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高一物理势能典型题剖析

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势能·典型题剖析 例1 如图4-13所示,桌面距地面0.8m,一物体质量为2kg,放在距桌面0.4m的支架上.(1)以地面为零势能位置,计算物体具有的势能,并计算物体由支架下落到桌面过程中,势能减少多少?(2)以桌面为零势能位置,计算物体具有的势能,并计算物体由支架下落到桌面过程中势能减少多少?分析 根据物体相对零势能位置的高度,直接应用公式计算即得.解答 (1)以地面为零势能位置,物体的高度h1=1.2m,因而物体的重力势能为Ep1=mgh1=2×9.8×1.2J=23.52J.物体落至桌面时重力势能为Ep2=mgh2=2×9.8×0.8J=15.68J.7/7所以物体重力势能的减少量△Ep=Ep1-Ep2=23.52J-15.68J=7.84J.(2)以桌面为零势能位置,物体距零势能位置的高度h'1=0.4m,因而物体的重力势能为E'p1=mgh'1=2×9.8×0.4J=7.84J.物体落至桌面时,重力势能的减少量△E'p=7.84J.说明 通过上面的计算,可以看出,物体重力势能的大小是相对的,其数值与零势能位置的选择有关.而重力势能的变化是绝对的,与零势能位置的选择无关,其变化值仅由重力对物体做功的多少决定.当物体从支架落到桌面时重力做功为WG=mgh=2×9.8×0.4J=7.84J因此两情况中重力势能的变化都为7.84J.例2 如图4-14所示,一质量为m、边长为a的正方体与地面之间的动摩擦因数μ=0.1.为使它水平移动距离a,可以采用将它翻倒或向前匀速平推两种方法.则             [   ]7/7A.将它翻倒比平推前进做的功少.B.将它翻倒比平推前进做的功多.C.两种情况做功一样多.D.两种情况做功多少无法比较.分析 匀速平推时,只需克服摩擦力做功.推力的大小等于正方体所受的摩擦力,即F=f=μN=μmg.把正方体推进距离a时推力做功为W1=Fa=μmga=0.1mga.将正方体绕一条棱翻倒时,仅在使其对角面AC转到竖立过程中需有外力做功(以后,稍有一倾侧,立方体会在重力作用下翻倒).这个过程中外力所做的功,就是使立方体的重心O升高所增加的重力势能(图4-15).所以外力做功为7/7=0.2071mga.答 B.说明 对确定的正方体,其对角面翻到竖直位置时重心升高的高度W2=mg△h.但把它匀速平推时做的功与动摩擦因数μ有关,动摩擦因数μ较大时(如μ=0.3),则可使W1>W2,即平推时做的功多.所以,不要机械地去记题中解答的结论,重要的是掌握计算的方法.例3 两个底面积都是S的圆桶,放在同一水平面上,桶内装水,水面高度分别为h1和h2,如图4-16所示.已知水的密度为ρ,现把连接两桶阀门打开,最后两桶水面高度相等,则在这过程中重力做的功等于 [   ]A.ρgs(h1-h2).7/7分析 打开阀门,在重力作用下最后两桶水面等高.因此,重力做功的效果相当于把左边一部分移到右边,如图4-17所示.重力做功的大小等于这部分移动后重力势能所减少的数值.移动的这部分水的质量这部分水的重心位置下降高度所以,重力对这部分做的功为7/7答 D.讨论1.重力做功的特点重力做功有一个重要的特点:做功多少决定于始末位置的高度差,与具体的路径无关.如图4-18,物体沿倾角α的斜面下滑l,则重力做功的大小为WG=mglcos(90°-α)=mglsinα=mgh.如果物体沿高为h的任意形状的曲面下滑,我们可以把它分割成倾角不同的许多斜面(图4-19),因此物体从顶端滑到底端重力做的功为W'G=mgh1+mgh2+…+mghn=mg(h1+h2+…+hn)=mgk.两种情况下重力做功相同(WG=W'G7/7).由此可见,重力势能的大小(或变化),也仅由始末位置的竖直高度差(或变化)决定,与运动过程中经历的具体路径无关.当物体沿闭合路径一周时,重力对物体做功为零,物体的重力势能不变.2.重力势能为系统所有重力势能与重力做功有关,即与地球对物体的作用有关,所以重力势能是物体和地球这一系统所共有的,不是物体单独所有的.通常说某物体的重力势能是多少,只是一种简化的说法.7/7

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所属: 高中 - 物理
发布时间:2022-08-25 11:45:46 页数:7
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文章作者:U-336598

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