2020高考物理復(fù)習(xí) 對(duì)重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能的再認(rèn)識(shí)

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1、2020高考物理復(fù)習(xí) 對(duì)重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能的再認(rèn)識(shí) 機(jī)械能守恒是自然界最基本的規(guī)律之一，而機(jī)械能包括物體的動(dòng)能和勢(shì)能，因此準(zhǔn)確深入的理解動(dòng)能和勢(shì)能的含義是學(xué)好機(jī)械能守恒的前提。機(jī)械能中的勢(shì)能指的是重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能，而重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能是高中物理中的兩個(gè)重要概念，并且是高考中的熱點(diǎn)之一，下面以多角度全面的剖析這兩個(gè)概念從而準(zhǔn)確的解決有關(guān)重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能的物理問題。 一、對(duì)保守力和非保守力的認(rèn)識(shí) 1保守力 　　凡其做功與路徑無(wú)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(wàn)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(shí)的沖擊力等都屬于非保守力。 二、重力勢(shì)能與彈性勢(shì)能的再認(rèn)識(shí) 蘊(yùn)藏在保守力場(chǎng)中與位置有關(guān)的能量稱為勢(shì)能（位能）。跟重力和彈性力對(duì)應(yīng)的勢(shì)能即重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能 1 、重力勢(shì)能 物體與地球之間的相互作用所具有的能量叫重力勢(shì)能 （1）、一個(gè)物體具有能量說(shuō)明它具有對(duì)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(shì)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(shì)能具有相對(duì)性 由于重力勢(shì)能的計(jì)算式中的高度h具有相對(duì)性,因此重力勢(shì)能也具有相對(duì)性 。一個(gè)物體

3、的重力勢(shì)能的大小應(yīng)當(dāng)與參考平面的選取有關(guān)，所選的參考面不同，重力勢(shì)能的值是不同的。在計(jì)算重力勢(shì)能大小時(shí)，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(dāng)物體位置高于零勢(shì)能位置時(shí)，h>0,重力勢(shì)能為正值，說(shuō)明此處物體的重力勢(shì)能比零勢(shì)能大；當(dāng)物體位置低于零勢(shì)能位置時(shí)，h<0，重力勢(shì)能為負(fù)值，說(shuō)明此處物體的重力勢(shì)能比零勢(shì)能小。雖然重力勢(shì)能是相對(duì)的，但是重力勢(shì)能的差值是絕對(duì)的,即重力勢(shì)能的變化是絕對(duì)的，與參考平面的選取無(wú)關(guān),我們?cè)诮鉀Q物理問題時(shí)尤為關(guān)心重力勢(shì)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(jì)空氣阻力，假設(shè)桌面處

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

5、勢(shì)能就減少了多少；物體克服重力做了多少功，其重力勢(shì)能就增加了多少。所以，重力對(duì)物體做的功等于物體重力勢(shì)能增量的負(fù)值，表示為： EP1為初狀態(tài)的重力勢(shì)能，EP2為末狀態(tài)的重力勢(shì)能。重力做的功量度了重力勢(shì)能的變化。 　 這里要說(shuō)明的是：重力勢(shì)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(shì)能，所以，嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，重力勢(shì)能是地球和物體所組成的系統(tǒng)所共有的。通常所說(shuō)的物體具有多少重力勢(shì)能，只是一種簡(jiǎn)略的說(shuō)法 例2、關(guān)于重力做功和物體的重力勢(shì)能，下列說(shuō)法正確的是：（ ） A、當(dāng)重力對(duì)物體做正功時(shí)，物體的重力勢(shì)能一定減少； B、物體克服重力做功

6、時(shí)，物體的重力勢(shì)能一定增加； C、地球上每一個(gè)物體的重力勢(shì)能都有一個(gè)確定值； D、重力做功的多少與參考平面的選取無(wú)關(guān)。 解：A、B、D 點(diǎn)評(píng)：本題考查重力做功與重力勢(shì)能的關(guān)系，重力做功的特點(diǎn)，及重力勢(shì)能的相對(duì)性，如果對(duì)上面的物理規(guī)律及概念的含義搞清，就不難選出準(zhǔn)確的答案。 2、彈性勢(shì)能 物體因發(fā)生彈性形變而具有勢(shì)能稱為彈性勢(shì)能。用Ep表示。 （1）、物體發(fā)生彈性形變的時(shí)候，物體的各個(gè)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(shì)能一樣，發(fā)生彈性形變的物體的各個(gè)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(shì)能。 （2）、彈性勢(shì)能和重力勢(shì)能相類似，彈性勢(shì)能也具有相對(duì)性，一般選彈簧處于自由長(zhǎng)度時(shí)為彈性勢(shì)能的零點(diǎn)。彈性勢(shì)能的變化，由彈力做功惟一決定，與其他力做功無(wú)關(guān)。 對(duì)于彈性勢(shì)能的相對(duì)性，學(xué)生不太了解，常說(shuō)的彈簧彈性勢(shì)能的大小是多少，實(shí)際上是與彈簧處于原長(zhǎng)彈性勢(shì)能為零時(shí)的差值。如果規(guī)定彈簧的任意長(zhǎng)度時(shí)的勢(shì)能為零勢(shì)能，則彈簧從某一位置拉到零勢(shì)能位置的過(guò)程中，拉力所做的功就等于彈簧的彈性勢(shì)能，顯然，這與規(guī)定自然長(zhǎng)度為零時(shí)，從該位置拉到零勢(shì)能時(shí)的功是不同的，所以，彈簧在某一位置時(shí)的彈性勢(shì)能與零勢(shì)能位置的規(guī)定有關(guān)，故彈性勢(shì)能也具有相對(duì)性。而彈性勢(shì)能的改變量在解決問題中是

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

9、 D．彈性勢(shì)能在國(guó)際單位制中的單位是焦耳 解： A、D 點(diǎn)評(píng)：本題考查彈性勢(shì)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(shì)能，有些物體形變后無(wú)法恢復(fù)原狀，因此其不具有彈性勢(shì)能。A正確；所有能的單位跟功的單位相同，在國(guó)際單位制中的單位是焦耳，D正確。如果沒有注意到彈性勢(shì)能產(chǎn)生本質(zhì)就會(huì)造成錯(cuò)選B 或C 例4、 關(guān)于彈簧的彈性勢(shì)能，下面說(shuō)法正確的事（ ） A．當(dāng)彈簧的長(zhǎng)度為原長(zhǎng)時(shí)，彈簧的彈性勢(shì)能為零 B．彈簧被拉長(zhǎng)時(shí)具有彈性勢(shì)能，被壓縮時(shí)不具有彈性勢(shì)能 C．彈簧被壓縮時(shí)具有的彈性勢(shì)能一定小于被拉長(zhǎng)時(shí)具有的彈性勢(shì)能 D．彈簧被拉長(zhǎng)或

10、被壓縮時(shí)，只要在彈性限度內(nèi)都具有彈性勢(shì)能 解：A、D 點(diǎn)評(píng)：本題重在考查彈性勢(shì)能的大小如何量度，準(zhǔn)確地掌握彈力做功與彈性勢(shì)能的變化關(guān)系是解決本題的關(guān)鍵，彈簧處于原長(zhǎng)彈力為零無(wú)彈性勢(shì)能，A對(duì)，彈簧無(wú)論被拉長(zhǎng)還是被壓縮 外力都要克服彈力做功，彈性勢(shì)能都增加，外力克服彈力做功越多彈性勢(shì)能越大，故B、C錯(cuò)，D對(duì)。 高中階段所學(xué)到的勢(shì)能概念有重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能、萬(wàn)有引力勢(shì)能、電勢(shì)能、分子勢(shì)能等，它們?cè)诟呖贾邪缪葜匾慕巧?，有時(shí)會(huì)以信息的形式給出。對(duì)于這一類問題如何準(zhǔn)確快速的解決，就要從下面幾個(gè)方面深刻的理解它們的性質(zhì)特點(diǎn)； 　?。?）重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能的引入是因?yàn)橹亓蛷椥粤Χ紝儆诒Ｊ亓Α?/p>

11、一般地說(shuō)，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(duì)位置）的一種勢(shì)能，而且這種保守力所作的功W等于相應(yīng)的負(fù)值，即 上式是勢(shì)能的一般定義，其中EP1、EP2為系統(tǒng)末、始狀態(tài)時(shí)的勢(shì)能。它表明系統(tǒng)勢(shì)能的變化可用保守力所作的功來(lái)量度。 　　 （2）勢(shì)能也是一個(gè)標(biāo)量，勢(shì)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(duì)勢(shì)能，某一位置的勢(shì)能是相對(duì)于一個(gè)基準(zhǔn)位置來(lái)說(shuō)的。通?？砂鸦鶞?zhǔn)位置的勢(shì)能人為地規(guī)定為零，即勢(shì)能零點(diǎn)。則某一位置的勢(shì)能在數(shù)值上等于保守力從該位置到勢(shì)能零點(diǎn)所作的功。即 也就是說(shuō)，勢(shì)能只有相對(duì)意義。選擇不同的勢(shì)能零點(diǎn)，勢(shì)能的數(shù)值一般是不同的。 （4）勢(shì)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(gè)別物體的。例如，重力勢(shì)能是屬于地球與受重力作用的物體所組成的系統(tǒng)。對(duì)彈簧的彈性勢(shì)能來(lái)說(shuō)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(shuō)成物體的勢(shì)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(shì)能。