【同步備課】2020年高中物理教學設計(新人教必修二)7.4《重力勢能》4

第4節(jié)重力勢能新課教學（一）重力勢能◆第一層次：探究EP=mgh▲程序一：提出問題：重力勢能的大小與什么因素有關？（老師引導：假如我們要進一步對重力勢能定量的爭辯，你需要解決什么問題）▲程序二：建立假設師：同學們可以依據已有的學問和閱歷，大膽提出自己的假設，并且說明你的理由。生：高度有關。=1\*GB3①由定義：地球上的物體由于處于肯定的高度而具有的能量，我們把這種能量叫做重力勢能。=2\*GB3②例如，放在地面上的石頭沒有殺傷力，一旦從較高處落下，就會很危急；一個杠鈴放在你的腳邊，你肯定不覺得什么？但是假如把它懸掛在你的頭頂之上，那肯定會讓你如坐針氈。“禁止高空拋物”；高層建筑在施工時必需有“工程防護網”等。（滲透社會公德訓練：預防高空墜物的危急）生：=1\*GB3①與物體的質量（重力）有關。假如懸掛在頭頂之上的是一團棉花，不是杠鈴，就不會覺得可怕。=2\*GB3②假如你的頭頂電線下懸掛的不是日光燈，而是200千克的杠鈴，你有何感受？生：與質量和高度都有關系?！?.（老師做好對同學的即時性評價）▲程序三：檢驗假設=1\*GB3①試驗定性檢驗出示試驗器材：塑料桶、報紙（蒙上塑料桶口）、大小相同而質量不同的兩個小球。以報紙是否被小球擊破來體現勢能的大小。這樣試驗效果明顯，可見度大。老師演示，要求通過3個試驗步驟，能夠科學嚴謹的說明重力勢能的大小與質量和高度之間的定性關系。前面我們已學過，物體所具有能量越大，對外做功的本事就越強。hmhm圖1圖2hm質量相同的物體：高度越高，重力勢能越大。=2\*GB3②理論定量推導師：功是能量變化的量度，我們可否通過“力做了多少功，從而使重力勢能發(fā)生多少變化”的角度，來定量推導重力勢能的表達式。問題：你能設計一個物理過程來從理論上定量推導重力勢能與重力mg和高度h的關系？同學爭辯、設計物理過程，并發(fā)表自己的設想?？赡艿脑O想：（老師可順手演示）如圖1，小球做自由落體運動，由動能定理mgh=;由“能量守恒與轉化思想”（動能由重力勢能轉化而來）重力勢能等于動能即EP=，所以EP=mgh如圖2，將物體豎直向上勻速抬高h，由平衡條件F=mg；則F做功為WF=Fh=mgh;由功能關系得到：EP=WF=Fh=mgh▲程序四：得出結論：EP=mgh◆其次層次：理解EP=mgh主要實行講授式①標矢性：標量②單位：焦耳（J）③相對性：Ep與參考平面（零勢能面）的選擇有關④系統(tǒng)性：重力勢能為地球與物體所共有的，重力勢能具有系統(tǒng)性。為了敘述便利，可以說成是某一物體的重力勢能。?出示：2005年我國公布世界第一高峰--珠穆朗瑪峰海拔高度的最新測量結果為8844.43米；某同學的身高1.75m.?師生爭辯：確定高度需要零高度參考平面的必要性。?老師引導：零高度的參考平面對應零勢能參考平面（說明規(guī)定零勢能參考平面的必要性）?舉例深化：通過的例子（書放在課桌上，分別以地面和桌子作為參考面，爭辯重力勢能。老師順手演示。）來說明：重力勢能的正負含義；一般狀況下以地面作為零勢能的參考平面。（重新指出：圖1、圖2定量推導時是以地面為參考平面的。使推導更加有科學性和完整性）A：16樓B：3樓過渡語：功是能量變化的量度，A：16樓B：3樓（二）重力做功與重力勢能的轉變1．實例探究設置情景：一只花盆從16樓窗臺落地，爭辯花盆從A下落到B的過程。已知：m=2kg，h=50m，h1=10m，g=10m/s2依據給出數據計算填表（可事先印發(fā)）。：從表格中能總結出什么規(guī)律？（分組爭辯，溝通，老師引導總結）①重力勢能與零勢面選取有關嗎？物體在某兩點間重力勢能的轉變與零勢面選取有關嗎？（指出轉變量是末狀態(tài)量減去初狀態(tài)量）②物體在某兩點間重力勢能的轉變與重力做功有什么關系？與是否有除重力之外的其他力存在或參與做功有關嗎？規(guī)定的零勢面花盆在各點處的重力勢能花盆僅在重力作用下花盆在重力和阻力作用下重力勢能的轉變重力做功重力勢能的轉變重力做功地面EPA=1000JEPB=200J-800J800J-800J800J三樓EPA=800JEPB=0-800J800J-800J800J①重力勢能的具有相對性（相對于不同的參考平面重力勢能的大小不同），確定了參考平面，物體重力勢能才有確定值。重力勢能的變化與零勢能面的選取無關，具有確定性②重力勢能的變化與重力做功的關系?；ㄅ柘侣?，這一過程中重力做正功，重力勢能削減，重力做多少功，重力勢能削減多少；與是否有除重力之外的其他力存在或參與做功無關。2．變式深化①若用吊籃將花盆從3樓豎直吊回16樓，運動方式有勻速上升、勻加速上升，花盆的重力勢能分別如何變化，重力對花盆做功分別又將如何？②若乘電梯將花盆從3樓運到16樓，花盆的重力勢能如何變化，重力對花盆做功又將如何？3．歸納總結：重力做功是重力勢能變化的量度物體下落，重力做正功，重力勢能削減，物體上升，重力做負功，重力勢能增加。過渡語：上面我們爭辯花盆的運動都是在豎直方向，假如某人爬樓梯將花盆從3樓搬到16樓，重力對花盆做功又將如何？（三）重力做功和物體運動路徑的關系同學爭辯：小孩以不同的路徑從某一高度回到地面，重力對小孩做功大小有什么關系？為什么？老師引導：①從“力做功的兩個要素：力與力方向上的位移”的角度思考。②從功能關系：重力做功是引起物體重力勢能變化的唯一因素的角度思考。結論：重力做功只與物體始末位置的高度差有關，與路徑無關。（進一步說明：①重力做功的特點打算重力勢能變化的確定性；②重力做功的計算更加簡潔）（四）、彈性勢能（據課時狀況，可以讓同學自學）生活中還有一些物體既沒有運動也沒有很大的高度卻同樣“儲存”著能量，哪怕它只是孩童手里的玩具（圖片：彈弓）。張緊的弓一撒手就會對箭支做功轉變它的動能，松弛的弓有這樣的本事嗎？同樣是弓前者具有能量而后者沒有，那么什么狀況下物體才具有這種能量呢？張緊的弓在恢復原狀的過程會對外做功，但是拉斷的弓還能有做功的本事嗎？1．定義：物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能量叫做彈性勢能。2．彈性勢能的大小與哪些因素有關呢？出示玩具弓箭、可以上發(fā)條的小汽車，讓同學自己做試驗。弓箭的皮筋拉得越長，恢復原狀時對塑料箭做功越多，塑料箭獲得的動能越大，射得越遠。發(fā)條上的越緊，小車運動的時間越長。彈性勢能的大小同彈性形變的大小有關。彈性形變越大，彈性勢能也越大。彈簧處與原長時彈性勢能為0；彈簧的伸長和壓縮的長度相同則彈性勢能也相同舉例：生活中還有利用彈性勢能的例子。拉伸或壓縮的彈簧、球拍、撐桿跳高、跳板跳水等。3、勢能由相互作用的物體的相對位置打算的能量。重力勢能：由地球和物體間相對位置打算。彈性勢能：由發(fā)生形變的各部分的相對位置打算。(五).反饋練習訓練1：在雅典奧運會舉重男子69公斤級競賽中，中國選手張國政以抓舉160公斤，挺舉187.5公斤，總成果347.5公斤獲得金牌，這也是中國代表團在本屆奧運會上的第11枚金牌。張國政制勝的一舉，挺舉187.5kg，杠鈴被舉高約2m。試求：(1)杠鈴的重力勢能變化多少？(2)杠鈴的重力做功多少？（張國政能在短時間內爆發(fā)出如此巨大的功率絕非一日之功，為了能為祖國爭得榮譽，運動員在平常的訓練中付出心血。）訓練2：一位同學說：若以喜馬拉雅山的山頂為零勢能參考平面，則長江山峽的水庫所儲備的大量水的勢能是負值，所以它就不能發(fā)電了。你認為此同學的說法對嗎？為什么？訓練3：豎直向上拋出一物體，在上升到某一高度時，重力勢能的轉變量為ΔEP，動能的轉變量為ΔEK，物體克服重力做功WG，物體克服空氣阻力做功Wf，則下列關系正確的是()A.ΔEP=WGB.ΔEP=WG+WfC.ΔEK=-ΔEp-WfD.ΔEK=ΔEp+WG+Wf（六）課堂小結1．重力勢能是地球和地面上的物體共同具有的。重力勢能的大小具有相對性，確定了參考平面，物體重力勢能才有確定值。但重力勢能的轉變是確定的。2．重力做功與物體的運動路徑無關，只跟物體運動的始末位置有關。3．重力做功是重力勢能變化的量度。關于人類與重力勢能的生疏，是一個從恐驚到挑戰(zhàn)直到合理改造的過程。人們對重力勢能的恐驚感是與生俱來的（雪崩、泥石流：2006年2月17日泥石流突襲菲律賓2000人喪生。圖片）。但是隨著人們通過生產實踐中對重力勢能的生疏的逐步加深，我們開頭變得樂于挑戰(zhàn)這種能量（攀巖運動的圖片）。甚至在可以把握的范圍內享受重力勢能帶給我的種種樂趣（過山車的圖片）。但是，科學的意義不僅僅是生疏自然，挑戰(zhàn)自然，更在于能動的利用自然！介紹水力發(fā)電（水力發(fā)電的圖片）?！景鍟O計】（與路徑無關（與路徑無關）重力勢能重力做功表達式：Ep=mgh單位：焦耳（J）標矢性：標量相對性系統(tǒng)性二、彈性勢能1．定義：物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能量叫做彈性勢能。2．彈性勢能的大小同彈性形變的大小有關。三、勢能：由相互作用的物體的相對位置打算的能量?！窘虒W反思】一、不行忽視的理論探究新課程提倡探究式教學，探究的內容和形式是多種多樣的。在物理課程中雖大多數探究活動需要進行試驗，但是，理論探究在高中物理教學中也具有重要的意義，應予重視。物理課程中也有不少是屬于理論探究，對于重力勢能的定量爭辯，實行理論探究同樣讓同學體驗探究的過程和方法。提出問題—→建立假設—→設計物理過程（設想）—→理論定量推導—→得出重力勢能表達式。假設原有學問和閱歷現有學問探究的問題試驗或過程設計理論探究式教學的具體實施中，應當把重點放在提出問題、建立假設上。問題是探究的起點，沒有問題就沒有探究，而發(fā)覺問題是提出問題的前提，只有發(fā)覺問題，才可能提出問題。實踐表明：對于重力勢能教學，同學在學校的原有學問上完全可以通過老師的引導，自行提出“重力勢能的大小與什么因素有關？”的問題。假設可以啟發(fā)我們應當設計怎樣的試驗（或物理過程）和獵取那些信息，他是連接探究問題和試驗（或物理過程）的一座橋梁。觀看它們關系圖，可以看出，假設雖不是結果，但它卻是探究的中心。據本節(jié)課的實際，側重“說明假設的理由”，實際中同學也能很好的自己生活閱歷，養(yǎng)成假設原有學問和閱歷現有學問探究的問題試驗或過程設計二、緊密聯(lián)系實際的實踐性物理新課改的理念之一是：從走向物理，從物理走向社會。日常生活和生產中蘊涵著大量的物理學問，因此，在教學中留意聯(lián)系生活、生產中同學看得到，但沒能細想、不完全理解或不懂的實際問題，可以激發(fā)同學的學習愛好與動機，同時也可以使他們養(yǎng)成擅長運用學問、關懷生活和生產中實際問題的習慣。因而這一特點有利于創(chuàng)設教學情景，加高校生學習動力，促進同學關懷社會實際生活，增加社會責任感。比如：在教學中，通過“雪崩”的視頻，讓同學體驗到高處的物體都具有潛在的能量——重力勢能。通過實例（花盆墜落和小孩滑滑梯）充分爭辯與思考，讓同學在已有的生疏基礎上獲得新的生疏。另外，教學設計時還應考慮到：實際情景的簡單性，要擅長突出主要的、所需的因素；實際情景中物理學問的緘默性，要擅長將緘默學問顯性化。三、情感、態(tài)度和價值觀的體驗性新課程的與以往不同之一是同時留意在教學中滲透情感、