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1、第四节 重力势能课堂探究探究一 对重力势能的理解问题导引如图所示是研究物体的重力势能与哪些因素有关的实验示意图，从图中你能知道重力势能与哪些因素有关吗？提示：实验中采用控制变量法来研究重力势能的影响因素。由甲和乙可知，重力势能与高度有关；由甲和丙可知，重力势能与物体的质量有关。名师精讲1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，平时我们所说的“物体的重力势能”是一种简化的说法。(2)相对性：重力势能Epmgh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
2、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。(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：物体从一个位置运动到另一个位置的过程中，重力势能的变化与参考平面的选取无关，它的变化量是绝对的。2重力势能是标量物体的重力势能为负值表示物体的重力势能比在参考平面上时具有的重力势能要少，这跟用正负表示温度高低是相似的。特别提醒 (1)Epmgh，h表示物体重心相对参考平面的高度，物体在参考平面上方，h0，在参考平面下方，h0；(2)某一过程重力势能的变化为E
3、pEp2Ep1，它与参考平面的选择无关。【例1】 (多选)关于重力势能，下列说法中正确的是()A物体的位置一旦确定，它的重力势能的大小也随之确定B物体与零势能面的距离越大，它的重力势能也越大C一个物体的重力势能从5 J变化到3 J，重力势能变大了D在地面上的物体，它具有的重力势能不一定等于零解析：重力势能具有相对性，参考平面的选取不同，其数值也不同，选项A错误，D正确；物体若在参考平面下方，物体与参考平面的距离越大，它的重力势能越小，所以选项B错误；重力势能为标量，其“”“”表示重力势能的大小，5 J应小于3 J，选项C正确。答案：CD题后反思 由于重力势能具有相对性，因而在某处具有的重力势能
4、的大小与参考平面的选取有关。只有确定了参考平面后，物体的重力势能才能确定。探究二 重力做功和重力势能的关系问题导引如图所示，熟透的苹果从离水面2 m处的树枝上落下，后又在水中继续下降2 m，请思考 ：(1)苹果在空中下落及在水中下落的过程重力做功一样多吗？(2)这两个过程苹果重力势能的改变一样吗？提示：由Wmgh知，这两个过程重力做功相同，物体重力势能的变化仅与重力做功有关，与有无其他力做功无关，因此这两个过程苹果重力势能的改变也相同。名师精讲1重力做功与重力势能的比较2.重力做的功与重力势能变化的关系(1)关系式：WGEp1Ep2，其中Ep1mgh1表示物体在初位置的重力势能，Ep2mgh2
5、表示物体在末位置的重力势能。(2)意义：重力做功是重力势能变化的原因。重力做的功与重力势能的变化量为等值关系，重力做正功时，物体的重力势能减少，减少的重力势能等于重力所做的功；重力做负功(物体克服重力做功)时，物体的重力势能增加，增加的重力势能等于克服重力所做的功。特别提醒 (1)重力做功是重力势能变化的原因，重力做的功与重力势能的变化量为等值关系，两者均与参考面的选择无关。(2)重力势能的变化只取决于物体的重力所做功的情况，与物体除重力外是否还受其他力作用以及除重力做功外是否还有其他力做功等因素均无关。【例2】 (多选)用拉力F将一个重为5 N的小球匀速提升3 m，如图所示，在这个过程中，下列说法正确的是() A小球的重力做了15 J的功B拉力F对物体做了15 J的功C小球的重力势能增加了15 JD合力对小球做的功是15 J解析：小球上升，重力做负功，WGmgh53 J15 J，选项A错误；因为小球匀速上升，所以拉力FG5 N，则拉力做功WFFh53 J15 J，选项B正确；因小球克服重力做功15 J，故小球重力势能增加15 J，选项C正确；因为小球匀速上升，合力为零，则合力不做功，选项D错误。答案：BC题后反思 求功时应明确是哪一个力做功。物体重力势能的改变仅仅取决于重力的做功情况，与其他力做功无关。4