球做的总功．【例26】 起重机以4g 的加速度将质量为m 的物体匀减速地沿竖直方向提升高度h ，则起重机钢索的拉力对物体做的功为多少？物体克服重力做功为多少？物体的重力势能变化了多少．【例27】 如图所示，一个质量为m 的木块，以初速度v 0冲上倾角为θ的固定斜面，沿斜面上升L 的距离后又返回运动．若木块与斜面间的动摩擦因数为μ，求：（1）木块上升过程克服重力做功的平均功率；木块的重力势能变化了多少？（2）木块从开始运动到返回到出发点的过程中，滑动摩擦力做的功是多少？（3）木块从开始运动到返回到出发点的过程中，重力做的功是多少？重力势能变化了多少？θ v 0O【例28】在空中将物体M以初速度v平抛，不计阻力，则t s末的重力的瞬时功率为多少?t s内重力的平均功率为多少?【例29】如图所示，一个质量为m、半径为r、体积为V的铁球，用一细线拴住，慢慢地放入截面积为S、深度为h的水中．已知水的密度为ρ，求铁球从刚与水面接触至与杯底接触的过程中，水与铁球的重力势能分别变化了多少？水与铁球组成的系统总的重力势能变化了多少？【例30】如图所示，劲度系数为k的轻质弹簧一端固定，另一端与物块拴接，物块放在光滑水平面上．现用外力缓慢拉动物块，若外力所做的功为W，则物块移动了多大的距离？F【例31】地面上竖直放置一根劲度系数为k，原长为L0的轻质弹簧，在其正上方有一质量为m的小球从h 高处自由落到下端固定于地面的轻弹簧上，弹簧被压缩，求小球速度最大时重力势能是多少？（以地面为参考平面）检测1、以下关于重力势能的说法中，正确的是（）A．地面上的物体的重力势能一定为零B．质量大的物体重力势能一定大C．高处物体的重力势能一定大D．重力做正功时，物体的重力势能一定变化2、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，重力势能变小了D．重力势能的减少量等于重力对物体做的功3、选择不同的水平面作参考平面，物体在某一位置的重力势能和某一过程中重力势能的改变量（）A．都具有不同的数值B．都具有相同的数值C．前者具有相同数值，后者具有不同数值D．前者具有不同数值，后者具有相同数值4、一实心的正方体铁块与一实心的正方体木块质量相等，将它们放在水平地面上，下列结论正确的（）A．铁块的重力势能大于木块的重力势能B．铁块的重力势能等于木块的重力势能C．铁块的重力势能小于木块的重力势能D．上述三种情况都有可能5、关于弹性势能，以下说法中正确的是（）A．发生弹性形变的物体一定具有弹性势能B．发生弹性形变的物体不一定具有弹性势能C．发生形变的物体一定具有弹性势能D．发生形变的物体不一定具有弹性势能6、在地面附近一个质量为5kg的物体，从零势面以上8m处下落到零势面以下2m处的过程中，重力势能的最大值是________J，重力做功是________J．（g=10m／s2）7、探究弹性势能的表达式的依据是弹簧增加的弹性势能等于_________________．8、简述我们在探究弹性势能的表达式过程中主要难点在哪里?我们如何克服这个难点?9、如图所示，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．作业1、关于重力势能的下列说法中正确的是（）A．重力势能的大小只由重物本身决定B．重力势能恒大于零C．在地面上的物体，它具有的重力势能一定等于零D．重力势能实际上是物体和地球所共有的2、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的问题3、如图所示，桌面高为h，质量为m的小球从离桌面高H处自由落下，假设桌面处的重力势能为0，则小球落到地面前瞬间的重力势能为（）A．mgh B．mgHC．mg（h+H）D．-mgh4、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5、关于弹性势能，下列说法中正确的是（）A．任何发生弹性形变的物体，都具有弹性势能B．任何具有弹性势能的物体，一定发生了弹性形变C．物体只要发生形变，就一定具有弹性势能D．弹簧的弹性势能只跟弹簧被拉伸或压缩的长度有关6、 如图所示，一质量为m 的小球，用长为L 的轻绳悬挂于O 点．小球在水平力F 的作用下从最低点缓慢地移到图示位置，则此过程中力F 所做的功为多少？7、 物体从斜面上高度为h 的地方，由静止释放沿斜面下滑又在水平面上运动到P 点停下来，用推力把物体推回到斜面上同一位置，推力做功至少为多少？Pm hFFO。