物理中的势能.doc

势 能
在物理系统里，假若一个粒子，从起始点移动到终结点，所受作用力所做的功，不因为路径的不同而改变。则称此力为保守力。
势能（Potential Energy）：物体由于具有做功的形势而具有的能叫势能。
决定因素：由相互作用的物体之间的相对位置，或由物体内部各部分之间的相对位置所确定的能叫做“势能”。
势能分为重力势能、弹性势能、分子势能、电势能、引力势能等。

1．重力势能：物体由于被举高而具有的能叫做重力势能。（万有引力）
（1）决定因素：重力势能的大小由地球和地面上物体的相对位置决定。物体质量越大、位置越高、做功本领越大，物体具有的重力势能就越大。
（2）重力做功与重力势能变化的关系：
重力做正功时，重力势能减少重力做负功时，重力势能增加。
（3）计算公式：
重力势能是标量，单位为焦（J）。
与功不同的是，功的正负号表示作用效果，比较大小时仅比较数值；而重力势能中正数一律大于负数。

2．弹性势能：发生弹性形变的物体各部分之间，由于有弹力的相互作用而具有势能，这种势能就是叫做弹性势能。（弹力）
（1）决定因素：同一弹性物体在一定范围内形变越大，具有的弹性势能就越多，反之，则越小。

（2）弹力做功与弹性势能变化的关系：
弹力做正功，弹性势能减少，弹力做负功，弹性势能增加。
【弹力对物体做的功等于弹力势能增量的负值。】
（3）计算公式：

问题1：撑杆跳高中的能量转化。
撑竿跳技术大致分为持竿助跑、插竿与起跳、压竿与悬垂、引体、转体与过竿、着地动作等部分。
（1）持竿助跑：化学能转化为动能；（不是内能，注意化学能与内能的区别）
（2）插竿：动能转化为弹性势能；
（3）起跳及压竿、悬垂：动能转化为为弹性势能与重力势能；
（4）撑杆弹性势能转化为动能和重力势能；
（5）过竿落地：重力势能转化为动能。

3．分子势能：分子间由于存在相互的作用力，从而具有的与其相对位置有关的能。
分子间的相互作用力分为斥力和引力。在平衡位置时相对平衡，小于平衡位置时表现为斥力，大于平衡位置时表现为引力。但无论何时，引力与斥力都是同时存在的。

（1）分子势能是内能的重要组成部分；
（2）分子之间存在引力和斥力，但分子间距大于平衡位置的间距r0 10倍以上的时候，它们之间的作用力就变得十分微弱，可以忽略不计，
（3）分子势能与分子距离的关系：
A、分子距离在平衡距离处分子势能最小；
B、分子距离在大于平衡距离和小于平衡距离时其分子势能将增大；
C、时，斥力大于引力，分子间作用力表现为斥力，分子势能最大值在零距离处；
D、时，引力大于斥力，分子间作用力表现为引力，分子势能最大值在无穷远处；
E、时，引力和斥力都为零，引力引起的势能最大；
F、时，引力和斥力最大，斥力引起的势能最大。

4．电势能：电场中的电荷因受电场力的作用能够做功而具有能，这种能叫做电势能。
电荷q由电场中某点A移到参考点O，电场力做的功等于q在A点具有的电势能。
（2）电场力做功与电势能的关系：
电场中的电荷从一个位置移到另一个位置，当电场力对它做正功时，它的电势能减少；当电场力做负功时，它的电势能增加。
（3）对于点电荷（电量为Q）产生的静电场，其电势能与电荷q所处空间位置到点电荷所在位置的距离r有如下关系：，其中k为库伦常数。
问题2：为什么重力势能和弹性势能是机械能，而分子势能不是？
答：物体相对于其他物体的位置变化，也就是物体的位置的移动随时间的变化，叫做机械运动。机械运动是宏观的。
分子间作用力的作用距离很小，属于分子级别，不会影响物体机械运动的状态；
或：分子势能属于内能，与机械能是两个完全不同的概念。
电势能：？
【答案】加速运动的电荷会产生电磁辐射，使能量衰减，如回旋辐射。

问题3：机械能守恒定律的推导（自己做）。

5．引力势能：物体（特别指天体）在引力场中具有的能叫做引力势能。
推导：
万有引力公式：
根据势能的定义，当物体从位置A移动到位置B时，势能在大小上的变化等于相应作用力所做的功。
万有引力将质量为m的物体从离质量为M的物体距离为r1处拉至距离为r2处做的功为：
【M m（r1） （r2）】

引力做正功时，引力势能减小，故有

将r1处定为零势能面，就得到m距离M为r2时的引力势能。
（1）通常取无穷远处为零势能面，即，
有
即。
（2）将地面取做零势能面，即，
距地面h处有，则：
，
根据，有

又，故可取，
所以，
即所谓重力势能。

问题4：，中，为什么前面没有负号？