物体从A点到B点,重力做的功:WG = mg(h1 - h2),展开得 WG = mgh1 - mgh2。从功和能的关系来看,功反映的是能量的转化量。等号左边表示功,右边应该表示能,且与物体的高度和重力相关。结合初中学习的重力势能特点,可知 mg 与 h 的乘积表示重力势能,即 Ep = mgh。
物体从B点到A点,重力做的功:WG = -mg(h1 - h2) = mgh2 - mgh1。从运算法则可以看出,重力做负功,mgh2 < mgh1,则重力势能增加。
1. 重力势能
mgh 的意义在于:它既与重力做的功密切相关,又随着高度的增加和质量的增加而增加,与重力势能的特征一致。我们将 mgh 称为物体的重力势能,记作 Ep,即 Ep = mgh。
2. 重力做功与重力势能变化的关系
重力做的功:WG = Ep1 - Ep2。Ep1 = mgh1 表示物体在初始位置的重力势能,Ep2 = mgh2 表示物体在末位置的重力势能。重力做正功,重力势能减少;重力做负功,重力势能增加。
3. 重力势能的系统性
重力是地球与物体之间的相互作用力,没有地球就没有重力,也不存在重力势能。严格来说,重力势能是地球与地球上的物体组成的“系统”共有的,而不是物体单独具有的。我们通常所说的“物体”的重力势能只是简化后的说法。
4. 解决重力势能问题的注意事项
(1)重力势能的大小与所选零势能面有关。
(2)重力做功、重力势能的变化量与所选零势能面无关。
(3)计算重力做功、重力势能、重力势能的变化量时,要注意其正负号。
5. 求重力做功的两种方法
(1) 根据功的定义式:先求初始、末位置的高度差,再求出重力与高度差的乘积,即为重力做的功。
(2) 根据重力势能的变化与重力做功的关系:重力做的功等于重力势能变化量的负值:WG = Ep1 - Ep2 = -ΔEp。