對重力勢能影響因素的不同思考

付思林

【摘要】重力勢能（Gravitational potential energy）是指物體由于被舉高而具有的能，對于重力勢能，其大小由物體質量、重力加速度和距離零勢能參考平面的高度決定。物體的質量越大、距離零勢能面越高、做的功越多，而使物體具有的重力勢能越大，其表達式為：Ep=mgh。本文通過對重力勢能影響因素的分析，探究了質量、重力加速度、高度以及阻力的影響思考，以期能夠更好運用掌握重力勢能相關知識。

【關鍵詞】重力勢能;質量;重力加速度;影響因素

重力勢能是物理學重要的基礎概念之一，它比較抽象難懂，對初、高中同學而言，想要完全認識、熟悉并掌握它，具有一定難度，應緊扣教材，從定義、概念開始著手，探究不同因素對重力勢能的影響，理解重力勢能與動能的轉換，從而真正掌握能量守恒定律。

一、質量對重力勢能的影響

關于研究不同因素對重力勢能的影響，通常采用控制變量法。控制變量法指的是每次實驗時只改變一個可變量，控制其余幾個因素恒定，而研究被改變的因素對事物的影響，后逐一給以研究，最終綜合解決。在起始階段，探究重力勢能的影響因素時，用的是模擬打樁，讓重錘從樁正上方的某一高度處自由下落，將樁打入沙中，通過對比樁進入沙子的深度來反映重錘重力勢能的大小。在探究重力勢能與質量的關系時，用不同質量的重錘從同一高度處自由下落，比較樁陷入沙子的深度來體現重力勢能的大小。實驗表明：在同一位置，相同高度時，重錘的質量越大，樁陷入沙子的深度越深。由此表明，當物體重力加速度和距離零勢能參考平面相同時，物體質量越大，重力勢能越大。

然而，重力勢能是否真的跟質量有關。如果你拿著這個問題去問物理老師，或者物理界的專家，也許他們對這一問題會不以為然，更甚者，他們會一致回答道：“物體的重力勢能與物體的質量和高度相關，質量越大，高度越高，它具有的重力勢能就越大”，課本中便是如此寫的。

筆者的疑惑是：在同一個地點，重力加速度g值相同，也就是說質量相同的重錘，它們的重力也是相同的，為什么一定是跟質量成正比而不說是與重力成正比。假如將此實驗搬到月球上去做，同樣的高度，質量相等的重錘，它們將樁打入沙子的深度就一樣嗎？眾所周知月球上的物體重力比在地球上小得多，重錘打在樁上的力同樣也比在地球上要小，力的大小是力的三要素之一。力的大小不同，作用效果也不同。這是不是就可以說明影響重力勢能的因素不是質量而是重力了呢？如果這些還不能讓你信服，那么重力勢能的計算公式是什么？功的計算公式是W=Fs，決定做功多少的是力而不是質量。而m與g的乘積便是重力G，那這樣是不是就可以說成重力勢能與重力成正比？

二、重力加速度g對重力勢能的影響

同樣采用上述的模擬打樁方式，讓相同重錘從樁正上方的同一高度處自由下落，將樁打入沙中，通過樁陷入沙子的深度來反映重錘重力勢能的大小。與之變化的是這兩項實驗在分在不同的地方進行，一項在地球表面進行，另一項在月球表面進行，眾所周知，月球表面重力加速度較地球小，實驗可得：在相同重錘、同一高度時，重力加速度越大，樁陷入沙子的深度越深。由此可見，當物體質量和距離零勢能參考平面相同時，重力加速度越大，重力勢能越大。

如果按照上述觀點，那么重力勢能的公式應該可以直接寫成E=Gh，那為什么還要獨立討論重力加速度g對重力勢能的影響，直接討論重力和高度不就可以決定了嗎？這樣不是前后矛盾嗎？不矛盾，上述是把兩個概念合起來討論，現在是拆分出來單獨討論，簡而言之，這里的討論是為上述觀點的拆分，通過這樣的拆分，可以更加看客、準確的去理解其間的相互影響、相互作用。

三、距離零勢能參考平面的高度對重力勢能的影響

在同一位置，讓相同重錘從樁正上方的不同一高度處自由下落，將樁打入沙中，通過樁陷入沙子的深度來反映重錘重力勢能的大小。實驗表明：在同一位置，相同重錘時，重錘的高度越高，樁陷入沙子的深度越深。由此表明，當物體重力相同時，物體距離參考平面越高，重力勢能越大。

四、阻力對重力勢能的影響

當然以上實驗均基于理想狀態下，即在不考慮物體在下落過程中的空氣阻力等多方面的影響下得出的結果，然而在現實生活中，空氣阻力是無法避免的，是時刻存在的。當物體運動的速度越大，空氣阻力的影響就越大，重力勢能相應的就減小。同時，風速的大小以及風速的方向也會相應的影響重力勢能。所以說重力勢能與物體質量、重力加速度和距離零勢能參考平面的高度不應是等號，而應該是小于號。

五、結語

理想狀態下，物體的重力勢能等于物體的質量與重力加速度和物體距離零勢能參考平面的高度的乘積，即Epmgh。然而在實際條件中，物體在下落過程中，會受空氣阻力等多因素的影響，所以物體的重力勢能應是小于物體的質量與重力加速度和物體距離零勢能參考平面的高度的乘積。通過本文深入了解勢能、重力加速度、能量等概念，能夠提高物理學習效率，升華學生的物理素養。

參考文獻：

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