《人教版物理必修第二册》19-20 第8章 2．重力势能

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2．重力势能

【学习素养·明目标】　物理观念：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.知道重力势能的相对性.4.理解弹性势能的概念，会分析决定弹性势能

大小的相关因素．

科学思维：1.通过重力势能表达式的推导，培养科学思维能力.2.通过对重

力势能的相对性和系统性的理解，加强对物理概念认识的严谨性，培养严谨的

学习态度．

一、重力做的功和重力势能

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

重力势能是地球与物体所组成的系统共有的．

三、弹性势能

1．弹性势能的概念

发生弹性形变的物体的各部分之间，由于有弹力的相互作用而具有的势能．

2．决定弹性势能大小的相关因素

弹性势能与弹簧的形变量

和劲度系数

有关，在弹簧的形变量 l相同时，

弹簧的劲度系数 k越大，弹簧的弹性势能越大．在弹簧劲度系数 k相同时，弹

簧形变量越大，弹簧弹性势能越大．

1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)重力做功与物体沿直线或曲线有关．(×)

(2)物体只要运动，其重力一定做功． (×)

(3)同一物体在不同位置的重力势能分别为 Ep1 ＝3 J，Ep2 ＝－10 J，则

Ep1<Ep2. (×)

(4)物体由高处到低处，重力一定做正功，重力势能一定减少．

(√)

(5)重力做功一定与路径无关，只与初、末位置的高度差有关．

(√)

(6)弹簧的长度越长，弹性势能一定越大． (×)

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，则铁板相对于楼外地面的重力势能

Ep＝mgh＝200×3 J＝600 J．故选 B.]

对重力势能的理解

[观察探究]

如图所示，打夯时，夯锤被高高举起，然后砸向地面，设夯锤质量为 m.

(1)选择地面为参考平面，夯锤在地面上的重力势能是多少？夯锤从地面被

举高 h米后重力势能是多少？

(2)选择离地面高度 h处为参考平面，夯锤在地面上的重力势能是多少？夯

锤在 h米高处重力势能是多少？

提示：(1)0　mgh　(2)－mgh　0

[探究归纳]

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．

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