【教学反思】为什么引力势能是负的而重力势能却是正的


因为零势能面的选择不同。

势能是相对的,某一位置的势能,可以任意设置。

如果没有确定零势能面,势能的正负也就不能确定。

例如,假设地面重力势能为零,那高处的物体势能是正的。假设无穷远处势能为零,那高处的物体势能是负的。

物理学中经常把无穷远处定为引力势能的零势能点,引力势能表达式是E=-GMm/r。是标量,单位为焦(J),G为引力常数,M为产生引力场物体(中心天体)的质量,m为研究对象的质量,r为两者质心的距离。

判断一个物体是否具有重力势能,关键看此物体相对某一个平面有没有被举高,即相对此平面有没有一定的高度。若有,则物体具有重力势能,若没有(即与此平面相平),则物体不具备重力势能。

书本上规定:物理学中,物体具有的重力势能的大小与物体的质量成正比,与物体被举高的高度成正比。

被举高,就已经把地面当作参照面,即,把水平地面当成了零重力势能。

需要注意的是,势能为负值并不代表物体没有势能,没有做功的本领。

比如,以离地球无穷远处的势能为零,则地面有一定高度的物体具有的势能就为负值,虽然是负值,但物体在重力作用下,还是会向地面加速运动,它的势能将变为更小的负值,势能仍在减小,减小的势能变为了动能,仍遵循能量守恒定律。

即使初始状态,物体的动能加势能的和为零,并不代表物体没有做功的本领,它的势能可以变为负值,势能仍能转化为动能或内能。

因为能量是标量,这就是能量意味着为零,并不代表没有做功的本领,不能出现的能量为负值。

但若势能不变,则物体要做功,则物体的具有的总能量必须为正值,因为这时做功的本领要来自动能,而动能只能是正值。

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