高中物理人教版第七章機械能守恒定律重力勢能 全國獲獎

4重力勢能文本式教學(xué)設(shè)計(一)江蘇淮安楚州范集中學(xué)宗建芳本教案獲江蘇新課程教學(xué)創(chuàng)新設(shè)計大賽二等獎教學(xué)設(shè)計思想首先由重力做功的特點，引入重力勢能的概念，這一認知是逐漸建立起來的．通過幫助學(xué)生回憶，在“追尋守恒量”一節(jié)中，給出了勢能的定義，“重力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)與物體受到的重力有關(guān)．然后讓學(xué)生體會教材中所寫的“看起來，物體所受的重力mg與它所處位置的高度的乘積mgh是一個有特殊意義的物理量”．它的特殊意義在于，它一方面與重力所做的功密切相關(guān)，另一方面它隨著高度的變化而變化，它恰恰是我們要尋找的重力勢能的表達式．接著教材中給出了圖和圖，可以根據(jù)這一問題情景，編制具體的問題，讓學(xué)生算一算，重力做功與重力勢能變化的關(guān)系．這樣可以使學(xué)生體會到，物體向上運動，重力做負功，重力勢能增加；重力做了多少功，重力勢能就增加多少．物體向下運動，重力做正功，重力勢能減少；重力做了多少功，重力勢能就減少多少其次由教材中給出的圖分析出重力勢能的大小與零勢能面的位置有關(guān)，而這個參考面可以任意規(guī)定，所以重力勢能具有相對性．一般以解決問題時簡便為原則來選取零勢能面．最后由重力勢能的定義分析，重力勢能與物體和地球的相對位置有關(guān)．重力勢能屬于物體和地球組成的系統(tǒng)共有的．它的變化量與重力所做的功相對應(yīng)，所以是標(biāo)量，其單位與功的單位相同，都是焦耳教學(xué)內(nèi)容分析與以往教材相比，本教材分析了重力做功與路徑無關(guān)的問題．教材通過物體從A點到B點的不同路徑的計算，得出重力對物體所做的功只跟起點和終點的位置有關(guān)，而跟物體運動的路徑無關(guān)的結(jié)論．學(xué)生對圖和圖兩個路徑計算重力的功并不困難，但是要使學(xué)生真正認識到這一點，仍然要學(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．對于物體沿任意曲線運動的情況，又一次用到了極限的思想．在有了以前求變速運動的位移的學(xué)習(xí)經(jīng)歷之后，學(xué)生對極限的方法會有一定的印象．該處仍只要求學(xué)生能“跟”來，并不要求學(xué)生自己去重復(fù)．因為這里主要強調(diào)的是科學(xué)方法，讓學(xué)生看到我們可以站在更高的角度去處理問題．與以往教材不同的是，本教材沒有生硬地給出“功是能量變化的量度”，而是在探究重力做功、探究彈簧的拉力做功和探究功與物體速度變化關(guān)系的過程中，不斷滲透這一思想的．教學(xué)目標(biāo)分析★知識目標(biāo)1．理解重力勢能的概念，會用重力勢能的定義進行計算．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．★技能目標(biāo)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形象．★情感目標(biāo)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．★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．教學(xué)準(zhǔn)備Powerpoint設(shè)計整個教學(xué)流程．多媒體下載兩幅水力發(fā)電站的圖片．教學(xué)過程設(shè)計步驟教學(xué)內(nèi)容方法運用導(dǎo)入新課問題一：大家都知道水力發(fā)電站是用水來發(fā)電的，水是利用了什么能來發(fā)電的呢？為什么要修那么高的大壩？學(xué)生：因為水具有重力勢能．修那么高的大壩是為了提升水的高度．問題二：什么是重力勢能？學(xué)生：物體由于被舉高而具有的能量叫重力勢能．(初中學(xué)過)今天我們就來學(xué)習(xí)重力勢能的相關(guān)知識．(板書)四、重力勢能學(xué)生觀察提問思考回憶續(xù)表步驟教學(xué)內(nèi)容方法運用新課教學(xué)1.重力做功(板書)物體的高度發(fā)生變化時，重力要做功．物體被舉高時，重力做負功；物體下降時，重力做正功．因此，認識這種勢能，不能脫離對重力做功的研究．①(問)如圖，設(shè)一個質(zhì)量為m的物體，從高度是h1的位置，豎直向下運動到高度是h2的位置，這個過程中重力做的功是(學(xué)生)答：WG＝mgh＝mgh1－mgh2②(問)如圖，物體沿傾斜直線運動的距離是L，在這一過程中重力所做的功是(學(xué)生)答：WG＝mgcosθ·L＝mgh＝mghl－mgh2③(思考)如圖，假設(shè)這個物體沿任一路徑由高度是h1的起點A，運動到高度是h2的終點B，在這一過程中重力所做的功是多少？方法點撥：我們把整個路徑分成許多很短的間隔AA1，A1A2，A2A由于每一段都很小很小，它們都可以近似地看做一段傾斜的直線．設(shè)每段小斜線的高度差分別是Δh1，Δh2，Δh3，…則物體通過每段小斜線時重力所做的功分別為mgΔh1，mgΔh2，mgΔh3，…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，即WG＝mgΔh1＋mgΔh2＋mgΔh3＋…＝mg(Δh1＋Δh2＋Δh3＋…)＝mgh＝mgh1－mgh2重力做功的特點：重力對它做的功只跟它的起點和終點的位置有關(guān)，而跟物體運動的路徑無關(guān)．(板書)重力做功的大小等于物重跟起點高度的乘積mgh1與物重跟終點高度的乘積mgh2兩者之差．看起來，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．2．重力勢能(板書)mgh這個物理量的特殊意義在于它一方面與重力所做的功密切相關(guān)，另一方面它隨著高度的變化而變化，它恰恰是我們要尋找的重力勢能的表達式．①重力勢能：等于它所受重力與所處高度的乘積．(板書)②重力勢能的公式：Ep＝mgh(板書)③重力勢能與其他形式的能一樣，也是標(biāo)量，其單位與功的單位相同，在國際單位制中都是焦耳，符號為J.(板書)④重力做功與重力勢能變化之間的關(guān)系進行討論：學(xué)生觀察分析思考師生互動教師配合講解極限思想應(yīng)用得出結(jié)論思考分析引出重力勢能的概念學(xué)生討論得出結(jié)論續(xù)表步驟教學(xué)內(nèi)容方法運用新課教學(xué)教師：我們用Ep1＝mgh1來表示物體在初位置的重力勢能，用Ep2＝mgh2來表示物體在末位置的重力勢能，則WG＝Ep1－Ep2.學(xué)生討論得到：a．當(dāng)物體由高處向低處運動時，h1>h2，WG>0，所以Ep1>Ep2.b．當(dāng)物體由低處向高處運動時，h1<h2，WG<0，所以Ep1<Ep2總結(jié)：a．重力做正功時，重力勢能減少，減少的重力勢能等于重力做的功．b．物體克服重力做功(重力做負功)，重力勢能增加，增加的重力勢能等于物體克服重力所做的功．3．重力勢能的相對性(板書)①零勢能面：物體的重力勢能總是相對于某一水平面來說的．把這個水平面的高度取作零，這個水平面叫做參考平面．在參考平面，物體的重力勢能為零．②參考平面的選擇：可視研究問題的方便而定．通常選擇地面為參考平面．③重力勢能的相對性：選擇不同的參考平面，物體的重力勢能的數(shù)值是不同的．但這并不影響問題的研究，因為在與重力勢能相關(guān)的問題中，有確定意義的是勢能的差值，選擇不同的參考平面對這個差值沒有影響．④對選定的參考平面而言，上方物體的高度是正值，重力勢能也是正值；下方物體的高度是負值，重力勢能也是負值．重力勢能為負，表示物體在這個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．4．勢能是系統(tǒng)所共有的(板書)重力勢能跟重力做功密切相關(guān)，而重力是地球與物體之間的相互作用力．也就是說，倘若沒有地球，就談不上重力．所以，嚴格說來，重力勢能是地球與物體所組成的這個“系統(tǒng)”所共有的，而不是地球上的物體單獨具有的．知識拓展：除了重力勢能外，還有其他形式的勢能．任何形式的勢能，都是相應(yīng)的物體系統(tǒng)由于其中各物體之間，或物體內(nèi)的各部分之間存在相互作用(力)而具有的能，是由各物體的相對位置決定的．例如，分子之間由于存在相互作用而具有的勢能，叫做分子勢能，由分子間的相對位置決定；電荷之間由于存在相互作用而具有的勢能，叫做電勢能，由電荷間相對位置決定．分子勢能或電勢能分別屬于分子或電荷組成的系統(tǒng)，不是一個分子或一個電荷單獨具有的.分析討論教師舉例拓寬知識知識點的延伸隨堂練習(xí)1.沿著高度相同，坡度不同，粗糙程度也不相同的斜面將同一物體分別從底端拉到頂端，下列說法正確的是A．沿坡度小的斜面運動時物體克服重力做功多B．沿坡度大，粗糙程度大的斜面運動時物體克服重力做功多C．沿坡度小，粗糙程度大的斜面運動時物體克服重力做功多D．不管沿怎樣的斜面運動，物體克服重力做功相同2．質(zhì)量是100g的小球從1.8m的高處落到水平板上，又彈回到1.25學(xué)生當(dāng)堂練習(xí)鞏固本節(jié)課內(nèi)容續(xù)表步驟教學(xué)內(nèi)容方法運用小結(jié)本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了：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).板書設(shè)計四、重力勢能1．重力做功——重力做功的特點：重力對它做的功只跟它的起點和終點的位置有關(guān)，而跟物體運動的路徑無關(guān)．2．重力勢能①重力勢能：等于它所受重力與所處高度的乘積．②重力勢能的公式：Ep＝mgh.③重力勢能是標(biāo)量，其單位與功的單位相同，在國際單位制中都是焦耳，符號為J.④重力做功與重力勢能變化之間的關(guān)系：a．重力做正功時，重力勢能減少，減少的重力勢能等于重力所做的功．b．物體克服重力做功(重力做負功)，重力勢能增加，增加的重力勢能等于物體克服重力所做的功．3．重力勢能的相對性①零勢能面．②參考平面的選擇：通常選擇地面為參考平面．③重力勢能的相對性．4．勢能是系統(tǒng)所共有的作業(yè)教材“問題與練習(xí)”第2～4題文本式教學(xué)設(shè)計(二)山東省濟寧嘉祥二中丁延禮教學(xué)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，知道重力勢能是物體和地球所組成的系統(tǒng)共有的．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，親身感受知識的建立過程．情感、態(tài)度與價值觀1．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．2．培養(yǎng)學(xué)生遵守社會公德，防止高空墜物．教學(xué)重點重力勢能的概念及重力做功跟物體重力勢能變化的關(guān)系．教學(xué)難點重力勢能的系統(tǒng)性和相對性．教學(xué)方法啟發(fā)、引導(dǎo)、講練結(jié)合．教學(xué)過程新課導(dǎo)入有句話是“搬起石頭砸自己的腳”，從物理學(xué)的角度看待這一問題，搬起的石頭有了做功的本領(lǐng)，它就具有了能，這種能我們稱為重力勢能．我們今天就來學(xué)習(xí)重力勢能．新課教學(xué)物體重力勢能發(fā)生變化時，必然牽扯到重力做功，物體下降時，重力做正功，重力勢能減?。晃矬w被舉高時，重力做負功，重力勢能增大．因此認識重力勢能，不能脫離對重力做功的研究．1．重力做的功重力做功與什么因素有關(guān)呢？我們現(xiàn)在就通過下列三種例子來探究一下．圖甲物體豎直向圖乙物體沿傾斜直圖丙物體沿任意路徑下運動，高度從線向下運動，向下運動高度，h1降為h2高度從h1降為h2從h1降為h2(圖中沒有畫出重力的方向)思考：你認為這三種情形中哪個比較容易做呢？圖甲：重力做功WG＝mgΔh＝mgh1－mgh2圖乙：重力做功WG＝mglcosθ＝mgΔh＝mgh1－mgh2圖丙：本圖中小球做曲線運動，怎樣來求解呢？聯(lián)系我們是如何推導(dǎo)出勻變速直線運動的公式的．重力做功WG＝mgΔh1＋mgΔh2＋mgΔh3＋…＋mgΔhn＝mgΔh＝mgh1－mgh2這三種情形中重力做功有什么特點，我們得到的結(jié)論：重力做功只跟它的起點與終點的位置有關(guān)，而跟物體運動的路徑無關(guān)．表達式WG＝mgh1－mgh2.練習(xí)1：下圖表示一個做斜拋運動的物體，當(dāng)物體由拋出位置1運動到最高位置2時，重力做功是多少？由位置2運動到跟位置1在同一水平面上的位置3時，重力做功是多少？由位置1運動到位置3重力做功是多少呢？由位置1運動至位置2重力做功－mgh由位置2運動至位置3重力做功mgh由位置1運動至位置3重力做功為零物體所受的重力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．它一方面與重力所做的功密切相關(guān)，另一方面它隨著高度的變化而變化恰與勢能的基本特征一致．因此，我們把物理量mgh叫做重力勢能．2．重力勢能重力勢能的定義Ep＝mgh物體的重力勢能等于它所受重力與所處高度的乘積．重力勢能是矢量？還是標(biāo)量？與所有的能量一樣，是標(biāo)量．重力勢能的單位：焦耳，符號是J.重力做功與重力勢能之間的關(guān)系WG＝Ep1－Ep2.即物體由高處運動到低處時，重力做正功，重力勢能減少；由低處運動到高處時重力做負功，重力勢能增加．思考與討論：閱讀課本P65說一說，并回答上面有關(guān)問題．如果重力做功與運動路徑有關(guān)，能量變化不能表示重力做的功．3．重力勢能的相對性和系統(tǒng)性討論歌詞：“山上有棵小樹，山下有棵大樹，我不知道，不知道哪棵更高”這是說高度具有相對性．重力勢能與高度有關(guān)，重力勢能也有相對性．在研究重力勢能時應(yīng)該選擇參考平面．在參考平面上，物體的重力勢能為零；在參考平面上方物體的重力勢能為正的，表示重力勢能比零勢能面的勢能大；在參考平面下方物體的重力勢能為負的，表示重力勢能比零勢能面的勢能?。畢⒖计矫娴倪x擇是任意的，選不同的參考平面，重力勢能是否相等？重力勢能的差值是否相同？例如根據(jù)圖，m＝kg，h1＝1.2m，h2＝0.8參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做的功整個下落過程中重力勢能的增量桌面地面重力勢能是物體與地球所組成的系統(tǒng)共同具有的．1在離地80m處無初速釋放一小球，小球質(zhì)量為m＝200g，不計空氣阻力，g取10m/s(1)在第2s末小球的重力勢能；(2