《高中物理必修2重力势能 教材分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理必修2重力势能 教材分析（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、重力势能 教材分析 （一）重力的功由功的计算关系我们知道，物体被举高时，重力做负功；物体下降时，重力做正功.重力做的功与哪些因素有关呢？列举事例说明重力做功W与物体的质量m（或者重力）和物体下落的高度h有关.下面我们来探究W与m、h的关系.设一个质量为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，如图541，这个过程中重力做的功是WG=mgh=mgh1mgh2再看另一种情况.质量为m的物体仍然从上向下运动，高度由h1降为h2，但这次不是沿竖直方向，而是沿着倾斜的直线向下运动，如图542所示.物体沿倾斜直线运动的距离是l，在这一过程中重力所做的功是WG=mgcosl=mgh=mgh
2、1mgh2这两种情况下，尽管物体运动的路径不同，但高度的变化是一样的，而重力所做的功也是一样的.假设这个物体沿任一路径由高度是h1的起点A，运动到高度是h2的终点B，如图543所示.我们把整个路径分成许多很短的间隔AA1、A1A2、A2A3由于每一段都很小很小，它们都可以近似地看作一段倾斜的直线.设每段小斜线的高度差分别是h1、h2、h3则物体通过每段小斜线时重力所做的功分别为mgh1、mgh2、mgh3物体通过整个路径时重力所做的功，等于重力在每小段上所做的功的代数和，即WG=mgh1+mgh2+mgh3+=mg（h1+h2+h3+）=mgh=mgh1mgh2这里的分析表明，物体运动时，重力
3、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，功的大小等于物重跟起点高度的乘积mgh1与物重跟终点高度的乘积mgh2两者之差.看起来，物体所受的重力mg与它所处位置的高度h的乘积“mgh”是一个具有特殊意义的物理量.（二）重力势能“mgh”这个物理量的特殊意义在于它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.因此我们把物理量mgh叫做物体的重力势能.用Ep表示.1.定义：物体具有的与高度（位置）有关的能量.2.表达式：Ep=mgh.语言表述：物体的重力势能等于它所受重力与所处高度的乘积.3.单位：在SI制中，重力势能的单位为焦耳，符号
4、为J.1 J=1 kgms2m=1 Nm.4.是标量，是状态量.重力势能与重力做的功相对应，与物体与地球的相对位置有关，物体的位置发生了变化，物体的重力势能就变化，所以重力势能是标量，同时又是与状态相对应的状态量.注意：（1）重力势能具有相对性.物体的高度h总是相对于某一水平面来说的，实际上是把这个水平面的高度取作零.因此，物体的重力势能也总是相对于某一水平面来说的，这个水平面叫做参考平面.在参考平面，物体的重力势能为零.选择哪个水平面作参考平面，可视研究问题的方便而定.通常选择地面为参考平面.如果计算放在桌子上的物体具有多大的重力势能，可能不同的人算出的结果不同.这是因为，不同的人选择了不同
5、的水平面作参考平面，在这个标准面上的物体的重力势能就为零；物体在这个参考面以上，重力势能就为某一正值；物体在这个参考面以下，重力势能就为某一负值.重力势能的大小与零势能面的位置有关，而这个参考面可以任意规定，所以重力势能具有相对性.一般以解决问题时简便为原则来选取零势能参考面.（2）重力势能属于物体和地球组成的系统.必须指出的是，重力势能跟重力做功密切相关，而重力是地球与物体之间的相互作用力.也就是说，倘若没有地球，就谈不上重力.所以，严格说来，重力势能是地球与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.知识的加深与拓展：除了重力势能，还有其他形式的势能.任何形式的势能
6、，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（力）而具有的能，是由各物体的相对位置决定的.例如，分子之间由于存在相互作用而具有势能，叫做分子势能，由分子间的相对位置决定；电荷之间由于存在相互作用而具有势能，叫做电势能，由电荷间相对位置决定.分子势能或电势能分别属于分子或电荷组成的系统，不是一个分子或一个电荷单独具有的.（三）重力做的功与重力势能的关系有了重力势能的表达式，重力做的功与重力势能的关系可以写为WG=Ep1Ep2其中Ep1=mgh1表示物体在初位置的重力势能，Ep2=mgh2表示物体在末位置的重力势能.当物体由高处运动到低处时，重力做正功，重力势能减少，也就是WG0，Ep1Ep2.这时，重力势能减少的数量等于重力所做的功.当物体由低处运动到高处时，重力做负功（物体克服重力做功），重力势能增加，也就是WG0，Ep1Ep2.这时，重力势能增加的数量等于克服重力所做的功.图544物体向下运动，重力做正功，势能减少图545物体向上运动，重力做负功，势能增加
