《同步人教版高中物理必修二讲义》第章 重力势能

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4．重力势能
[学习目标]　1.[物理观念]知道重力做功与路径无关的特点．　2.[物理观念]
理解重力势能的概念，会用重力势能的定义式进行计算．(重点)　3.[科学思维]
掌握重力做功与重力势能变化的关系．(重点)　4.[物理观念]理解重力势能的相
对性．(难点)　5.[物理观念]知道重力势能是物体和地球系统所共有的．
一、重力做功和重力势能
1．重力做的功
(1)特点：只跟物体运动的起点和终点的位置有关，而跟物体运动的路径无
关．
物体下降时重力做正功；物体被举高时重力做负功，也可以说成物体克服
重力做功．
(2)表达式：WG＝mgh＝mg(h1－h2)，其中 h表示物体起点和终点的高度差．
h1、h2分别表示物体起点和终点的高度．
2．重力势能
(1)定义：物体由于位于高处而具有的能量．
(2)大小：等于物体所受重力与所处高度的乘积，表达式为 Ep＝mgh.其中 h
表示物体(重心)的高度．
(3)单位：焦耳，与功的单位相同．
(4)重力做功与重力势能变化的关系
① 表达式：WG＝Ep1－ E p2.
② 重力做正功，重力势能减小，重力做负功，重力势能增加．
二、重力势能的相对性和系统性
1．相对性
(1)参考平面：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．在参考平面上，物体的重力势能取作 0.
(2)重力势能的相对性
选择不同的参考平面，物体重力势能的数值是不同的．
对选定的参考平面，上方物体的重力势能是正值，下方物体的重力势能是
负值，负号表示物体在这个位置具有的重力势能要比在参考平面上具有的重力
势能小．
2．系统性
1
重力势能是地球与物体所组成的系统共有的．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)重力做功由重力和物体的位移决定大小． (×)
(2)同一物体在不同高度时，重力势能不同． (√)
(3)重力势能 Ep1＝2 J，Ep2＝－3 J，则 Ep1 与Ep2 方向相反． (×)
(4)同一物体的重力势能 Ep1＝2 J，Ep2＝－3 J，则 Ep1＞Ep2. (√)
(5)在同一高度的质量不同的两个物体，它们的重力势能一定不同． (×)
2．关于重力势能的说法正确的是(　　)
A．重力势能仅由重物本身的因素决定
B．重力势能有负值，因此说重力势能是矢量
C．重力做功才有重力势能，重力不做功，物体就不具有重力势能
D．重力做功引起重力势能变化
D　[重力势能与重物的重量、高度等有关，故 A错误；重力势能是标量，
其负值表示重力势能低于零势能面；故 B错误；重力做功时重力势能发生改变，
但不做功时物体也具有重力势能，故 C错误；重力做功引起重力势能的变化，
故D正确．]
3．质量为 20 kg 的铁板、厚度不计，平放在二楼的地面上．二楼地面与楼
外地面的高度差约为 3 m．这块铁板相对二楼地面和楼外地面的重力势能分别
为(　　)
A．600 J、0 B．0、600 J
C．1 200 J、0 D．0、1 200 J
B　[铁板相对于二楼平面的高度是零，故铁板相对于二楼平面的重力势能
为零；铁板相对于楼外地面的高度为 3 m，则铁板相对于二楼平面的重力势能
Ep＝mgh＝200×3 J＝600 J．故选 B.]
4．关于重力做功与重力势能，下列叙述中正确的是(　　)
A．重力对物体做正功，物体的重力势能减少
B．物体克服重力做功，物体的重力势能减少
C．重力对物体不做功，物体的重力势能一定为零
D．物体克服重力做功，物体的重力势能一定为负值
A　[重力对物体做正功，物体的重力势能减少，重力对物体不做功，物体
的重力势能不变，但不一定等于零，选项 A正确，而选项 C错误；物体克服重
2
力做功，物体的重力势能增加，但与重力势能的正负无关，选项 B、D均错
误．]
重力势能的性质
1．重力势能的三个性质
(1)重力势能的相对性
选取不同的水平面作为参考平面，其重力势能具有不同的数值，即重力势
能的大小与参考平面的选取有关．
(2)重力势能变化的绝对性
物体在两个高度不同的位置时，由于高度差一定，重力势能之差也是一定
的，即物体的重力势能的变化与参考平面的选取无关．
(3)重力势能的系统性
重力是地球对物体吸引而产生的，如果没有地球对物体的吸引，就不会有
重力，也不存在重力势能，所以重力势能是这个系统共同具有的，平时所说的
“物体”的重力势能只是一种简化的说法．
2．重力势能的正负：
重力势能是标量，其数值可正可负可为零，表示的是相对大小，如图所示．
物体在 A、B、C三点重力势能的正负如下表所示．
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
【例 1】　如图所示，质量为 m的小球，从离桌面 H高处由静止下落，桌
面离地高度为 h.若以桌面为参考平面，那么小球落地时的重力势能及整个过程
中重力势能的变化分别是(　　)
A．mgh，减少 mg(H－h)
3
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