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人教版高中物理必修二
知识点梳理
重点题型（常考知识点）巩固练习
重力势能和弹性势能
编稿：周军 审稿：吴楠楠
【学习目标】
1．理解重力势能的概念，会用重力势能的定义式进行计算．
2．理解重力势能的变化和重力做功的关系．知道重力做功与路径无关． 3．知道重力势能的相对性．
4．明确弹性势能的含义，理解弹性势能的相对性 5．知道弹性势能与哪些量有关． 【要点梳理】
要点一、重力做功的特点 要点诠释：
重力对物体所做的功只跟物体的初末位置的高度有关，跟物体运动的路径无关．物体沿闭合的路径运动一周，重力做功为零，其实恒力(大小方向不变)做功都具有这一特点．
如物体由A位置运动到B位置，如图所示，A、B两位置的高度分别为h1、h2，物体的质量为m，无论从A到B路径如何，重力做的功均为：
WG?mglcos?＝mgh＝mg(h1-h2)＝mgh1-mgh2．
可见重力做功与路径无关．
要点二、重力势能 要点诠释：
(1)定义：物体由于被举高而具有的能．
(2)公式：物体的重力势能等于它所受重力与所处高度的乘积．
EP?mgh．
h是物体重心到参考平面的高度． (3)单位：焦(J)．
1J＝1kg?m?s?m?1N?m．
(4)重力势能是一个相对量，它的数值与参考平面的选择有关．实际上是由h为相对量引起的．参考平面的选择不同，重力势能的值也就不同，一般取地面为参考平面．
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在参考平面内的物体，EP＝0； 在参考平面上方的物体，EP＞0； 在参考平面下方的物体，EP＜0．
(5)重力势能是标量，它的正、负值表示大小． (6)重力势能是地球和物体共有的．
要点三、重力势能的相对性与重力势能变化的绝对性 要点诠释：
(1)重力势能是一个相对量，它的数值与参考平面的选择有关．在参考平面内，物体的重力势能为零；在参考平面上方的物体，重力势能为正值；在参考平面下方的物体，重力势能为负值． (2)重力势能变化的不变性(绝对性)．
尽管重力势能的大小与参考平面的选择有关，但重力势能的变化量都与参考平面的选择无关，这体现了它的不变性(绝对性)．
(3)某种势能的减少量，等于其相应力所做的功．
重力势能的减少量，等于重力所做的功；弹簧弹性势能的减少量，等于弹簧弹力所做的功．
(4)重力势能的计算公式EP＝mgh，只适用于地球表面及其附近g值不变时的范围，若g值变化时，不能用其计算．
要点四、重力做功和重力势能改变的关系 要点诠释：
(1)设A、B两点为物体在运动过程中所经历的两点(如图所示)。
若从B点运动到A点，则WG??mgh(重力对物体做负功mgh)；从能量的角度，△EP?mgh(重力势能增加mgh)．
若从A点运动到B点，则WG?mgh(重力对物体做正功mgh)；从能量的角度，△EP??mgh(重力势能减小mgh)．可见，重力势能的改变△EP只与重力做功WG有关，跟物体做什么运动以及是否同时还有其他作用力(如牵引力、阻力等)的存在无关，即WG??△EP．也就是说，重力做正功时，重力势能减少，减少的重力势能等于重力所做的功；克服重力做功时，重力势能增加，增加的重力势能等于克服重力所做的功．即
WG?EP1?EP2?mgh1?mgh2．
(2)重力做功与重力势能的比较． 概念 比较项目 物理意义 重力做功 重力对物体所做的功 重力势能 由于物体与地球的相互作用，且由它们之间的相对位置决定的能 资料来源于网络 仅供免费交流使用
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表达式 WG?G△h?mg△h 只与初、末位置的高度差有关，与路径及参考平面的选择无关 过程量 EP?mgh 重力mg和某一位置的高度h 与参考平面的选择有关，同一位置的物体，选择不同的参考平面会有不同的重力势能值 状态量 影响大小的因素 重力G和初、末位置的高度差△h 特点 重力做功过程是重力势能变化的过程，重力做正功，重力势能减小，重力做负功，联系
要点五、弹性势能 要点诠释： 1.弹性势能
发生弹性形变的物体的各部分之间，由于有弹力的相互作用，也具有势能，这种势能叫做弹性势能。 2.弹性势能的大小跟形变的大小有关，形变量越大，弹性势能越大
对于弹簧来说，弹性势能还与劲度系数有关，当形变量一定时，劲度系数越大的弹簧弹性势能也越大。 3.弹性势能的表达
重力势能增加，且重力做了多少功，重力势能就变化了多少功，即WG?EP1?EP2 EP?1k?l2 2注意：式中EP为弹簧的弹性势能，k为劲度系数，?l为弹簧的形变量（即压缩或伸长的长度） 4.弹力做功跟弹性势能变化的关系
当弹簧的弹力做正功时，弹簧的弹性势能减小，弹性势能变成其他形式的能；当弹簧的弹力做负功时，弹簧的弹性势能增加，其他形式的能转化为弹性势能。
这一点与重力做功跟重力势能变化的关系类似。
【典型例题】
类型一、重力势能的理解
例1、（2015 吉林期末考）关于重力势能，下列说法中正确的是（ ）
A.物体的位置一旦确定，它的重力势能的大小也随之确定 B.物体与零势能面的距离越大，它的重力势能也越大 C.一个物体的重力势能从-5J变化到-3J，重力势能变小了
D.重力势能的减小量等于重力对物体做的功 【答案】D
【解析】重力势能具有相对性，某个物体处于某个位置，相对不同的参考平面具有不同的重力势能，故A错；重力势能Ep?mgh，h为相对零势能面的高度差，重力势能的大小与质量和高度两个因素有关，故B错误；重力势能可以为负，一个物体的重力势能从-5J变化到-3J，说明物体克服重力做功，重力势能变大，故C错误；只要重力做功，高度一定变化，故重力势能一定变化，重力做功多少，重力势能就变化多少，故D正确。
【总结升华】本题考查了重力势能的概念，及影响重力势能大小的两个因素，分析重力势能变化时，两个因素缺少一个得出的结论都是错误的。
举一反三
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【课程：重力势能和弹性势能 例1】
【变式1】塔吊把一质量为200kg的物体，从距地面高为h1=10m的高度匀速运到高为h2=3m的地方，
2
重力做了多少功？物体的重力势能如何变化？ (g=10m/s)
【答案】14000J；重力势能减少了14000J 【变式2】（2015 山东普高学业检测）下列关于重力势能的说法正确的是（ ）
A. 物体的重力势能一定大于零
B. 在地面上的物体的重力势能一定等于零 C. 物体的重力势能与零势能面的选取有关 D. 物体重力势能的变化量与零势能面的选取有关
【答案】C
【解析】物体的重力势能与零势能面的选取有关，若物体处于零势能面以下，则其重力势能小于零，故AD错；零势能面不一定选在地面上，所以地面上的物体零势能不一定为零，所以B错误；C正确。
类型二、重力势能的相对性与重力势能变化的绝对性
例2、质量为m的小球，从离桌面H高处由静止下落，桌面离地面高度为h，如图所示，若以桌面为参考平面，那么小球落地时的重力势能及整个下落过程中重力势能的变化分别是( )
A．mgh，减少mg(H-h) B．mgh，增加mg(H+h) C．-mgh，增加mg(H-h) D．-mgh，减少mg(H+h)
【解析】小球落地时在参考平面以下，此时小球的重力势能为-mgh．小球在全过程中重力做正功，重力势能减少，△EP??WG?mg(H?h)，因此应选D．
【答案】D
【总结升华】重力势能的相对性是指其数值与参考平面的选择有关；重力势能变化的绝对性是指重力势能的变化量与所选择的参考平面无关．
举一反三
【课程：重力势能和弹性势能 例2】
【变式】桌面B高1m，一质量为1kg的小球，从离桌面1m高的A处自由落下，不计空气阻力，在这个过程中，分别取地面和桌面为零势能面来计算 。求：(g=10m/s2)
（1）小球在A处和落地时C处的重力势能 （2）小球从A到C的重力所做的功 （3）小球从A到C的重力势能的变化量
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【答案】
类型三、流体重力势能的分析
例3、如图所示，有一连通器，左右两管的横截面积均为S，内盛密度为?的液体，开始时两管内的液面高度差为h．若打开底部中央的阀门K，液体开始流动，最终两液面相平．在这一过程中，液体的重力势能变化了多少?是增加了还是减少了?如果是减少了，减少的重力势能到哪里去了?
【思路点拨】分析清楚哪段液柱的中心发生变化是关键。
【解析】由于A、B两管横截面积相等，液体是不可压缩的，所以B管中液面下降的高度和A管中液面上升的高度相同，液面最终静止在初始状态A管液面上方
1h处． 2因为物体的重力势能变化与过程无关，只与初末状态的位置有关，所以可以将过程简化，视为将B管
1h高的液柱移动到A管中，达到液体最终静止的状态，而其他的液体的位置没有变化，对应的重力势21能也没有变化，全部液体重力势能的变化，就是B管上部h的液柱重力势能的减少．不难看出，B管中
211重力势能变化的部分液柱其重心的高度减小了△h?h，它的重力mg?hS?g，所以全部液体重力势
22中
能减少了|△EP|?mg△h???1??1?hS?g??h?，减少的重力势能全部转化为了系统的内能． ?2??2?例4、面积很大的水池，水深为H，水面上浮着一正方体小木块，木块边长a，密度为水的1/2，质量
为m．开始时，木块静止，如图甲所示．现用力F将木块缓慢压到水池底部，不计摩擦．求：从木块刚好完全浸入水中到停止在池底的过程中，木块重力势能的改变量和池水重力势能的改变量．
【解析】由图乙知木块从位置1称到位置2，相当于使同体积的水从位置2移动到位置l，重心升高H-a，所以池水势能的改变量等于这部分水在位置1和位置2的势能之差．木块的质量为m，与木块同体积
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人教版高中物理必修二知识点整理及重点题型梳理 重力势能和弹性势能 基础
