2024-2025學(xué)年高中物理第四章機(jī)械能和能源3勢能教案1教科版必修2

PAGE10-重力勢能教材內(nèi)容分析本節(jié)教材與過去的處理方法相比，教材仔細(xì)分析了重力做功與路徑是否有關(guān)的問題。這樣做的目的不是為了追求嚴(yán)密，而是想有助于學(xué)生形成肅穆仔細(xì)的科學(xué)看法。教材強(qiáng)調(diào)科學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生用比較高的觀點處理問題，只要求學(xué)生能夠“跟”來，并不要求學(xué)生去重復(fù)形成他們的“科學(xué)素養(yǎng)”。在探討物體沿隨意路徑運(yùn)動時重力做功的問題時，又一次用到了極限的思想。學(xué)生經(jīng)過多次接觸，對這樣的方法漸漸就熟識了。本節(jié)重力勢能是機(jī)械能的重要內(nèi)容。要從重力做功與路徑無關(guān)的特點動身，理解建立重力勢能概念的可能性，駕馭重力勢能的定義式，明確重力做功和重力勢能變更的關(guān)系。學(xué)情分析高一學(xué)生相識事物的特點是：起先從詳細(xì)的形象思維向抽象邏輯思維過渡，但思維還經(jīng)常與感性閱歷干脆相聯(lián)系，仍需詳細(xì)形象的圖片、現(xiàn)象來支持。學(xué)生在初中時已接觸過重力勢能的概念，在中學(xué)階段要定量的學(xué)習(xí)重力勢能及體驗建立過程。

3．學(xué)生已學(xué)習(xí)了功的概念和計算方法，通過重力做功的計算來推斷重力勢能的變更。設(shè)計思路《重力勢能》一節(jié)新教材與舊教材相比有很大變更。教材首先從重力做功起先，探討物體豎直向下運(yùn)動、沿傾斜直線向下運(yùn)動、以至物體沿隨意路徑向下運(yùn)動幾種狀況的重力做功，利用極限思想，嚴(yán)格證明白重力對物體做功與路徑無關(guān)，只與初末位置的高度差有關(guān)。分析“mgh”是一個具有特殊意義的物理量，來定義重力勢能。通過讓學(xué)生求講臺上一本書的重力勢能，學(xué)生給出答案的多樣性，質(zhì)疑引導(dǎo)學(xué)生探討出重力勢能具有相對性。通過例題結(jié)論分析，形象地理解對于不同的參考平面，物體在某一位置具有不同的數(shù)值；引出重力勢能是標(biāo)量，但有正、負(fù)，正負(fù)代表大小，不代表方向，并且指出這里的正負(fù)與功的正負(fù)的區(qū)分；得出重力做功與參考平面無關(guān)，重力勢能的變更與參考平面無關(guān)；探究出重力勢能的變更和重力做功的關(guān)系。這樣做使學(xué)生對重力勢能的理解加深，思路清楚。本節(jié)課內(nèi)容既是重點又是難點，學(xué)生在一節(jié)課內(nèi)不簡潔全面理解和駕馭，教學(xué)中不宜追求多而全，可以在后續(xù)課程中漸漸理解與加深。教學(xué)過程中可以多舉身邊的實際例子，由簡潔的現(xiàn)象如課本下落砸在手上感覺比較進(jìn)行分析，便于得出結(jié)論，學(xué)生也簡潔接受。教法上老師應(yīng)充分調(diào)動學(xué)生的思維，使學(xué)生始終處于學(xué)習(xí)的主體，激發(fā)探究意識和學(xué)習(xí)的主動性。教學(xué)目標(biāo)（一）學(xué)問與技能1、知道重力做功與路徑無關(guān).2、理解重力勢能的概念，會用重力勢能的定義進(jìn)行計算.3、知道重力勢能的相對性.4、理解重力勢能的變更和重力做功的關(guān)系（二）過程與方法用所學(xué)功的概念推導(dǎo)重力做功與路徑的關(guān)系，親身感受學(xué)問的建立過程（三）情感、看法與價值觀滲透從對生活中有關(guān)物理現(xiàn)象的視察，得到物理結(jié)論的方法，激發(fā)和培育學(xué)生探究自然規(guī)律的愛好．重點難點與突破方法重點：重力做功與路徑無關(guān)，重力勢能的概念，重力勢能的變更和重力做功的關(guān)系。難點：重力勢能的變更和重力做功的關(guān)系，重力勢能的相對性和系統(tǒng)性。教學(xué)方法與教學(xué)資源教學(xué)方法：探究、探討、講授、試驗視察法、分析歸納法、講練法。教學(xué)資源：多媒體、兩本質(zhì)量不同的書、一張白紙、重錘七、新課教學(xué)(一）、新課引入教學(xué)內(nèi)容老師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖引入新課進(jìn)行新課一、重力做功在上課之前，老師想請一位學(xué)生幫老師一個忙，哪位同學(xué)？現(xiàn)在老師把手中的一張白紙揉成團(tuán)，在距你手肯定高度處由靜止釋放，你敢不敢接?接著老師把紙團(tuán)換成一個重錘，假如重復(fù)剛才的動作，你敢不敢接？提問：紙團(tuán)與重錘落到手上有什么不同的感覺？為什么呢？質(zhì)量大是一方面，事實上是重錘具有的能大。在本章的第一節(jié)《追尋守恒量》中我們就相識了一個物理量重力勢能(物體由于被舉高而具有的能)。那么，今日我們就來定量的相識這種能。探究一：重力勢能大小與哪些因素有關(guān)呢？（定性）用自己的課本做如下試驗1）同一課本從不同高度由靜止下落到自己手上，手的感覺???2）不同質(zhì)量的課本從同一高度由靜止下落到自己手上，手的感覺???從中可以得到什么結(jié)論？重力勢能與質(zhì)量、高度有怎樣的定性關(guān)系？書在下落過程中，高度降低，重力勢能要減小，我們還知道，高度變更了，重力就要做功。因此，重力做功與重力勢能的變更是有聯(lián)系的。本節(jié)課我們就從探討重力做功入手，來相識重力勢能。探究二：重力做功的特點？甲A甲AABB乙h1h2h過程甲、乙結(jié)果為：WG=mgh=mg（h1-h2）AABhh2h1丙A1A2A3△h1△h2△h3過程丙：這一過程中，老師聽取學(xué)生匯報，點評把整個路徑分成很多很短的間隔；由于每一段很小很小，都可以近似看作一段傾斜直線；分別求出物體通過每一小段傾斜直線時重力所做的功；物體通過整個路徑時重力所做的功，等于重力在每小段上所做的功的代數(shù)和。結(jié)果：WG=mgh=mg（h1-h2）板書：公式：WG=mgh=mg（h1-h2）強(qiáng)調(diào)：h是物體初末位置的高度差。通過甲、乙、丙的計算結(jié)果，請學(xué)生總結(jié)重力做功的特點。得出結(jié)論：重力做功的特點：（1）與物體的路徑無關(guān)；（2）只跟物體初末位置的高度差有關(guān)。例題1：一質(zhì)量為5kg的小球先豎直上升5m，再水平向右移動5m，最終豎直下降5m，求：三個階段以及整個過程重力做功(g=10m/s2)。如何推斷重力做功的正負(fù)？重力做功的正負(fù)W>0重力做正功,高度下降W=0重力不做功,高度不變W<0重力做負(fù)功,高度上升強(qiáng)調(diào)：在用重力做功公式時首先確定做功的正負(fù)。學(xué)生回答敢。學(xué)生回答敢。學(xué)生思索、在老師的引導(dǎo)下，回答問題。重錘砸在手上疼。因為重錘的質(zhì)量大。學(xué)生探究得到：重力勢能與物體的質(zhì)量、高度有關(guān)。質(zhì)量肯定，物體高度越高,重力勢能越大；高度肯定，物體質(zhì)量越大，重力勢能越大。在練習(xí)本上推導(dǎo)后，學(xué)生代表發(fā)言。學(xué)生選出代表發(fā)表自己的見解，直至談出微元的想法。程度好一些的學(xué)生還可能依據(jù)功的定義式干脆找出恒力（重力）及其方向上的位移（高度），得出結(jié)果。學(xué)生可能回答出“沿不同方向運(yùn)動，重力做功相同”等結(jié)論，老師要進(jìn)一步賜予說明引導(dǎo)。也可能得出結(jié)論的意思，表達(dá)不肯定很精確。提問計算結(jié)果。上升階段：WG=-mgh=-250J水平階段：WG=mgh=0下降階段：WG=mgh=250J整個過程：WG=mgh=0聯(lián)系實際，激發(fā)學(xué)生的愛好，引發(fā)學(xué)生思索。引入課題通過動手試驗，使學(xué)生產(chǎn)生劇烈的求知欲望。學(xué)生依據(jù)自己的探究狀況在班上作發(fā)言、溝通、逐步形成共識。將重力做功與重力勢能的變更聯(lián)系起來。讓學(xué)生能夠了解本節(jié)課的學(xué)習(xí)目的，初步建立起學(xué)習(xí)思路。學(xué)生依據(jù)公式可以自行推導(dǎo)出結(jié)果，要讓學(xué)生養(yǎng)成良好動腦、動手習(xí)慣，老師不行包辦代替。極限的思想，學(xué)生在前面的學(xué)習(xí)中已經(jīng)接受過，在此，學(xué)生應(yīng)當(dāng)能夠按預(yù)想的思維結(jié)果回答出問題。激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)愛好，引導(dǎo)學(xué)生主動探究。引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會分析數(shù)據(jù)，歸納總結(jié)規(guī)律。了解公式的應(yīng)用，計算中明確h的含義。二、重力勢能回到重力做功的表達(dá)式。分析表達(dá)式：WG=mgh=mgh1-mgh2重力做功等于重力與初位置高度的乘積與重力與末位置高度乘積的差值?？雌饋?，物體所受的重力mg與它所處位置的高度h的乘積“mgh”，是一個具有特殊意義的物理量。這個物理量的特殊意義在于它一方面與重力親密相關(guān)；另一方面，與高度有關(guān)。恰與重力勢能的基本特征一樣。因此，在物理學(xué)中，我們就用“mgh”表示物體的重力勢能。下面請同學(xué)們閱讀教材P65，完成下面三個問題。課件展示內(nèi)容。1、定義：物體由于被舉高而具有的能，叫做重力勢能。2、表達(dá)式：Ep=mgh即物體的重力勢能等于它所受重力與所處高度的乘積。3、單位：1J=1kg·m/s2·m=1N.m問題：一本質(zhì)量為0.2kg的書放在講臺桌上，教室層高4m，講臺高1m，請問這本書的重力勢能是多少？(g=10m/s2)哪個答案正確呢？都對，都不對！為什么呢？重力勢能的相對性那么，我們要確定物體在某一位置的重力勢能必需先做什么？在參考平面，物體的重力勢能取做0，參考平面也叫零勢能面。參考平面：參考平面可以隨意選取一般選地面為參考平面（不加說明的話是以地面為參考平面）例如：如圖，質(zhì)量0.5kg的小球，從桌面以上h1=1.2m的A點落到地面的B點，桌面高h(yuǎn)2=0.8m．請按要求填寫下表．(g=10m/s2)2)選擇不同的參考平面，同一位置物體的重力勢能的數(shù)值是不同的。但這并不影響問題的探討，因為與重力勢能相關(guān)的問題中，有價值的是勢能的差值，而選擇不同的參考平面對于這個差值沒有影響。這點我們在后邊問題中探究。3)重力勢能的正負(fù)Ep>0物體的位置在參考平面的上方Ep=0物體處于參考平面Ep<0物體的位置在參考平面的下方雖然重力勢能有正負(fù)之分，但是它是標(biāo)量標(biāo)量，“+”、“-”只表示大小，不表示方向?！?”的肯定大于“-”的。（與功的“+”、“—”含義比較）舉例：5J與-7J兩種狀況誰大？學(xué)生主動思索，跟上老師的思路。學(xué)生閱讀，體會概念的分析，引出。能夠語言表述學(xué)生依據(jù)定義式推導(dǎo)得出引導(dǎo)學(xué)生分組探討。存在多種答案。學(xué)生可能回答：2J、0J、-6J學(xué)生應(yīng)當(dāng)可以說出“重力勢能具有相對性”學(xué)生回答：確定參考平面由重力做功引入重力勢能的概念，對這一點學(xué)生會感覺比較困難，這一認(rèn)知須要漸漸建立起來。通過閱讀，培育學(xué)生的閱讀理解實力。前面的分析，水到渠成，要求理解重力勢能的概念，會用重力勢能的定義進(jìn)行計算。通過問題，多種答案，質(zhì)疑，引起學(xué)生的愛好。參考平面的選擇小球在A處的重力勢能小球在B處的重力勢能整個下落過程中重力的功整個下落過程中重力勢能的變更量ΔEp桌面地面提示：重力勢能的變更量指的是末位置的重力勢能減去初位置的重力勢能，即ΔEp=EpB-EpA通過表中數(shù)據(jù)探討(說明：回答時用表中數(shù)據(jù)舉例)：（1）選擇不同的參考平面，同一位置的重力勢能數(shù)值相不相同？說明白什么？重力勢能的取值與參考平面的選取有關(guān)。重力勢能有正負(fù)，什么狀況下取正？什么狀況下取0？什么狀況下取負(fù)？Ep>0物體處于參考平面的上方Ep=0物體處于參考平面Ep<0物體處于參考平面的下方強(qiáng)調(diào)：在計算重力勢能前先確定正負(fù)。重力勢能的正負(fù)有什么含義？標(biāo)量，“+”“-”只代表大小，不代表方向。我們在前面學(xué)習(xí)功，功也有正負(fù)，功的正負(fù)什么含義？表不表示大??？表不表示方向？正負(fù)只表示？舉例比較5J與-7J，假如是功的話，誰大？假如是重力勢能，誰大？重力勢能的正負(fù)要與功的正負(fù)區(qū)分開。（4）重力做功與參考平面選取有沒有關(guān)系？WG與參考平面選取無關(guān)。（5）重力勢能的變更與參考平面的選取有沒有關(guān)系？ΔEp與參考平面選取無關(guān)。（6）重力做功與重力勢能的變更之間存在怎樣的關(guān)系？在黑板上利用重力做功的公式推導(dǎo)出來。重力做功與重力勢能變更的關(guān)系：WG=-(Ep2-Ep1)=-ΔEp重力做功等于重力勢能變更的相反數(shù)。重力做正功，重力勢能削減；重力做負(fù)功，重力勢能增加。特殊強(qiáng)調(diào)：ΔEp只與重力做功有關(guān)，與其他因素均無關(guān)。我們將在下節(jié)課接著探討。舉例：重力做了10J的功，重力勢能肯定削減了10J.例題2：關(guān)于重力做功和物體的重力勢能，下列說法中錯誤的是A．當(dāng)重力對物體做正功時，物體的重力勢能肯定削減B．物體克服重力做功時，物體的重力勢能肯定增加C．地球上任何一個物體的重力勢能都有一個確定值D．重力做功的多少與參考平面的選取無關(guān)例題3：一物體從A點沿粗糙面AB與光滑面AC分別滑到同一水平面上的B點與C點，則下列說法中正確的是A．沿AB面下滑時重力做功多B．沿兩個面下滑時重力做的功相同C．沿AB面下滑時重力勢能削減得多一些D．沿兩個面下滑時削減的重力勢能相同AACB例題4：起重機(jī)將質(zhì)量為m的物體沿豎直方向勻速提上升度h，則起重機(jī)鋼索的拉力對物體做的功為多少？物體克服重力做功為多少？物體的重力勢能變更了多少？引導(dǎo)學(xué)生分析學(xué)生在學(xué)案上填寫結(jié)果分組探討總結(jié)規(guī)律。學(xué)生應(yīng)當(dāng)可以說出與參考平面選取有關(guān)。學(xué)生回答什么狀況下重力勢能取“+”,什么狀況下重力勢能取“-”。學(xué)生應(yīng)當(dāng)回答出以桌面為參考平面，A處重力勢能是6J大于B處重力勢能-4J。正負(fù)只表示大小，不表示方向。功的正負(fù)不表示大小，也不表示方向，它只表示是動力做功還是阻力做功。學(xué)生應(yīng)當(dāng)可以說出分別以桌面、地面為參考平面，整個下落過程中重力的功都是10J，與參考平面選取無關(guān)。學(xué)生應(yīng)當(dāng)可以說出分別以桌面、地面為參考平面重力勢能的變更量都是-10J，與參考平面選取無關(guān)。學(xué)生回答：通過最終兩組數(shù)據(jù)，可以得出重力做功等于重力勢能變更的相反數(shù)學(xué)生回答形象地理解對于不同的參考平面，物體在某一位置具有不同的數(shù)值。通過上面的實例計算，引出重力勢能的正負(fù)。這樣做使學(xué)生更簡潔理解。通過與功的“+”、“-”比較，加深學(xué)生的理解。這部分內(nèi)容是今后應(yīng)用的重點又是難點，學(xué)生獨立完成有肯定困難，須要老師的引導(dǎo)。不能生硬的給出結(jié)論，為學(xué)生的理解和后續(xù)的應(yīng)用作好鋪墊。理解重力做功的特點以及重力勢能的變更和重力做功的關(guān)系。嫻熟計算重力做功、重力勢能的變更。課堂小結(jié)這節(jié)課我們學(xué)習(xí)了哪些內(nèi)容，誰能來總結(jié)一下？用ppt展示小結(jié)內(nèi)容：WG=mgh重力做功與路徑無關(guān)，只跟物體初末位置的高度差有關(guān)。2、Ep=mgh即：物體的重力勢能等于物體的重力和它的高度的乘積Ep=mgh單位：焦耳。4、重力勢能具有相對性。5、重力勢能為標(biāo)量，但有正負(fù)，“+”、“-”只表示大小，不表示方向。6、重力做功等于重力勢能變更的相反數(shù)。仔細(xì)總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容，溝通、比較，看誰的更好，好在什么地方?？偨Y(jié)課堂內(nèi)容，培育學(xué)生概括總