高中物理：重力势能

重力势能
1.重力做功
(1)物体的高度发生变化时,重力要做功:物体被举高时,重力做负功;物体下降时,重力做正功。

(2)重力做功的特点:用无限分割的方法可以证明,物体运动时重力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。

(3)表达式:W G=mgh=mg(h1-h2),其中h1、h2分别表示物体起点和终点的高度。

2.重力势能
(1)高处有一块巨大的石头摇摇欲坠,如图所示,站在它的下面你可能会感到胆怯。

这是因为被举高的物体具有势能,当它下落时重力做功,可能对你造成伤害。

物体由于位于高处而具有的能叫作重力势能。

(2)表达式:E p=mgh,单位:焦耳(J),与功的单位相同。

(3)重力做功与重力势能的关系:重力做正功,重力势能减少;重力做负功,重力势能增加。

(4)物体的重力势能总是相对于某一水平面来说的,这个水平面叫作参考平面。

如图所示,若取井中水面为参考面,则地面上物体的重力势能为正值,井底物体的重力势能为负值。

思考：
1.汽车在水平路面上加速行驶,汽车的重力有没有做功?
2.物体沿不规则斜面滑下的过程中,重力做功属于恒力做功还是变力做功?
3.质量不同的两个物体在同一高度,能不能确定哪个物体的重力势能大?
重点难点探究
主题1:重力做功和物体运动路径的关系
问题:根据以下情况
a.物体竖直向下运动,高度从h1降为h2
b.物体沿倾斜直线向下运动,高度从h1降为h2
c.物体沿任意路径向下运动,高度从h1降为h2
完成下面的问题。

(1)推导这几种情况下重力做的功。

(2)在推导第三种情况下重力做的功的过程中,你用到了什么方法?体现了一种什么样的思想方法?
(3)重力做功和物体运动路径有怎样的关系?重力做功的表达式是什么?
主题2:重力势能以及重力势能的相对性和系统性
问题:阅读教材中“重力势能”“重力势能的相对性”以及“势能是系统所共有的”标题下的内容,结合重力做功的特点思考下列问题。

(1)重力势能与哪些物理量有关?怎样定量表示物体的重力势能?
(2)重力势能与重力做功的关系是什么?重力势能是矢量还是标量?
(3)为什么说重力势能具有相对性?
(4)为什么说“势能是系统所共有的”?
主题3:重力势能的变化与重力做功的关系
问题:如图所示,一只花盆从16楼窗台落地,已知:m=2 kg,h=50 m,h1=10 m,g=10 m/s2。

根据给出数据计算填表,并从表格中总结规律,然后回答下面的问题。

(1)重力势能与零势能面的选取有关吗?
(2)物体在某两点间重力势能的改变与零势能面的选取有关吗?
(3)物体在某两点间重力势能的改变与重力做功有什么关系?。