第16课 重力势能-【帮课堂】2021-2022学年高一物理同步精品讲义（沪科版2020必修第二册）

第16课 重力势能 ( 目标导航 ) 1、理解重力势能的概念，会用重力势能的定义进行计算； 2、理解重力势能的变化和重力做功的关系，知道重力做功与路径无关； 3、理解重力势能的相对性。 ( 知识精讲 ) 美国内华达州亚利桑那陨石坑，落下时产生的能量相当于2000万千克的TNT，为什么会具有这么大的能量？ 知识点01 重力势能 1.定义：物体由于被举高而具有的能量叫做重力势能． 2.表达式：，其中是物体的重心到参考平面（即高度取为零，零势能面）的高度．在参考面以上，；在参考面以下，． 重力势能是状态量，是标量，可正可负． 单位：同功的单位相同，国际单位制中为焦耳，符号为． 3.重力势能的特点 ①重力势能的相对性： 重力势能是相对的，为了确定物体的重力势能，预先规定一个水平面的高度为零，处于此平面的物体重力势能为零，此平面叫做参考平面，也叫做零势面．选择哪个水平面为参考平面，可视研究问题的方便而定，通常选择地面作为参考平面．参考平面不同，重力势能值不同，因而重力势能具有相对性． ②重力势能的变化量是绝对的，具有绝对性： 我们所关心的往往不是物体具有多少重力势能，而是重力势能的变化量，虽然重力势能具有相对性，但重力势能的变化却是绝对的，与参考平面的选取无关． ③系统性：重力势能是地球与物体共同具有的，是由地球和地面上物体的相对位置决定的，即．没有地球，物体的重力势能就不存在． 【典例1】 关于重力势能，下列说法中正确的是(　　) A．重力势能的大小只由物体本身决定 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．重力势能是物体和地球所共有的 【答案】D 【典例2】 如图所示，桌面距地面的高度为0.8 m，一物体(可看成质点)质量为2 kg，放在桌面上方0.4 m的支架上，则：(g取10 m/s2) (1)以桌面为参考平面，计算物体具有的重力势能，并计算物体由支架下落到地面过程中重力势能的减少量； (2)以地面为参考平面，计算物体具有的重力势能，并计算物体由支架下落到地面过程中重力势能的减少量； (3)比较以上计算结果，说明什么问题？ 【答案】(1)7.84 J　23.52 J；　(2)23.52 J　23.52 J；（3）通过上面的计算，说明重力势能是相对的，它的大小与参考平面的选取有关，而重力势能的变化量是绝对的，它与参考平面的选取无关． 【即学即练1】 判断下列说法的正误。 (1)重力做功一定与路径无关，只与该物体初、末位置的高度差有关．(　　) (2)重力势能Ep1＝10 J，Ep2＝－10 J，则Ep1与Ep2方向相反．(　　) (3)重力做功WG＝－20 J时，物体的重力势能减小20 J．(　　) (4)同一弹簧长度不同时，弹性势能一定不同．(　　) 【答案】√；×；×；× 【即学即练2】 2.质量为m的物体(可视为质点)从地面上方H高处由静止释放，落在地面后出现一个深度为h的坑，如图所示，重力加速度为g，在此过程中，重力对物体做功为______，重力势能______(填“减少”或“增加”)了______． 【答案】mg(H＋h)　减少　mg(H＋h) 知识点02 重力做功 1．重力所做的功WG＝mgΔh，Δh指初位置与末位置的高度差． 2．图甲中WG＝mgΔh＝mgh1－mgh2； 图乙中WAB′＝mglcos θ＝mgΔh＝mgh1－mgh2 而WB′B＝0，则WAB＝mgΔh＝mgh1－mgh2 图丙中把整个路径AB″分成许多很短的间隔AA1、A1A2…，由于每一段都很小，每一小段都可以近似地看成一段倾斜的直线，设每段小斜线的高度差分别为Δh1、Δh2…，则物体通过每段小斜线时重力做的功分别为mgΔh1、mgΔh2…. WAB″＝mgΔh1＋mgΔh2＋…＝mg(Δh1＋Δh2＋…)＝mgΔh WB″B＝0则WAB＝mgΔh＝mgh1－mgh2. 重力做功的特点：重力做功只与重力和物体高度变化有关，与受到的其他力及运动状态、运动路径均无关． 物体下降时重力做正功，WG＝mgh； 物体上升时重力做负功，WG＝－mgh. 重力做功的特点可推广到任一恒力做功，即恒力做功的特点是：与具体路径无关，即恒力做的功等于力与在力的方向上的位移大小的乘积，跟初、末位置有关． 【典例1】 如图所示，质量为m的小球从高为h处的斜面上的A点滚下，经过水平面BC后，再滚上另一斜面，当它到达的D点时，速度为零，在这个过程中，重力做功为(重力加速度为g)。(　　) A. B. C．mgh D．0 【答案】B 【典例2】 沿着高度相同，坡度不同，粗糙程度也不同的斜面向上拉同一物体到顶端，以下说法中正确的是 （ ） A．沿坡度小，长度大的斜