高中物理 势能的改变

高中物理势能的改变第一页，共三十五页，编辑于2023年，星期六第二页，共三十五页，编辑于2023年，星期六第三页，共三十五页，编辑于2023年，星期六1．重力势能是物体因处于一定高度而

具有的能，公式Ep＝mgh，是标量，

国际单位是J。2．影响重力势能的因素是物体的质量和所处的高度。3．重力势能的变化仅由重力做功决定，重力对物体做多少功，

物体的重力势能就减少多少，物体克服重力做多少功，

物体重力势能就增加多少。4．物体因发生弹性形变而具有的能是弹性势能，其大小由发

生弹性形变的物体各部分的相对位置决定，弹性形变越

大，具有的弹性势能越大。第四页，共三十五页，编辑于2023年，星期六第五页，共三十五页，编辑于2023年，星期六1．定义物体处于一定的

而具有的能。2．公式Ep＝

。3．单位

，符号

。4．标矢性重力势能是

量，但有正负之分。焦耳高度mgh重力势能J标第六页，共三十五页，编辑于2023年，星期六5．相对性(1)参考平面：把高度规定为零的水平面。任何物体在该平面上的重力势能

。参考平面的选取是任意的，通常情况下选取

为参考平面。(2)相对性：物体的重力势能是相对的，它是相对于

而言的。物体的重力势能可以取正、零、负值，其正、负不表示方向，只表示物体位于参考平面的

或

。为零地面零势能参考平面上方下方第七页，共三十五页，编辑于2023年，星期六参考平面EpAEpBEpC地面正值正值零桌面正值零负值A处平面零负值负值第八页，共三十五页，编辑于2023年，星期六2．重力势能的“四性”(1)系统性：重力势能是物体和地球所组成的系统共同具有的能量，不是地球上的物体单独具有的。(2)相对性：重力势能Ep＝mgh与参考平面的选择有关，式中的h是物体重心到参考平面的高度。重力势能是标量，只有大小而无方向，但有正负之分。当物体在参考平面上方时，Ep为正值；当物体在参考平面下方时，Ep为负值。注意物体重力势能的正负是表示比零势能大，还是比零势能小。第九页，共三十五页，编辑于2023年，星期六(3)参考平面选择的任意性：视处理问题的方便而定，一般选择地面或物体运动时所达到的最低点为零势能面。(4)重力势能变化的绝对性：物体从起点运动到终点的过程中，重力势能的变化量与参考平面的选取无关，是绝对的。第十页，共三十五页，编辑于2023年，星期六1．下列说法中正确的是 (

)A．地面上的物体的重力势能一定为零B．质量大的物体的重力势能一定大C．不同的物体中离地面最高的物体重力势能最大D．离地面有一定高度的物体其重力势能可能为零解析：要清楚重力势能由重力大小及重心离零势能参考平面的高度共同决定。零势能参考平面的位置是根据需要人为设定的，并不一定将地面设为零势能参考平面，故D正确。答案：D第十一页，共三十五页，编辑于2023年，星期六重力做功与重力势能的改变1．重力做功的特点重力做功与路径无关，只与初、末位置

有关。2．关系式WG＝

＝

。3．两者关系重力对物体做了正功，则物体的重力势能

；反之，如果重力对物体做了负功，则物体的重力势能一定

。高度差Ep1－Ep2－ΔEp减小增加第十二页，共三十五页，编辑于2023年，星期六

1．重力做功的特点(1)物体运动时，重力对它做的功，只跟物体的起点和终点的位置有关，而跟物体运动的具体路径无关。(2)重力做功W＝mgh1－mgh2＝mg(h1－h2)，其中(h1－h2)为物体初末位置的高度差，说明重力做功与路径无关，只由起点和终点位置的高度差决定。(3)重力做功的多少与物体是否受其他力无关，与物体的运动状态无关。第十三页，共三十五页，编辑于2023年，星期六2．重力做功与重力势能比较重力做功重力势能物理意义重力对物体做功由于物体与地球的相互作用产生，且由它们之间的相对位置决定的能表达式WG＝mgΔhEp＝mgh影响大小的因素重力G和初、末位置的高度差Δh重力mg和相对参考面的高度h特点只与初、末位置的高度差有关，与路径及参考平面的选择无关与参考平面的选择有关，同一位置的物体，选择不同的参考平面，其重力势能的值不同过程量状态量联系重力做功过程是重力势能改变的过程，重力做正功，重力势能减少，重力做负功，重力势能增加，且重力做了多少功，重力势能就改变多少，即WG＝Ep1－Ep2＝－ΔEp第十四页，共三十五页，编辑于2023年，星期六2．关于重力做功和物体的重力势能，下列说法中不正确的是 (

)A．当重力对物体做正功时，物体的重力势能一定减少B．物体克服重力做功时，物体的重力势能一定增加C．地球上任何一个物体的重力势能都有一个确定值D．重力做功的多少与参考平面的选取无关.第十五页，共三十五页，编辑于2023年，星期六解析：物体重力势能的大小与参考平面的选取有关，故C错误；重力做正功时，物体由高处向低处运动，重力势能一定减少，反之，物体克服重力做功时，重力势能一定增加，故A、B正确；重力做多少功，物体的重力势能就变化多少，重力势能的变化与参考平面的选取无关，故D正确。答案：C第十六页，共三十五页，编辑于2023年，星期六弹性势能1．定义物体因为发生

而具有的能。2．影响弹性势能的因素一个物体的

越大，其弹性势能也就越大。3．弹力做功与弹性势能变化的关系如果弹力对外做了多少功，就减少多少

；如果克服弹力做了多少功，就会增加多少

。4．势能由物体间的相对位置决定的能，包括重力势能和

。弹性形变弹性形变弹性势能弹性势能弹性势能第十七页，共三十五页，编辑于2023年，星期六

对弹性势能的理解(1)弹性势能是发生弹性形变的物体上所有质点因相对位置改变而具有的能量，因此弹性势能具有系统性。(2)弹性势能具有相对性，其大小在选定了零势能后才能确定。对于弹簧，一般规定弹簧处于原长时的势能为零势能。(3)物体上升，克服重力做功，物体的重力势能增加；同样，用力拉伸或压缩弹簧，克服弹簧弹力做功，弹性势能增加。第十八页，共三十五页，编辑于2023年，星期六3．关于弹簧的弹性势能，下列说法中正确的是(

)A．当弹簧变长时，它的弹性势能一定增大B．当弹簧变短时，它的弹性势能一定变小C．在拉伸长度相同时，劲度系数k越大的弹簧，它的

弹性势能越大D．弹簧在拉伸时的弹性势能一定大于压缩时的弹性

势能第十九页，共三十五页，编辑于2023年，星期六解析：弹簧弹性势能的大小，除了跟劲度系数k有关外，还跟它的形变量(拉伸或压缩的长度)有关。如果弹簧原来处于压缩状态，当它变长时，它的弹性势能应该先减小，在原长处它的弹性势能最小，所以A、B、D均错误。答案：C第二十页，共三十五页，编辑于2023年，星期六第二十一页，共三十五页，编辑于2023年，星期六[例1]金茂大厦是上海的标志性建筑之一，它的主体建筑地上88层，地下3层，高420.5m，如图2－2－2所示。距地面341m的第88层为观光层，环顾四周，极目眺望，上海新貌尽收眼底。质量为60kg的游客处于88层时，在下列情况中，他的重力势能各是多少？(g取10m/s2)(1)以地面为参考平面；(2)以第88层为参考平面。重力势能及相对性的理解图2－2－2第二十二页，共三十五页，编辑于2023年，星期六[思路点拨]解此题的关键是理解重力势能的相对性，同时计算时要看清零势能参考平面。[解析]

(1)以地面为参考平面，游客在88层相对高度为341m，则Ep1＝mgh＝60×10×341J＝2.0×105J。(2)若以第88层处为参考平面，游客在88层，相对高度为0，故Ep2＝0。[答案]

(1)2.0×105J

(2)0第二十三页，共三十五页，编辑于2023年，星期六第二十四页，共三十五页，编辑于2023年，星期六1．泰山海拔1545m，珠峰海拔8844.43m，太平洋马里亚纳海沟深度11034m。如果取泰山顶端为零势能参考平面，将1kg物体放在珠峰顶端时，势能是________J，将此物沉入马里亚纳海沟底部时，其势能是________J。(g取10m/s2)第二十五页，共三十五页，编辑于2023年，星期六解析：取泰山顶端为零势能参考平面，则珠峰相对泰山顶端的高度h1＝8844.43m－1545m＝7299.43m。所以势能Ep1＝mgh1＝1×10×7299.43J＝72994.3J；马里亚纳海沟相对泰山高度h2＝－11034m－1545m＝－12579m，所以势能Ep2＝mgh2＝1×10×(－12579)J＝－125790J。答案：72994.3－125790第二十六页，共三十五页，编辑于2023年，星期六重力做功与重力势能变化关系的理解[例2]

如图2－2－3所示，桌面距地面的高度为0.8m。一物体质量为2kg，放在桌面上方0.4m处的支架上，取g＝10m/s2，则：(1)以桌面为参考平面，计算物体由支架下落到地面过程中重力势能减小多少，重力做功是多少。(2)以地面为参考平面，计算物体由支架下落到地面过程中重力势能减小多少，重力做功是多少。(3)比较以上计算结果，说明什么问题？图2－2－3第二十七页，共三十五页，编辑于2023年，星期六[思路点拨]

解此题关键有两点：(1)零势能参考平面的选取。(2)重力做功的特点。[解析]

(1)以桌面为参考平面，物体在支架上时具有的重力势能Ep1＝mgh1＝2×10×0.4J＝8J，物体落至地面时的重力势能Ep2＝mgh2＝2×10×(－0.8)J＝－16J，在此过程中物体的重力势能减小量Ep1－Ep2＝8J－(－16)J＝24J；重力做功WG＝mghAB＝24J。第二十八页，共三十五页，编辑于2023年，星期六(2)以地面为参考平面，物体在支架上时具有的重力势能Ep1′＝mgh1′＝2×10×(0.4＋0.8)J＝24J，物体落至地面时的重力势能Ep2′＝mgh2′＝2×10×0J＝0，在此过程中，物体的重力势能减小量Ep1′－Ep2′＝24J－0＝24J；重力做功WG′＝mghAB＝24J。(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，而重力势能的变化是绝对的，它与参考平面的选取无关，