引力势能

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什么是重力势能？

对于重力势能，其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多。

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，则物体不具有重力势

能。

在物理学中把mgh叫做重力势能，用E表示，即

E(p)=mgh。[()内为下标]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。在重力势能的表

示式中，由于高度h是相对的，因此重力势能的数值也是相

对的。说某个物体具有重力势能mgh，这是相对于某一个水

平面来说的，把这个水平面的高度取做零，这个水平面称为

参考平面，物体位于这个参考平面上时，重力势能为零，因

此参考平面也称为零势能平面。经典物理对重力势能的理解

就是当一个物体处在一个位置，相对于参照平面，重力可以

对物体做多少功，使物体获得多少其他形式的能量，就说重

力势能是多少。但并不是说重力势能为0就不具备做功的能

力，这是由其相对性决定的。

物体由于做机械运动所具有的能量，叫机械能。包括

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动能、势能两种，势能又包括重力势能和弹性势能，由于重

力和万有引力是同性质的力，因此在物体的高度不能忽略时，

将重力势能称作引力势能更合适些，也就是说，重力势能就

是引力势能，在目前的考纲中，除专门讨论重力随物体在地

球上的位置(纬度和高度)变化而变化外，认为重力等于万有

引力，因此也可以认为物体的重力势能等于引力势能。

两个物体仅受万有引力而相互吸引的重力势能：

两个物体仅受万有引力而相互吸引的过程其实挺复

杂的，首先要把二体问题(两个物体之间由于引力运动的问

题)转化为单体问题(一个物体受到另一个固定的物体的引

力而运动的问题，转化的方法在某些普通物理教材和理论物

理力学教材当中有讲)，再把直线运动的过程看成是椭圆运

动过程的极限，根据开普勒第三定律求解。另外，如果求的

是碰撞前的瞬时速度的话，可以先用动量守恒判断出碰撞前

两个物体的速度之比，再用机械能守恒求出碰撞时的速度，

不过这种方法要求碰撞的物体是有大小的球体，否则只把它

们看作质点的话碰前一刹那的引力势能为负无穷大。

如果考虑g是变量的话，那么重力势能就过渡到引力

势能，引力势能表达式是-GMm/r，不过零势能处在无穷远。

重力势能的公式：Ep=mgh