重力勢(shì)能典型案例分析

王瀚翔 湖南省長沙市南雅中學(xué)

重力勢(shì)能是高中物理知識(shí)中的關(guān)鍵構(gòu)成部分，并且也是難度相對(duì)較大的一部分知識(shí)點(diǎn)。在對(duì)這部分知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)時(shí)，我們要做好知識(shí)和實(shí)際生活的聯(lián)系，并且要經(jīng)過對(duì)一些典型例題的分析和解答，以此鞏固自己的基礎(chǔ)知識(shí)，進(jìn)而提升自己的物理知識(shí)學(xué)習(xí)水平，克服學(xué)習(xí)中遇到的困難。

1 重力勢(shì)能的基本概念

所謂重力勢(shì)能，其具體是指物體由于重力作用而具備的一種能量，重力勢(shì)能大小是由地球與地面物體相對(duì)位置而確定的。當(dāng)物體質(zhì)量越大，相對(duì)位置越大的時(shí)候，其做的功就越多，進(jìn)而導(dǎo)致物體的重力勢(shì)能變大。重力勢(shì)能的表達(dá)式是：Eq=mhg。物體因?yàn)楸慌e高而具備的能就是重力勢(shì)能。在特殊情況下引力勢(shì)能的推廣，是物體在重力作用之下具備的由空間位置產(chǎn)生的能力，其大小和空間位置選取的參考點(diǎn)有很大關(guān)系。物體在空間某個(gè)點(diǎn)的重力勢(shì)能與讓物體從此點(diǎn)到參考點(diǎn)時(shí)重力做的功一樣。在某種程度上來講，當(dāng)高度一定的情況下，物體的質(zhì)量越大，則重力勢(shì)能就越大。而在物體質(zhì)量一定的情況下，若是高度越大，則重力勢(shì)能也就越大。在我們生活中隨處可見重力勢(shì)能的現(xiàn)象。比如從高處掉落的物體會(huì)將人砸傷，或者是挑扁擔(dān)的時(shí)候會(huì)感覺肩膀很痛。在生活中也有對(duì)重力勢(shì)能的運(yùn)用，比如在一些水電站中，經(jīng)過蓄水將電站建設(shè)在低處，通過高度差來獲取勢(shì)能，然后使用水的重力沖擊葉輪發(fā)電。在生活中把錘子舉高來打釘子，這也是對(duì)重力勢(shì)能的運(yùn)用。

我們?cè)趯W(xué)習(xí)重力勢(shì)能的時(shí)候，需要知道的是重力做功和路徑?jīng)]有任何關(guān)系，其只和起點(diǎn)與終點(diǎn)的位置有很大的關(guān)系。經(jīng)過對(duì)重力勢(shì)能的基本概念進(jìn)行理解之后，我們就能夠?qū)ι钪械囊恍┲亓?shì)能現(xiàn)象進(jìn)行理解，同時(shí)也能夠?qū)W(xué)習(xí)中遇到的一些例題進(jìn)行分析和解答，以此提升自己的物理學(xué)習(xí)能力。

2 重力勢(shì)能典型案例分析

2.1 典型案例一

我們?cè)趯W(xué)習(xí)重力勢(shì)能相關(guān)知識(shí)點(diǎn)時(shí)，必定會(huì)遇到很多重力勢(shì)能的例題。在對(duì)這些例題進(jìn)行解答和分析時(shí)，首先要注意的是重力做功只和初始位置和最終位置有一定關(guān)系，并且重力勢(shì)能和參考的平面選擇有一定關(guān)系，但是重力勢(shì)能的大小變化卻和參考平面沒有關(guān)系。重力勢(shì)能做功等于重力勢(shì)能的減少量。在對(duì)重力做功和重力勢(shì)能相關(guān)的問題進(jìn)行解析的時(shí)候，若是遇到一些不能夠當(dāng)做質(zhì)量的物體需要找尋其中重心所在。就比如以下這道題目為例。

例題1：就圖1所示，使同一個(gè)物體用四種不同方式在同個(gè)高度運(yùn)動(dòng)到平面上，那么在此過程中以下哪項(xiàng)說法正確？

圖1

A.圖a中物體重力做功最少

B.四種運(yùn)動(dòng)情況中的重力做功一樣

C.圖中物體重力做功是最多的

D.四種運(yùn)動(dòng)情況中的重力做功無法進(jìn)行比較

解析：經(jīng)過對(duì)圖中物體運(yùn)動(dòng)的情況進(jìn)行分析之后，我們可以對(duì)每個(gè)物體運(yùn)動(dòng)的初始位置和最終位置進(jìn)行了解，但是不用被這四張圖中不同的運(yùn)動(dòng)情況所迷惑，而只需要直接對(duì)每個(gè)物體的最初位置和最終位置進(jìn)行分別分析即可。所以在解答的過程中我們只需要掌握物體做功只和初期和末端位置有關(guān)系，跟物體運(yùn)動(dòng)路徑和環(huán)境沒有關(guān)系的性質(zhì)，這樣就能夠快速且精準(zhǔn)地選出正確答案。在上圖中，abcd四圖中物體的最初位置高度都是相同的，只是在運(yùn)動(dòng)過程中有的在粗糙的斜面上滑動(dòng)到平面；而有的則是在光滑的斜面上運(yùn)動(dòng)到平面；有些是通過平拋落到平面；而有的是垂直下落到平面上。這四種運(yùn)動(dòng)情況都是起始高度位置和最后的位置一樣，只是中間的運(yùn)動(dòng)路徑和方式各有差異。根據(jù)重力勢(shì)能的相關(guān)概念來進(jìn)行分析，我們就能夠得知這四副圖中每個(gè)物體的重力做功是一樣的，不管其中途運(yùn)動(dòng)有多大的差別，只要物體的最初位置和最終位置一樣，則做功都相同。因此，這道題的正確答案是B.這是一道相對(duì)典型的例題，通過同個(gè)質(zhì)量的物體在同個(gè)高度上運(yùn)動(dòng)到同個(gè)地面，只是其中運(yùn)動(dòng)的方式也所不同，經(jīng)過這樣的對(duì)比分析可以讓我們對(duì)重力勢(shì)能的基礎(chǔ)概念進(jìn)行進(jìn)一步的了解。

2.2 典型案例二

例題2：以下關(guān)于重力勢(shì)能與重力做功敘述，其中不正確的是哪一項(xiàng)？

A.物體克服重力做功的功等于重力勢(shì)能的增加

B.重力做功與路徑?jīng)]有關(guān)系，只與初始和最后的位置有關(guān)系

C.在同個(gè)高度上，把一個(gè)物體沿著不同方向拋出，在拋出落到同個(gè)水平面上，其過程中的重力勢(shì)能變化一樣

D.重力是能夠?yàn)榱愕奈矬w不能夠?qū)e的物體做功

解析：這道題主要考查的是重力勢(shì)能和重力做功之間的關(guān)系，只要對(duì)重力勢(shì)能概念有深入的理解，就能夠分析出四個(gè)選項(xiàng)中那些選項(xiàng)是正確的，而哪些選項(xiàng)為錯(cuò)誤的。在D選項(xiàng)中將重力勢(shì)能和物體的質(zhì)量進(jìn)行了聯(lián)系，這和重力勢(shì)能的概念不相符，因此正確答案是D。

3 結(jié)束語

重力勢(shì)能知識(shí)的學(xué)習(xí)需要我們把握其中的關(guān)鍵點(diǎn)，在一些典型并且具有代表性的例題案例進(jìn)行分析和解答時(shí)，首先要知道的是重力勢(shì)能和整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中的哪些因素有一定關(guān)系，這樣才能夠在分析問題時(shí)有比較清晰的思路，進(jìn)而加深自己對(duì)重力勢(shì)能的理解程度。

[1]楚文明.重力勢(shì)能一節(jié)教學(xué)初探[J].時(shí)代教育, 2017(20):138-138.

[2]何小孔.重力勢(shì)能經(jīng)典例題解析[J].新高考:高一物理,2012(3):31-31.