如图2所示,桌面距地面高为H,一物体质量为m,放在距桌面h处,思考并讨论以下问题:
(1)若以地面为零势能参考平面,物体具有的重力势能是多少?以桌面为零势能参考平面,其值又是多少?
(2)选取不同的零势能参考平面,物体具有的重力势能不同,这说明了什么?如何选择零势能参考平面呢?
答案 (1)以地面为零势能参考平面时,物体的重力势能Ep1=mg(H-h).以桌面为零势能参考平面时,重力势能Ep2=-mgh.
(2)说明了重力势能具有相对性,Ep=mgh表达式中,h是物体重心到参考平面的高度,具有相对性.选择哪个水平面做零势能参考平面,可视研究问题的方便而定.通常选择地面为零势能参考平面.
[要点提炼]
1.重力势能的相对性
(1)重力势能具有相对性,即Ep与选取的参考平面(零势能面)有关.因此,在计算重力势能时,必须首先选取参考平面.
(2)重力势能的变化是绝对的,它与参考平面的选取无关.
(3)正负的含义:在参考平面上方物体的重力势能是正值,表示物体在这一位置的重力势能比在参考平面上时大;在参考平面下方,物体的重力势能是负值,表示物体在这一位置的重力势能比在参考平面上时小.
2.重力势能的系统性:重力势能是地球与物体所组成的系统共有的.
三、弹性势能
[问题设计]
图3
物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能.如图3所示,弹簧左端固定,右端连一物体,O点为弹簧的原长处.
(1)当物体由O点向右移动的过程中,弹簧的弹力做什么功?弹性势能怎样变化?当物体由A′向O移动的过程中,弹力做功和弹性势能变化情况又会怎样呢?
(2)分析物体由O向A移动和由A向O移动过程弹力做功与弹性势能变化的关系,并与(1)的结果对比得出什么结论?
答案 (1)物体由O向右移动的过程中,弹簧弹力做负功,弹性势能增加;当物体由A′向O移动的过程中,弹力做正功,弹性势能减少.
(2)不管弹簧被压缩还是被拉伸的过程,只要弹簧弹力做正功,弹性势能就减少,只要