2017-2018物理教科版必修2教学案:第四章 第3节 势能
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对重力势能的理解   

  1.重力势能具有相对性

  重力势能的表达式Ep=mgh中的h是指物体重心到参考平面的高度,因此重力势能的大小与参考平面的选取有关,选取不同的参考平面,物体的重力势能不同。选定了参考平面,物体的重力势能也就确定了。在参考平面以上为正值,以下为负值,位于参考平面时为零。

  2.重力势能参考平面的选取是任意的

  视处理问题的方便而定,一般选取地面或物体运动时所达到的最低点所在平面为零势能参考平面。

  3.重力势能的变化是绝对的

  物体在两个不同位置之间势能的差值是确定的,即重力势能的变化量不随参考平面的改变而改变。

  

  [典例] 金茂大厦是上海的标志性建筑之一,它的主体建筑为地上101层,地下3层,高420.5 m。距地面341 m的第88层为国内迄今最高的观光层,环顾四周,极目眺望,上海新貌尽收眼底,该层有一质量为60 kg的游客(g取10 m/s2)。

  (1)求以地面为参考平面时游客的重力势能;

  (2)求以第88层为参考平面时游客的重力势能;

  (3)若以420.5 m的楼顶为参考平面,该游客乘电梯从地面上升到88层,需克服重力做多少功?(保留两位有效数字)

  [思路点拨] 先求出选不同位置为参考平面时物体所处的高度,再根据重力势能的表达式求物体的重力势能。

  [解析] (1)以地面为参考平面,游客在88层,相对地面的高度为341 m,则Ep1=mgh=60×10×341 J≈2.0×105 J。

  (2)若以88层处为参考平面,游客在88层,则相对高度为0,故Ep2=0。

  (3)克服重力做的功与参考平面的选择无关,即:

W=mgh=2.0×105 J。