高中物理 重力勢能優(yōu)秀教案 新人教版必修2

1、4 重力勢能整體設(shè)計 重力勢能及其相對性是本節(jié)的主要教學(xué)內(nèi)容.教材從分析重力做功與路徑無關(guān)入手，來建立重力勢能的概念.按照“以學(xué)生為主體”新課程標(biāo)準(zhǔn)要求，在這一環(huán)節(jié)，要讓學(xué)生親自動手算一算這兩種情況下重力對物體做了多少功，來加深對探究過程的理解.正是因為重力做功有這樣的特點，才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)知是逐漸建立起來的，在這里要求不宜過高.教師可以幫助學(xué)生回憶，在“追尋守恒量”一節(jié)中，給出了勢能的定義，“物體勢能是物體憑借其位置而具有的能量.”啟發(fā)學(xué)生思考，請學(xué)生說一說重力勢能應(yīng)該與哪些物理量有關(guān).經(jīng)過討論，學(xué)生會得出，重力勢能應(yīng)跟物體在地球的相對位置有關(guān)，還應(yīng)與

2、物體受到的重力有關(guān).本節(jié)重點講述重力勢能及其相對性，重力勢能的變化以及與重力做功的關(guān)系.重力做正功時，重力勢能減少，克服重力做功(重力做負(fù)功)時，重力勢能增加，關(guān)于這個關(guān)系，學(xué)生往往不易理解，教學(xué)時最好能結(jié)合一些實例，從能量轉(zhuǎn)化的角度分析，解開學(xué)生的困惑，例如可舉在自由落體運動中，重力做正功，重力勢能減少，同時由動能定理可知，動能增加,重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，這樣做，也可以為下一節(jié)講解機械能守恒定律作好準(zhǔn)備. 為了突出重點，突破難點，采用學(xué)生實際操作、推理和互動探究的方法，學(xué)生對計算結(jié)果分析，先思索由結(jié)果發(fā)現(xiàn)什么問題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，然后由教師層層提出問題，分析問題，逐步解決問題，使學(xué)生理解和

3、掌握本節(jié)的知識.關(guān)于重力做功與路徑無關(guān)和彈性勢能的教學(xué)：只要求學(xué)生知道即可.教學(xué)重點 重力勢能的概念及重力做功跟物體重力勢能改變的關(guān)系.教學(xué)難點 重力勢能的系統(tǒng)性和相對性.課時安排 1課時三維目標(biāo)知識與技能1.理解重力勢能的概念，會用重力勢能的定義式進行計算.2.理解重力勢能的變化和重力做功的關(guān)系.知道重力做功與路徑無關(guān).3.知道重力勢能的相對性.4.了解彈性勢能.過程與方法1.根據(jù)功和能的關(guān)系，推導(dǎo)出重力勢能的表達式.2.學(xué)會從功和能的關(guān)系上解釋和分析物理現(xiàn)象.3.通過實驗，使學(xué)生掌握科學(xué)的研究方法控制變量法；培養(yǎng)學(xué)生的實際操作能力.4.通過對結(jié)果的分析，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散性思維，及分析、推理、歸

4、納的能力.情感態(tài)度與價值觀1.通過對實驗操作、觀察、討論，以及得出本節(jié)課物理知識的過程和方法，激發(fā)學(xué)生探索的興趣和熱愛科學(xué)的精神.2.滲透從對生活中有關(guān)物理現(xiàn)象的觀察，得到物理結(jié)論的方法，激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生探索自然規(guī)律的興趣.課前準(zhǔn)備 自制課件、事先搜集各種投影圖片；大小不一的兩個鐵塊、自制小桌、盛滿沙的盒子等.教學(xué)過程導(dǎo)入新課故事導(dǎo)入 1994年7月7日，蘇梅克列維9號彗星以60 km/s的速度，向木星飛馳而去.第一顆彗核撞上了木星，緊接著，其余的彗核也接二連三地向木星撞擊，這一壯烈的天體碰撞，持續(xù)了5天才告結(jié)束.碰撞產(chǎn)生了相當(dāng)于20億顆原子彈爆炸的威力，產(chǎn)生的火球，直徑達10 km，溫度達到7

5、 000 ，產(chǎn)生的光亮在數(shù)億千米外也能拍到，騰起的蘑菇云極為壯觀，形成的塵埃云團與地球同樣大小，并存在了幾個月之久. 教師引導(dǎo)學(xué)生思考討論：為什么彗星撞擊木星時會產(chǎn)生如此大的能量呢?情景導(dǎo)入 大屏幕投影展示下面幾幅圖片，讓學(xué)生自己仔細(xì)觀察，并自己提出問題來討論.2002年9月21日上午，俄羅斯高加索北奧塞梯地區(qū)的一個村莊發(fā)生雪崩，造成至少100人失蹤美國內(nèi)華達州亞利桑那隕石坑。這個隕石坑是5萬年前，一顆直徑約為3050米的鐵質(zhì)流星撞擊地面的結(jié)果.據(jù)說，坑中可以安放下20個足球場，四周的看臺則能容納200多萬觀眾參考問題：1.我們看到一個冰天雪地、廣袤無垠的銀色世界，它帶給人們的是圣潔、平和、寧

6、靜的感受，一種心靈的洗滌.但是一旦大量積雪從高處滑下形成雪崩.一面面白茫茫的雪墻排山倒海而來，你將感受到大雪崩所帶來最令人驚心動魄的白色恐懼，將對人們的生命與財產(chǎn)帶來災(zāi)難為什么這么漂亮的雪花有如此大的破壞力？發(fā)生的雪崩為什么具有這么大的能量？2.通過美國內(nèi)華達州亞利桑那的隕石坑現(xiàn)象，你能說出這么大的能量與哪些因素有關(guān)？實驗引入 教師利用課前準(zhǔn)備好的實驗儀器：自制小桌、鐵塊（一大一小兩個）、盛滿沙的小盒,如圖.先讓學(xué)生猜測重力勢能的影響因素. 通過學(xué)生分組討論，由學(xué)生代表表述自己的想法，重力勢能的影響因素有哪些？然后分別設(shè)計實驗，驗證學(xué)生的猜想.推進新課一、重力的功問題：物體的重力勢能跟哪些影響

7、因素有關(guān)呢？ 通過重力勢能的定義，引導(dǎo)學(xué)生找出重力勢能的影響因素：物體的質(zhì)量與高度.具體的關(guān)系，要求學(xué)生設(shè)計具體的物理情景來探討.情境設(shè)置：把自制的物理小桌放在盛滿沙的盒子中，比較質(zhì)量不同的兩個鐵塊落在小桌上時小桌陷入的深度；比較同一鐵塊從不同的高度落在桌子上陷入的深度.實驗一：用質(zhì)量不同的兩個鐵塊從同一高度釋放，觀察小桌陷入沙子中的深度.實驗二：用同一個鐵塊從不同高度釋放，觀察小桌陷入沙子中的深度. 學(xué)生認(rèn)真操作實驗，并記錄觀察到的實驗現(xiàn)象.現(xiàn)象：在實驗一中，鐵塊的質(zhì)量越大，小桌陷入沙子中的深度越大；在實驗二中，鐵塊釋放的高度越高，小桌陷入沙子中的深度越大. 通過以上實驗的進行，學(xué)生深切感受

8、兩個影響因素對重力勢能的影響，并從中總結(jié)具體是怎樣影響的： 物體的質(zhì)量越大，高度越大，重力勢能就越大. 因此，要研究重力勢能，就不能脫離對重力做功的研究.重力做功的特點： 創(chuàng)設(shè)情景，引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)重力做功的特點:如圖，提出物體從A到C的幾種情況，讓學(xué)生寫出在這幾種情況下，物體從AC，重力做的功： 圖A是物體由A做自由落體到B，再水平運動到C，容易得出此過程中，重力做功為mgh； 圖B是物體沿斜面由A滑到C，重力做功為：mgssin=mgh； 圖C是物體沿曲面由A滑到C，可以把曲面看成很多段小斜面組成，利用圖B的結(jié)論可以得出，重力做功也為mgh.還可從A到BC面畫任意路徑讓學(xué)生求重力做功，可以看出

9、結(jié)論都為mgh. 學(xué)生從以上三個過程的推導(dǎo)中容易得到重力做功的特點：重力做功與路徑無關(guān)，只與物體起點和終點位置的高度差有關(guān).思維拓展 重力做功與路徑無關(guān)，其他力(比如摩擦力)做功是否與路徑有關(guān)？回答是肯定的.可見，重力做功的特點不能亂用，要視具體力而定.同時提醒學(xué)生，今后學(xué)習(xí)中還會遇到具有這種特點的力（例如電場力）. 如右圖所示，指導(dǎo)學(xué)生計算質(zhì)量為m的物體，從A運動到B的過程中，重力做的功是多少？小球的質(zhì)量為m，從高度為h1的A點下落到高度為h2的B點，如圖所示，重力所做的功為：WG=mgh=mgh1-mgh2從上面的表達式，可以看出重力做功的大小等于重力跟起點高度的乘積mgh1與重力跟終點高

10、度的乘積mgh2兩者之差.點評：引導(dǎo)學(xué)生逐步認(rèn)識mgh1、mgh2兩個量是用來描述初末狀態(tài)能量特點的，為重力勢能概念的提出作思路引導(dǎo).二、重力勢能 復(fù)習(xí)勢能的概念：相互作用的物體憑借其相對位置而具有的能量，稱為勢能.mgh這個物理量具有特殊的物理意義，一方面與重力做功有關(guān)（相互作用），又隨高度的變化而變化（憑借其相對位置），具有了勢能的特征.物理學(xué)中，把物理量mgh叫做物體的重力勢能，用Ep表示.點評：教師在分析重力做功的基礎(chǔ)上，分析勢能的兩個主要特征，mgh同時具備兩個主要特征，重力勢能概念的提出就水到渠成. 師生共同討論，理解Ep=mgh，主要采取講授式：1.標(biāo)矢性：標(biāo)量2.單位：焦耳（J

11、）問題:重力做功引起了物體位置的變化，物體位置變化引起重力勢能變化，重力做功與重力勢能變化有什么關(guān)系呢？引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)：重力做功也可以寫成WG=Ep1-Ep2當(dāng)物體下落時，重力做正功mgh，WG0，即Ep1Ep2，這說明，重力做功，重力勢能Ep減少，減少的值等于重力所做的功. 同理，當(dāng)物體上升時，重力做負(fù)功-mgh，重力勢能Ep增加的值等于重力所做的功，要注意的是，重力做負(fù)功也可以說成物體克服重力做功.重力做功是重力勢能變化的量度.三、重力勢能的相對性問題：將一個質(zhì)量為5 kg的鐵球放在4樓一張1.5 m高的桌子上，已知每層樓的高度均為2.5 m，求鐵球的重力勢能. 要求學(xué)生分組計算，讓各小組代

12、表自由表述自己的計算結(jié)果，教師暫不作評價.預(yù)測學(xué)生的計算情況，在高度的數(shù)值代入上有不同的意見.出現(xiàn)計算上的矛盾，此時，教師引導(dǎo)學(xué)生感受由于參考面的選取不同，給計算造成了不便，無法計算.因為沒有說明物體的高度是以什么位置為零高度. 請學(xué)生分別寫出上圖中以B和地面C為零點的物體的重力勢能：Ep1=mgh1，Ep2=mg(h1+h2)，（h1=AB，h2=BC）.總結(jié)：1.重力勢能具有相對性，是與零點選取有關(guān)的，因此在表達重力勢能時，要指明勢能零點的位置.我們把重力勢能為零的水平面叫做零勢能面.通常以水平地面為零勢能面.2.對選定的參考平面而言，在參考平面上方的物體，高度是正值，重力勢能也是正值；在

13、參考平面下方的物體，高度是負(fù)值，重力勢能也是負(fù)值.物體具有負(fù)的重力勢能，表示物體在該位置具有的重力勢能比在參考平面上具有的重力勢能要少.自主學(xué)習(xí)：學(xué)生分別寫出以B和地面C為零點情況下，物體落在B和落在地面C上時與初態(tài)的重力勢能差：Ep1=-mgh1,Ep2=-mg(h1+h2)，這是與零點選取無關(guān)的.師生總結(jié)：不論我們?nèi)绾芜x擇參考系，對于一物理過程，重力勢能的改變是一定的.我們今后的學(xué)習(xí)中，更多地是研究某物理過程中重力勢能的變化，這時我們就可以適當(dāng)選擇參考系使問題簡化，而不會影響結(jié)果.課堂訓(xùn)練1.分析判斷下列幾種說法是否正確.（1）物體在末位置的重力勢能與物體如何運動無關(guān)；（2）物體在地球表面

14、和月球表面上的重力勢能相等；（3）一個靜止的物體重力勢能為負(fù)值時，說明物體無做功本領(lǐng).2.起重機以的加速度將質(zhì)量為m的物體勻減速地沿豎直方向提升高度h，則起重機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？物體的重力勢能變化了多少？3.關(guān)于重力勢能，下列說法中正確的是（ ）A.物體的位置一旦確定，它的重力勢能的大小也隨之確定B.物體與零勢面的距離越大，它的重力勢能也越大C.一個物體的重力勢能從-5 J變化到-3 J，重力勢能減少了D.重力勢能的減少量等于重力對物體做的功參考答案1.第一種說法正確.解析：（1）把重力勢能的決定因素和實際問題的給定條件相比較；（2）正確理解重力勢能是系統(tǒng)具

15、有的，系統(tǒng)發(fā)生變化時，重力勢能如何變化；（3）理解重力勢能的正、負(fù)與物體做功之間的關(guān)系.2.解析：由題意可知起重機的加速度a=，物體上升高度h，據(jù)牛頓第二定律得mg-F=ma，所以F=mg-ma=mg-m方向豎直向上.所以拉力做功WF=Fhcos0=mgh重力做功WG=mghcos180=-mgh即物體克服重力做功為mgh又因為 WG=Ep1-Ep2=-mghWG0，Ep1Ep2即物體的重力勢能增加了mgh.3.D 解析：物體的重力勢能與參考面的選取有關(guān)，同一物體在同一位置相對不同的參考面的重力勢能不同，A選項錯.物體在零勢能面以上，距零勢面的距離越大，重力勢能越大，物體在零勢面以下，距零勢面

16、的距離越大，重力勢能越小，B選項錯.重力勢能中的正、負(fù)號表示大小，-5 J的重力勢能小于-3 J的重力勢能，C選項錯.重力做的功量度了重力勢能的變化，D選項正確.四、勢能是系統(tǒng)所共有的合作探究 引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真研究表達式Ep=mgh,提出問題：重力勢能到底是誰的？物體m的？地球的？甲小組討論結(jié)果：重力勢能是物體m的,因為mg是物體的重力.乙小組討論結(jié)果：重力勢能是地球的，因為重力的施力物體是地球.教師首先肯定甲乙小組的討論成果，然后加以引導(dǎo)：質(zhì)量是物體的固有屬性，而重力的施力物體是地球；沒有物體，談不上重力勢能；沒有地球施加重力，重力勢能也就不復(fù)存在.師生總結(jié)：重力勢能是物體跟地球組成的系統(tǒng)所共有

17、的，而不是物體單獨具有的.素質(zhì)教育：關(guān)于人類與重力勢能的認(rèn)識，是一個從恐懼到挑戰(zhàn)直到合理改造的過程.人們對重力勢能的恐懼感是與生俱來的（雪崩、泥石流：2006年2月17日泥石流突襲菲律賓2 000人喪生）.但是隨著人們通過生產(chǎn)實踐中對重力勢能的認(rèn)識的逐步加深，我們開始變得樂于挑戰(zhàn)這種能量（如攀巖運動）.甚至在可以控制的范圍內(nèi)享受重力勢能帶給我的種種樂趣（如過山車）.但是，科學(xué)的意義不僅僅是認(rèn)識自然，挑戰(zhàn)自然，更在于能動地利用自然.介紹水力發(fā)電.課堂小結(jié)本課主要學(xué)習(xí)了以下內(nèi)容：1.勢能由物體間的相互作用而產(chǎn)生，由它們的相對位置而決定.2.勢能是標(biāo)量，單位是焦耳.3.重力對物體所做的功與物體的運動路徑無關(guān)，只跟物體運動的始、末位置有關(guān)，重力所做的功等于物體始、末位置的重力勢能之差.4.重力勢能是地球和地面上的物體共同具有的，一個物體的重力勢能的大小與參考平面的選取有關(guān).布置作業(yè)1.教材“問題與練習(xí)”第1、2、3、4題.2.從山坡上滾下的大石塊，它有沒有重力勢能?在它下滾的過程中重力勢能的大小有沒有變化?為什么?板書設(shè)計4 重力勢能1.重力勢能：地球上物體由于處于一定的高度而具有的能量.2.重力勢能具有相對性.3.重力勢能是地球跟物體組成的系統(tǒng)所共有的.活動與探究課題：騎車