1、势能的变化与机械功-知识探讨合作与讨论1.物体从高处落下时，能够对外做功，说明当物体被举高时，物体就具有了能量，我们把物体具有的这种能量称为重力势能.根据下面的实例，你能分析一下下列重力势能与哪些因素有关吗？(1)滑滑梯是小朋友喜欢的一种游戏，小朋友先从一侧费力地爬到高处，然后从另一侧，快乐地滑下.你分析一下，小朋友在爬高的过程中，他的重力势能如何变化？下滑的过程中，重力势能又如何变化呢？ (2)跳水是一项非常有趣的运动.如右上图，一个大胖子与一个小孩，站在同一个跳台上，他们具有的重力势能相同吗？在下落到相同高度时，他们具有的动能相同吗？2.物体被举高时，能够对外做功，物体具有重力势能，那么弹
2、簧被拉伸或压缩时，也能对外做功，拉伸或压缩的弹簧中有没有储存能量呢？(1)射箭的时候，拉满弦的弓放手后，能够对箭做功，增加箭的动能.那么箭的动能从哪里来的呢? (2)握力器是家庭中常备的简易健身器材，用手用力握住它的手柄压缩的过程中，握力器有没有储存能量呢?3.重力势能与物体的质量和物体被举高的高度有关，其大小为Ep=mgh，式中的h指的是物体离哪里的高度呢？ (1)如下图所示，一个质量为m的物体离水平桌面的高度为H1，水平桌面的高度为H2，那么此时物体的重力势能为多大呢？(2)右图中，如果物体处在离地面下方H3处，物体的重力势能又为多大呢？4.物体如果在竖直方向上发生位移，物体的重力就会对物
3、体做功，那么，重力对物体做功时，做功的大小与物体运动的路径有没有关系呢？(1)如左下图，一个质量为m的小朋友想爬上高为H，倾角为的斜面顶端，他采取了两条路径:第一次从斜面的底端竖直向上爬；第二次是沿着斜面向上爬.根据我们过去所学的功的计算，分析一下，小朋友克服重力做的功的大小分别为多大？ (2)炸弹从飞机上投出后，炸弹做平抛运动，其轨迹为一条抛物线，设炸弹的质量为m，那么在它下落H高度的过程中，重力对炮弹做的功是多大呢？5.根据前面的学习我们知道，力做功的过程就是能量转化的过程.重力势能的变化仅与重力做功有关，且重力对物体做的功等于物体重力势能的减少量.请据此分析下列实例.(1)如左下图为起重
4、机吊起货物的示意图，设物体的质量为m，从地面上吊起的高度为H，则此过程中物体的重力对物体做的功为多大？如果选择地面为重力势能零点，此过程中物体的重力势能增加了还是减少了？变化了多少？ (2)火箭竖直向上发射，在升高H的过程中，受到的竖直向上的推动力为F，设其质量为m，空气阻力不计，那么此过程中推动力及重力对物体做的功分别为多大？物体重力势能的变化量为多大？我的思路:1.(1)小朋友爬上滑梯的过程中，他的重力势能增加；从滑梯上滑下时，他的重力势能减少.(2)由于胖子与小孩的质量不同，站在离地相同的高度(选地面为重力势能零势能面)，他们的重力势能不同；从同一高度跳下时，重力做功的大小不同，他们获得
5、的动能不同.2.使弹性物体发生形变的过程中，外力要克服弹力做功，在弹性物体中储存弹性势能.箭的动能就是由弓储存的弹性势能转化而来的.同样,握力器中储存的也是弹性势能.3.重力势能具有相对性，式中的h指的是物体所在位置离参考面的高度差，且如果物体在参考面上方，重力势能大于零，如果物体处于参考面下方，重力势能小于零.在本题中，若选择地面为重力势能的零势能面，则(1)中物体的重力势能为mg(H1+H2)，(2)中物体的重力势能为mgH3，选择不同的零势面，物体在同一个位置具有的重力势能的数值不同.4.重力的方向总是竖直向下的，根据功的定义式可以分析出，重力对物体做功的大小与物体实际走过的路径无关，仅
6、仅决定于初末位置的高度差，所以在(1)中不管是沿斜面走上顶端，还是沿着直角边爬上顶端，小朋友克服重力做的功均为mgh.(2)中炸弹做平抛运动，重力做的功仍为mgh.5.重力势能的变化仅与重力做功有关，且重力对物体做的功等于物体重力势能的减少量.(1)中重物被提升的过程中，重力对物体做功mgH,物体的重力势能增加，增加量为mgH.(2)中重力对火箭做功为mgH，推动力对火箭做功为FH，但是火箭重力势能的变化仅与重力做功有关，增加了mgH.知识总结重力势能是物体处在重力场中所具有的跟其高度有关的能量，而弹簧发生弹性形变时也会储存弹性势能，这两种势能都属于机械能，都具有相对性，即表示势能时，必须选择势能零点.重力势能的变化仅与重力做功有关，与物体受到的其他力做功无关.重力做功的特点是与路径无关仅与运动路径初末位置的高度差有关，且重力对物体做的功等于物体重力势能的减少量.重力势能具有相对性，重力势能的变化量没有相对性.
