物理知识重力势能与重力做功
如果没有地球,就没有重力,也就谈不上重力势能了,所以重力势能是属于物体与地球所组成的系统所有。重力势能的变化一般都是和重力做功联系在一起,只有重力对物体或是系统做功,那么重力势能才会发生改变,重力做正功重力势能减小,重力做负功重力势能增加…
一、重力的功
过程甲、乙结果为:WG=mgh=mgh1-mgh2
分析过程丙的方法是:把整个路径分成许多很短的间隔;由于每一段很小很小,都可以近似看作一段倾斜直线;分别求出物体通过每一小段倾斜直线时重力所做的功;物体通过整个路径时重力所做的功,等于重力在每小段上所做的功的代数和。结果为:WG=mgh=mgh1-mgh2
重力做功的特点:
对于确定的物体,其重力大小、方向不变,当沿着不同路径向下或向上运动时,根据功的计算公式可知:
1、物体运动时,重力对它所做的功只与初、末位置的高度差有关,与路径无关。
2、重力做功的大小等于重力与初、末位置的高度差的乘积。
如图所示,质量相同的物体A、B沿不同的路径下滑,在下滑相同高度的过程中,不论摩擦力是否相同,也不论运动时间是否相同,重力做功都相同。
二、重力势能
1、定义:物体由于被举高而具有的能量叫重力势能,用符号Ep表示,物体的质量越大,离地越高,重力势能就越大。
2、定义式:EP=mgh,即物体的重力势能Ep等于物体的重量mg和它的高度h的乘积。
3、单位:在国际单位制中是焦耳(J)。
4、重力势能是状态量。
5、重力势能是标量,即只有大小,没有方向。
6、重力势能的相对性
要确定重力势能的大小,首先必须确定一个参考平面(高度为零,重力势能为零的一个水平面)。相对于不同的参考平面,在确定位置上的物体的重力势能有不同的值,这就是重力势能的相对性。公式中的h是物体的重心到参考平面的高度。例如:水平桌面离水平地面的'高度为H,一小球在水平桌面上方h高处,选水平桌面为参考平面时,小球的重力势能为mgh,若选地面为参考平面,小球的重力势能就是mg(H+h)。
选择哪个平面做参考平面,原则上是任意的,而不是硬性规定的,因此重力势能虽是标量但却有正负之分。比如:物体在参考平面以上h高处,其重力势能为EP=mgh。当该物体在参考平面以下h低处,其重力势能就是-mgh,重力势能的正负表示比零势能大,还是比零势能小。它可表示大小,比如对同一个参考平面,重力势能有一2 J和一3 J两个值,比较其大小有一2 J>一3 J。
7.重力势能是属于系统的
如果没有地球,就没有重力,也就谈不上重力势能了,所以重力势能是属于物体与地球所组成的系统所有的。(重力势能的这个特点与动能不同,动能是运动物体单独具有的)通常我们说物体具有多少重力势能,只是一种简略的习惯说法(严格地说应是,某物体与地球这一系统具有多少重力势能)。
三、重力势能的变化与重力做功的关系
物体的高度下降时,重力做正功,重力势能减少;物体的高度增加时,重力做负功,重力势能增加。所以,重力势能的改变与重力做功有关。
重力做功,重力势能一定改变,重力势能的改变只由重力做功引起。如图所示,质量为m的物体自高度为h1的A点落至高度为h2的B点,重力做功 以地面为零势能面,物体的重力势能由mgh1变为mgh2
重力势能的变化量
可见,
总结:
(1)物体的高度下降时,重力做正功,重力势能减少,重力势能减少的量等于重力所做的功。
(2)物体的高度增加时,重力做负功,重力势能增加,重力势能增加的量等于物体克服重力所做的功。
(3)重力势能变化只与重力做功有关,与其他力做功无关。
(4)重力势能的大小与零势能面的选取有关,但重力势能的变化量的大小与零势能面的选取无关。
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