2020高考物理復習 對重力勢能和彈性勢能的再認識

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1、2020高考物理復習 對重力勢能和彈性勢能的再認識 機械能守恒是自然界最基本的規(guī)律之一，而機械能包括物體的動能和勢能，因此準確深入的理解動能和勢能的含義是學好機械能守恒的前提。機械能中的勢能指的是重力勢能和彈性勢能，而重力勢能和彈性勢能是高中物理中的兩個重要概念，并且是高考中的熱點之一，下面以多角度全面的剖析這兩個概念從而準確的解決有關(guān)重力勢能和彈性勢能的物理問題。 一、對保守力和非保守力的認識 1保守力 　　凡其做功與路徑無關(guān)，僅與始、末位置有關(guān)的力稱為保守力。系統(tǒng)中相互作用的重力和彈性力，萬有引力、分子間相互作用的分子力、靜電力等都屬于保守力。 2 非保守力 　　凡做功與路徑

2、有關(guān)的力稱為非保守力。常見的有摩擦力、空氣阻力、物體間相互作非彈性碰撞時的沖擊力等都屬于非保守力。 二、重力勢能與彈性勢能的再認識 蘊藏在保守力場中與位置有關(guān)的能量稱為勢能（位能）。跟重力和彈性力對應(yīng)的勢能即重力勢能和彈性勢能 1 、重力勢能 物體與地球之間的相互作用所具有的能量叫重力勢能 （1）、一個物體具有能量說明它具有對外做功的本領(lǐng)，位于高度h處、質(zhì)量為m的物體與地球所組成的系統(tǒng)擁有的重力勢能定義為 它表示物體受重力作用位于高度h處具有的做功本領(lǐng)（能量）。 （2）、重力勢能具有相對性 由于重力勢能的計算式中的高度h具有相對性,因此重力勢能也具有相對性 。一個物體

3、的重力勢能的大小應(yīng)當與參考平面的選取有關(guān)，所選的參考面不同，重力勢能的值是不同的。在計算重力勢能大小時，參考平面的選擇可以視研究問題的方便而定（參考平面EP = 0??），一般以地面為參考平面。當物體位置高于零勢能位置時，h>0,重力勢能為正值，說明此處物體的重力勢能比零勢能大；當物體位置低于零勢能位置時，h<0，重力勢能為負值，說明此處物體的重力勢能比零勢能小。雖然重力勢能是相對的，但是重力勢能的差值是絕對的,即重力勢能的變化是絕對的，與參考平面的選取無關(guān),我們在解決物理問題時尤為關(guān)心重力勢能的改變量 例1、如右圖所示，桌面高為，質(zhì)量為的小球從離桌面高H處自由下落。不計空氣阻力，假設(shè)桌面處

4、的重力勢能為零，則小球落地前瞬間的機械能為： A 、 B、 C、 D、 解：B 點評：本題考查的重點是重力勢能的相對性。參考平面一旦選好，重力勢能也就確定了，機械能是動能和勢能的總和，因選桌面為參考平面，所以開始時的機械能為mgH。由于小球下落過程中只有重力做功，所以小球在未碰地之前機械能守恒，任意時刻均為mgH，故選B，有的學生對參考平面認識不清，很可能造成錯選D答案。 （3）、重力做功跟重力勢能改變的關(guān)系-----功能關(guān)系 　　 重力做功的過程，伴隨著物體重力勢能的改變。重力對物體做正功，物體下降，其重力勢能減少，重力做了多少功，重力

5、勢能就減少了多少；物體克服重力做了多少功，其重力勢能就增加了多少。所以，重力對物體做的功等于物體重力勢能增量的負值，表示為： EP1為初狀態(tài)的重力勢能，EP2為末狀態(tài)的重力勢能。重力做的功量度了重力勢能的變化。 　 這里要說明的是：重力勢能跟重力做功密切相關(guān)，而重力是地球和物體之間的相互作用力，倘若沒有地球就沒有重力，更談不上重力勢能，所以，嚴格說來，重力勢能是地球和物體所組成的系統(tǒng)所共有的。通常所說的物體具有多少重力勢能，只是一種簡略的說法 例2、關(guān)于重力做功和物體的重力勢能，下列說法正確的是：（ ） A、當重力對物體做正功時，物體的重力勢能一定減少； B、物體克服重力做功

6、時，物體的重力勢能一定增加； C、地球上每一個物體的重力勢能都有一個確定值； D、重力做功的多少與參考平面的選取無關(guān)。 解：A、B、D 點評：本題考查重力做功與重力勢能的關(guān)系，重力做功的特點，及重力勢能的相對性，如果對上面的物理規(guī)律及概念的含義搞清，就不難選出準確的答案。 2、彈性勢能 物體因發(fā)生彈性形變而具有勢能稱為彈性勢能。用Ep表示。 （1）、物體發(fā)生彈性形變的時候，物體的各個部分之間發(fā)生彈力的相互作用。正像地球和物體之間由于有重力的相互作用，因而地球和物體組成的系統(tǒng)具有重力勢能一樣，發(fā)生彈性形變的物體的各個部分之間由于有彈力的相互作用，因而由這些部分組成的系統(tǒng)，亦即發(fā)

7、生彈性形變的物體本身，就具有彈性勢能。 （2）、彈性勢能和重力勢能相類似，彈性勢能也具有相對性，一般選彈簧處于自由長度時為彈性勢能的零點。彈性勢能的變化，由彈力做功惟一決定，與其他力做功無關(guān)。 對于彈性勢能的相對性，學生不太了解，常說的彈簧彈性勢能的大小是多少，實際上是與彈簧處于原長彈性勢能為零時的差值。如果規(guī)定彈簧的任意長度時的勢能為零勢能，則彈簧從某一位置拉到零勢能位置的過程中，拉力所做的功就等于彈簧的彈性勢能，顯然，這與規(guī)定自然長度為零時，從該位置拉到零勢能時的功是不同的，所以，彈簧在某一位置時的彈性勢能與零勢能位置的規(guī)定有關(guān)，故彈性勢能也具有相對性。而彈性勢能的改變量在解決問題中是

8、絕對的，也是解決問題的關(guān)鍵。 （3）、彈性勢能是以彈力的存在為前提的。彈性勢能的改變又是與彈力做的功密切相關(guān)的。 彈力做功的過程，伴隨著彈性勢能的改變。彈力做正功，彈性勢能減少，彈力做了多少功，彈性勢能就減少了多少；外界克服彈力做了多少功，其彈性勢能就增加了多少。所以，彈力對物體做的功等于物體彈性勢能增量的負值，表示為： EP1為初狀態(tài)的彈性勢能，EP2為末狀態(tài)的彈性勢能。彈力做的功量度了彈性勢能的變化 例題3 關(guān)于彈性勢能，下列說法正確的事（ ） A．只有發(fā)生彈性形變的物體才具有彈性勢能 B．只有彈簧在發(fā)生彈性形變時才具有彈性勢能 C．發(fā)生形變的物體都具有彈性勢能

9、 D．彈性勢能在國際單位制中的單位是焦耳 解： A、D 點評：本題考查彈性勢能的產(chǎn)生原因、彈性形變與形變的區(qū)別，發(fā)生彈性形變的物體的各部分之間，由于有彈力的相互作用，具有勢能，有些物體形變后無法恢復原狀，因此其不具有彈性勢能。A正確；所有能的單位跟功的單位相同，在國際單位制中的單位是焦耳，D正確。如果沒有注意到彈性勢能產(chǎn)生本質(zhì)就會造成錯選B 或C 例4、 關(guān)于彈簧的彈性勢能，下面說法正確的事（ ） A．當彈簧的長度為原長時，彈簧的彈性勢能為零 B．彈簧被拉長時具有彈性勢能，被壓縮時不具有彈性勢能 C．彈簧被壓縮時具有的彈性勢能一定小于被拉長時具有的彈性勢能 D．彈簧被拉長或

10、被壓縮時，只要在彈性限度內(nèi)都具有彈性勢能 解：A、D 點評：本題重在考查彈性勢能的大小如何量度，準確地掌握彈力做功與彈性勢能的變化關(guān)系是解決本題的關(guān)鍵，彈簧處于原長彈力為零無彈性勢能，A對，彈簧無論被拉長還是被壓縮 外力都要克服彈力做功，彈性勢能都增加，外力克服彈力做功越多彈性勢能越大，故B、C錯，D對。 高中階段所學到的勢能概念有重力勢能、彈性勢能、萬有引力勢能、電勢能、分子勢能等，它們在高考中扮演著重要的角色，有時會以信息的形式給出。對于這一類問題如何準確快速的解決，就要從下面幾個方面深刻的理解它們的性質(zhì)特點； 　　（1）重力勢能和彈性勢能的引入是因為重力和彈性力都屬于保守力。

11、一般地說，只要系統(tǒng)內(nèi)物體間存在著相互作用的某種保守力，則系統(tǒng)相應(yīng)地必然擁有只取決于系統(tǒng)位置（即系統(tǒng)內(nèi)物體間的相對位置）的一種勢能，而且這種保守力所作的功W等于相應(yīng)的負值，即 上式是勢能的一般定義，其中EP1、EP2為系統(tǒng)末、始狀態(tài)時的勢能。它表明系統(tǒng)勢能的變化可用保守力所作的功來量度。 　　 （2）勢能也是一個標量，勢能的單位與功的單位相同。 　　 （3）客觀上并不存在某—位置的絕對勢能，某一位置的勢能是相對于一個基準位置來說的。通?？砂鸦鶞饰恢玫膭菽苋藶榈匾?guī)定為零，即勢能零點。則某一位置的勢能在數(shù)值上等于保守力從該位置到勢能零點所作的功。即 也就是說，勢能只有相對意義。選擇不同的勢能零點，勢能的數(shù)值一般是不同的。 （4）勢能是屬于參與保守力相互作用的物體所組成的系統(tǒng)的，而不是屬于其中個別物體的。例如，重力勢能是屬于地球與受重力作用的物體所組成的系統(tǒng)。對彈簧的彈性勢能來說也是如此，它是屬于物體與彈簧所組成的彈性系統(tǒng)。但為了敘述方便，把系統(tǒng)等字省去，常常說成物體的勢能。 　　 （5）由于非保守力所作的功將隨所經(jīng)的路徑不同而異，即其值是不確定的，所以不能引入與其相關(guān)的勢能。