mgΔh1,mgΔh2,mgΔh3,......
物体通过整个路径时重力所做的功,等于重力在每小段上所做的功的代数和,即
WG=mgΔh1+mgΔh2+mgΔh3+......
=mg(Δh1+Δh2+Δh3+......)
=mgh
=mgh1-mgh2
这里的分析表明,物体运动时,重力对它做的功只跟它的起点和终点的位置有关,而跟物体运动的路径无关,功的大小等于物重跟起点高度的乘积mgh1与物重跟终点高度的乘积mgh2两者之差。
看起来,物体所受的重力mg与它所处位置的高度h的乘积"mgh",是一个具有特殊意义的物理量。
【思考讨论】其他力(比如摩擦力)做功是否与路径有关?回答是肯定的。
可见,重力做功的特点不能乱用,要视具体力而定。同时提醒学生,今后学习中还会遇到做功具这个特点的力,让学生在今后遇到新的力时注意这个问题。
二、重力势能
mgh这个物理量的特殊意义在于它一方面与重力所做的功密切相关,另一方面它随着高度的变化而变化,恰与势能的基本特征一致。
1.概念
地球上的物体具有的和它的高度有关的能量,叫做重力势能。或物体由于被举高而具有的能量叫重力势能。
我们把物理量mgh叫做物体的重力势能(gravitationalpotential energy),常用EP表示。
2.表达式
EP=mgh (1)
上式表明,物体的重力势能等于它所受重力与所处高度的乘积。或等于物体的质量、重力加速度和它的高度三者的乘积。
3.重力势能是标量
与其他形式的能一样,重力势能也是标量。但重力势能有正负,重力势能的正负只表示物体的重力势能比零势能高,还是比零势能低,不表示方向。重力势能是由物体所处的位置状态决定的,是状态量。
4.单位
重力势能的单位与功的单位相同,在国际单位制中都是焦耳,符号为J。
1 J=1 kg·m·s-2·m=1N·m。
三、重力势能的变化和重力做功的关系
1.重力势能的变化和重力做功的定性关系
重力对物体做正功时,重力势能一定减小;重力对物体做负功时,重力势能一定增加。
2.重力势能的变化和重力做功的定量关系
当物体由高处运动到低处时,h1>h2,WG>0,EP1>EP2,这表示重力做正功时,重力势