重力做功演示模型-查字典物理网

重力做功演示模型

查字典物理网 2015-02-15

重力势能是高中物理较为重要的物理概念之一，跟物理的质量和高度都有关系，要认识重力势能，不能脱离对重力做功的研究。新课标必修2单独列出一小节对重力的功进行了详细地推导，为更好地理解和掌握这部分内容，我们制作了重力做功演示模型(图1)。

一、模型制作

用木方做一个内长为长50cm、高为30cm的木框和底座。取直径约4cm的三个玩具塑料球，在球心钻上小孔。用三段8号铁丝分别穿过三个塑料球的球心，做成三种路径(竖直、倾斜直线、曲线)，把铁丝的两端固定在木框的上、下木方上。最后在左、右两侧面的木方上标出球下落的起始高度h1、终点高度h2。这样演示模型就做好了(图1)。

二、演示方法

1.让球沿直线竖直向下运动，从高度是h1的位置运动到高度是h2的位置。在这个过程中重力做的功是：WG=mgh=mgh1-mgh2。

2.让球沿倾斜直线向下运动，若倾斜直线长是l，直线与铅垂线夹角为θ，从高度是h1的位置运动到高度是h2的位置。在这一过程中球做的功为：WG=mgcosθ*l=mgh=mgh1-mgh2。

3.让球沿任意路径向下运动，从高度是h1的位置运动到高度是h2的位置。如果把整个路径分成许多很短的间隔AA1，A1A2，A2A3，…

由于每一段都很小，都可以近似看做一段倾斜的直线。设每段小斜线的高度差分别是Δh1，Δh2，Δh3，…则球通过每段小斜线时重力做的功分别为mgΔh1，mgΔh2，mgΔh3，…

小球通过整个路径时重力所做的功，等于重力在每段上所做的功的代数和，即

WG=mgΔh1+mgΔh2+mgΔh3+…

=mg (Δh1+Δh2+Δh3+…)

=mgh

=mgh1-mgh2

通过上述三种情形分析表明：物体运动时，重力对它做的功只跟它的起点和终点的位置有关，而跟物体运动的路径无关，功的大小等于物重跟起点高度的乘积mgh1与物重跟终点高度的乘积mgh2两者之差。

三、说明

本实验前提条件是设球的质量为m，把球看成一个质点，只有质量没有大小。

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