对重力势能影响因素的不同思考
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【摘要】重力势能（Gravitational potential energy）是指物体由于被举高而具有的能，对于重力势能，其大小由物体质量、重力加速度和距离零势能参考平面的高度决定。物体的质量越大、距离零势能面越高、做的功越多，而使物体具有的重力势能越大，其表达式为：Ep=mgh。本文通过对重力势能影响因素的分析，探究了质量、重力加速度、高度以及阻力的影响思考，以期能够更好运用掌握重力势能相关知识。
【关键词】重力势能;质量;重力加速度;影响因素
重力势能是物理学重要的基础概念之一，它比较抽象难懂，对初、高中同学而言，想要完全认识、熟悉并掌握它，具有一定难度，应紧扣教材，从定义、概念开始着手，探究不同因素对重力势能的影响，理解重力势能与动能的转换，从而真正掌握能量守恒定律。
一、质量对重力势能的影响
关于研究不同因素对重力势能的影响，通常采用控制变量法。控制变量法指的是每次实验时只改变一个可变量，控制其余几个因素恒定，而研究被改變的因素对事物的影响，后逐一给以研究，最终综合解决。在起始阶段，探究重力势能的影响因素时，用的是模拟打桩，让重锤从桩正上方的某一高度处自由下落，将桩打入沙中，通过对比桩进入沙子的深度来反映重锤重力势能的大小。在探究重力势能与质量的关系时，用不同质量的重锤从同一高度处自由下落，比较桩陷入沙子的深度来体现重力势能的大小。实验表明：在同一位置，相同高度时，重锤的质量越大，桩陷入沙子的深度越深。由此表明，当物体重力加速度和距离零势能参考平面相同时，物体质量越大，重力势能越大。
然而，重力势能是否真的跟质量有关。如果你拿着这个问题去问物理老师，或者物理界的专家，也许他们对这一问题会不以为然，更甚者，他们会一致回答道：“物体的重力势能与物体的质量和高度相关，质量越大，高度越高，它具有的重力势能就越大”，课本中便是如此写的。
笔者的疑惑是：在同一个地点，重力加速度g值相同，也就是说质量相同的重锤，它们的重力也是相同的，为什么一定是跟质量成正比而不说是与重力成正比。假如将此实验搬到月球上去做，同样的高度，质量相等的重锤，它们将桩打入沙子的深度就一样吗？众所周知月球上的物体重力比在地球上小得多，重锤打在桩上的力同样也比在地球上要小，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。这是不是就可以说明影响重力势能的因素不是质量而是重力了呢？如果这些还不能让你信服，那么重力势能的计算公式是什么？功的计算公式是W=Fs，决定做功多少的是力而不是质量。而m与g的乘积便是重力G，那这样是不是就可以说成重力势能与重力成正比？
二、重力加速度g对重力势能的影响
同样采用上述的模拟打桩方式，让相同重锤从桩正上方的同一高度处自由下落，将桩打入沙中，通过桩陷入沙子的深度来反映重锤重力势能的大小。与之变化的是这两项实验在分在不同的地方进行，一项在地球表面进行，另一项在月球表面进行，众所周知，月球表面重力加速度较地球小，实验可得：在相同重锤、同一高度时，重力加速度越大，桩陷入沙子的深度越深。由此可见，当物体质量和距离零势能参考平面相同时，重力加速度越大，重力势能越大。
如果按照上述观点，那么重力势能的公式应该可以直接写成E=Gh，那为什么还要独立讨论重力加速度g对重力势能的影响，直接讨论重力和高度不就可以决定了吗？这样不是前后矛盾吗？不矛盾，上述是把两个概念合起来讨论，现在是拆分出来单独讨论，简而言之，这里的讨论是为上述观点的拆分，通过这样的拆分，可以更加看客、准确的去理解其间的相互影响、相互作用。
三、距离零势能参考平面的高度对重力势能的影响
在同一位置，让相同重锤从桩正上方的不同一高度处自由下落，将桩打入沙中，通过桩陷入沙子的深度来反映重锤重力势能的大小。实验表明：在同一位置，相同重锤时，重锤的高度越高，桩陷入沙子的深度越深。由此表明，当物体重力相同时，物体距离参考平面越高，重力势能越大。
四、阻力对重力势能的影响
当然以上实验均基于理想状态下，即在不考虑物体在下落过程中的空气阻力等多方面的影响下得出的结果，然而在现实生活中，空气阻力是无法避免的，是时刻存在的。当物体运动的速度越大，空气阻力的影响就越大，重力势能相应的就减小。同时，风速的大小以及风速的方向也会相应的影响重力势能。所以说重力势能与物体质量、重力加速度和距离零势能参考平面的高度不应是等号，而应该是小于号。
五、结语
理想状态下，物体的重力势能等于物体的质量与重力加速度和物体距离零势能参考平面的高度的乘积，即Epmgh。然而在实际条件中，物体在下落过程中，会受空气阻力等多因素的影响，所以物体的重力势能应是小于物体的质量与重力加速度和物体距离零势能参考平面的高度的乘积。通过本文深入了解势能、重力加速度、能量等概念，能够提高物理学习效率，升华学生的物理素养。
参考文献：
[1]柏露枝.重力势能和动能概念的逻辑性教学——以人教版教材为例[J].物理教师，2016，37（5）：1213.
[2]郑景文.“影响重力势能大小因素”实验的改进[J].实验教学与仪器，2017，34（5）：2324.
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