高中物理重力势能的核心问题突破专题辅导.doc

高中物理重力势能的核心问题突破重力势能是机械能的一种重要形式，与重力做功密切相联，是高考命题的热点之一。透彻理解其含义，明确重力势能的改变与重力做功的关系，有助于理解功与能的关系问题，为以后学习机械能守恒打下坚实的基础。一、重力做功的特点重力对物体所做的功只跟物体初、末位置的高度有关，跟物体运动的路径无关，物体沿闭合的路径运动一周，重力做功为零（思考：什么样的力和重力一样有类似的特点）.例1.楼上某房间地板高出楼外地面4m，窗台比地板高1m，一质量为10kg的重物放在地板上的A处.把重物从该房间A处拿起来从窗户扔到楼外的地面上的B处，若没有空气阻力，重力所做的功为多少？（思考：若克服空气阻力所做的功约为50J，则重力所做的功应是多大？）解析：以地面为参考面，重力的功为=10×9.8×（4－0）J=392J.点评：重力做功与路径无关，与是否有其他力做功无关.二、重力势能的特点与性质1.重力势能是状态量，它描述了物体所处的一定状态，与物体所处的位置或时刻对应.2.重力势能的定义式在国际单位制中的单位是焦（J）.3.重力势能具有相对性、系统性.（1）重力势能的相对性：重力势能的表达式中的h是相对参考平面的高度.同一个物体在同一个位置，相对于不同的参考平面，其重力势能数值不同.通常情况下，选取地面作为重力势能的参考平面.物体在参考平面的上方，重力势能为正，反之为负.在解题时，经常选取物体运动过程中的最低位置所在的平面作为参考平面，这样可以避免负势能的计算。需要说明的是：尽管重力势能具有相对性，但在某一过程中重力势能的变化量却不具备相对性.而在研究问题时，人们更多关注的也恰恰是该过程中重力势能的变化。（2）重力势能的系统性：重力势能为物体与地球这个系统所共有，物体具有多少重力势能是一种习惯说法，已被大家所默认，但从概念来说一定要理解为物体与地球这一系统所共有.例2.如图1所示，桌面高为h，质量为m的小球从离桌面高H处自由落下，不计空气阻力，假设以桌面处为参考平面，则小球落到地面前瞬间的重力势能为：（）A.mgh；B.mgH；C.；D.解析：重力势能的大小是相对参考平面而言的，参考平面选择不同，物体的高度不同，重力势能的大小就不同.本题中已选定桌面为参考平面，则小球在最高点时的高度为H，小球在桌面的高度为零，小球在地面时的高度为－h，所以小球落到地面时，它的重力势能为，故正确答案为D.三、重力做功跟重力势能变化的关系重力势能的变化过程，也是重力做功的过程，二者的关系为：1.当物体由高处运动到低处时，表明重力做正功时，重力势能减少，减少的重力势能等于重力所做的功.2.当物体由低处运动到高处时.表明物体克服重力做功（重力做负功），重力势能增加，增加的重力势能等于克服重力所做的功.例3.在竖直平面内有一个半径为R的圆弧形轨道，一个质量为m的小物体从轨道最高点A由静止滑下，到达最低点B时恰好又静止，如图2所示，问：（1）物体在下滑过程中受到哪些力的作用？（2）对小物体做功的力各是什么力？做了什么功，重力做功为多少？（3）小物体由A到B，其重力势能变化了多少？如何变化？解析：（1）物体除受重力和弹力外，又因为小物体从A点到B点又静止，所以必受滑动摩擦力；（2）轨道的支持力总是垂直于速度，所以不做功；重力做正功，其值为mgR，摩擦力总是与速度反向，所以做负功；（3）小物体高度降低，所以重力势能减小，减小的量为mgR.点评：力对物体做功的条件是物体在力的方向上发生位移；重力势能的变化与重力做功密切相关，变化的多少等于重力做功的负值.