理解重力勢(shì)能的系統(tǒng)性

高中物理·必修2·人教版4重力勢(shì)能[目標(biāo)定位]

1.知道重力做功與路徑無(wú)關(guān)的特點(diǎn)．理解重力勢(shì)能的概念．2．理解重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系．3．知道重力勢(shì)能具有相對(duì)性，知道重力勢(shì)能是物體和地球系統(tǒng)所共有的．一、重力的功1．特點(diǎn)

只跟物體運(yùn)動(dòng)的_____和_____的位置有關(guān)，而跟物體運(yùn)動(dòng)的_____無(wú)關(guān)．2．表達(dá)式 WG＝_____＝mg(h1－h(huán)2)，其中h1、h2分別表示物體起點(diǎn)和終點(diǎn)的高度．起點(diǎn)終點(diǎn)mgh路徑想一想某物體從某一位置運(yùn)動(dòng)到另一位置，重力一定做功嗎？答案不一定．判斷物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中重力是否做功，主要是看運(yùn)動(dòng)的初、末位置是否在同一高度上，若初、末位置在同一高度上，則重力不做功；若初、末位置不在同一高度上，則重力做功．二、重力勢(shì)能1．定義：物體由于_______而具有的能量叫做重力勢(shì)能．2．大?。何矬w的重力勢(shì)能等于它所受_____與所處_____的乘積，表達(dá)式為Ep＝_____．3．單位：_____．

4．重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系

(1)表達(dá)式：WG＝____－_____＝－ΔEp.

被舉高重力高度mgh焦耳Ep1Ep2(2)兩種情況．三、重力勢(shì)能的性質(zhì)1．相對(duì)性：重力勢(shì)能總是相對(duì)選定的_________而言的(該平面常稱為_________)．2．標(biāo)矢性：重力勢(shì)能為____量，其正負(fù)表示重力勢(shì)能的大?。矬w在參考平面上方時(shí)，重力勢(shì)能為___值；在參考平面下方時(shí)，重力勢(shì)能為___值．3．系統(tǒng)性：重力勢(shì)能是_____與物體所組成的_____共有的．

想一想在同一高度質(zhì)量不同的兩個(gè)物體，它們的重力勢(shì)能有可能相同嗎？

答案有可能．若選定兩物體所處的水平面為參考平面，則兩物體的重力勢(shì)能均為0.參考平面零勢(shì)能面標(biāo)正負(fù)地球系統(tǒng)一、重力做功的特點(diǎn)

由W＝Flcosα可知，重力做功的大小由重力大小和重力方向上位移的大小即高度差決定，與其他因素?zé)o關(guān)，所以只要起點(diǎn)和終點(diǎn)的位置相同，不論沿著什么路徑由起點(diǎn)到終點(diǎn)，重力所做的功相同．【例1】某游客領(lǐng)著孩子游泰山時(shí)，孩子不小心將手中的皮球滑落，球從A點(diǎn)滾到了山腳下的B點(diǎn)，高度標(biāo)記如圖7－4－1所示，則下列說(shuō)法正確的是(

) A．從A到B的曲線軌跡長(zhǎng)度不知道，

無(wú)法求出此過(guò)程中重力做的功圖7－4－1B．從A到B過(guò)程中阻力大小不知道，無(wú)法求出此過(guò)程中重力做的功C．從A到B重力做功mg(H＋h)D．從A到B重力做功mgH

答案

D解析重力做功與物體的運(yùn)動(dòng)路徑無(wú)關(guān)，只與初末狀態(tài)物體的高度差有關(guān)，從A到B的高度是H，故從A到B重力做功mgH，D正確．二、對(duì)重力勢(shì)能的理解及計(jì)算1．相對(duì)性：Ep＝mgh中的h是物體重心相對(duì)參考平面的高度．參考平面選擇不同，則物體的高度h不同，重力勢(shì)能的大小也就不同．2．系統(tǒng)性：重力是地球與物體相互吸引產(chǎn)生的，所以重力勢(shì)能是物體和地球組成的系統(tǒng)共有，平時(shí)所說(shuō)的“物體”的重力勢(shì)能只是一種簡(jiǎn)化說(shuō)法．3．重力勢(shì)能是標(biāo)量：負(fù)的重力勢(shì)能只是表示物體的重力勢(shì)能比在參考平面上時(shí)具有的重力勢(shì)能要少，這跟用正負(fù)表示溫度高低是一樣的．【例2】下列關(guān)于重力勢(shì)能的說(shuō)法正確的是 (

) A．物體的位置一旦確定，它的重力勢(shì)能的大小也隨之確

定 B．物體與零勢(shì)能面的距離越大，它的重力勢(shì)能也越大 C．一個(gè)物體的重力勢(shì)能從－5J變化到－3J，重力勢(shì)能增

加了 D．在地面上的物體具有的重力勢(shì)能一定等于零

答案

C解析物體的重力勢(shì)能與參考面有關(guān)，同一物體在同一位置相對(duì)不同的參考面的重力勢(shì)能不同，A選項(xiàng)錯(cuò)；物體在零勢(shì)能面以上，距零勢(shì)能面的距離越大，重力勢(shì)能越大，物體在零勢(shì)能面以下，距零勢(shì)面的距離越大，重力勢(shì)能越小，B選項(xiàng)錯(cuò)；重力勢(shì)能中的正、負(fù)號(hào)表示大小，－5J的重力勢(shì)能小于－3J的重力勢(shì)能，C選項(xiàng)對(duì)；只有選地面為零勢(shì)能面時(shí)，地面上的物體的重力勢(shì)能才為零，否則不為零，D錯(cuò)誤．借題發(fā)揮

(1)計(jì)算物體的重力勢(shì)能，必須選定零勢(shì)能參考面．(2)零勢(shì)能面以下的重力勢(shì)能均為負(fù)值，“＋”、“－”號(hào)代表重力勢(shì)能的大小，因此，比較大小時(shí)，一定要帶著“＋”、“－”號(hào)進(jìn)行比較．【例3】如圖7－4－2所示，桌面距地面的高度為0.8m，一物體質(zhì)量為2kg，放在桌面上方0.4m的支架上，求 (1)以桌面為零勢(shì)能參考平面，計(jì)算物體具有的重力勢(shì)能，并計(jì)算圖7－4－2

物體由支架下落到地面過(guò)程中重力勢(shì)能減少多少？ (2)以地面為零勢(shì)能參考平面，計(jì)算物體具有的重力勢(shì)能，并計(jì)算物體由支架下落到地面過(guò)程中重力勢(shì)能減少多少？ (3)以上計(jì)算結(jié)果說(shuō)明什么？答案

(1)8J

24J(2)24J

24J(3)見解析解析

(1)以桌面為零勢(shì)能參考平面，物體距離零勢(shì)能參考平面的高度h1＝0.4m，因而物體具有重力勢(shì)能．Ep1＝mgh1＝2×10×0.4J＝8J.物體落至地面時(shí)，物體重力勢(shì)能

Ep2＝2×10×(－0.8)J＝－16J.因此物體在此過(guò)程中重力勢(shì)能減小量ΔEp＝Ep1－Ep2＝8J－(－16)J＝24J.(2)以地面為零勢(shì)能參考平面，物體的高度h1′＝(0.4＋0.8)m＝1.2m．因而物體具有的重力勢(shì)能Ep1′＝mgh1′＝2×10×1.2J＝24J.物體落至地面時(shí)重力勢(shì)能Ep2′＝0.在此過(guò)程中物體重力勢(shì)能減小量ΔE′＝Ep1′－Ep2′＝24J－0＝24J.(3)通過(guò)上面的計(jì)算可知，重力勢(shì)能是相對(duì)的，它的大小與零勢(shì)能參考平面的選取有關(guān)，而重力勢(shì)能的變化是絕對(duì)的，它與零勢(shì)能參考平面的選取無(wú)關(guān)，其變化值與重力對(duì)物體做功的多少有關(guān)．三、重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系1．重力做功是重力勢(shì)能變化的原因，且重力做了多少功，重力勢(shì)能就改變多少，即WG＝Ep1－Ep2＝－ΔEp. (1)當(dāng)物體從高處向低處運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力做正功，重力勢(shì)能減少． (2)當(dāng)物體從低處向高處運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力做負(fù)功，重力勢(shì)能增加．2．重力做的功與重力勢(shì)能的變化量均與參考平面的選擇無(wú)關(guān)．3．重力勢(shì)能的變化只取決于物體重力做功的情況，與物體除重力外是否還受其他力作用以及除重力做功外是否還有其他力做功等因素均無(wú)關(guān)．【例4】一個(gè)100g的球從1.8m的高處落到一個(gè)水平板上又彈回到1.25m的高度，則整個(gè)過(guò)程中重力對(duì)球所做的功及球的重力勢(shì)能的變化是(g＝10m/s2) (

) A．重力做功為1.8