2024-2025學(xué)年高中物理第二章能的轉(zhuǎn)化與守恒第2節(jié)勢(shì)能的改變教案1魯科版必修2

PAGE2-第2節(jié)勢(shì)能的變更教學(xué)目標(biāo)：（一）學(xué)問(wèn)與技能1.理解重力勢(shì)能的概念，會(huì)用重力勢(shì)能的定義進(jìn)行計(jì)算；知道重力勢(shì)能的相對(duì)性；2.知道重力勢(shì)能的變更和重力做功的關(guān)系，知道重力做功與路徑無(wú)關(guān)；3.了解彈性勢(shì)能。（二）過(guò)程與方法1、依據(jù)功和能的關(guān)系，推導(dǎo)出重力勢(shì)能的表達(dá)式，培育學(xué)生邏輯思維實(shí)力；2、滲透從對(duì)生活中有關(guān)物理現(xiàn)象的視察，得到物理結(jié)論的方法和類(lèi)比思想；3、學(xué)會(huì)從功和能的關(guān)系上分析和說(shuō)明物理現(xiàn)象。（三）情感看法與價(jià)值觀滲透從對(duì)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(ài)好。教學(xué)重點(diǎn)：重力勢(shì)能的的概念及重力做功跟重力勢(shì)能變更的關(guān)系。教學(xué)難點(diǎn)：重力勢(shì)能的相對(duì)性、重力勢(shì)能變更的肯定性。教具：多媒體課件教學(xué)過(guò)程：一、新課導(dǎo)入

請(qǐng)同學(xué)們看一段視頻。（播放雪崩、打樁機(jī)打樁、水電站等視頻）雪山上的蓬松的白雪，總是給我們以安靜，美麗的感覺(jué)，那當(dāng)雪崩爆發(fā)時(shí)呢？大雪以移山倒海之勢(shì)，摧毀一切，給人類(lèi)和自然帶來(lái)巨大的災(zāi)難。老師：為什么看起來(lái)特別美麗的雪花會(huì)有如此大的破壞力呢？學(xué)生：由于具有巨大的能量。打樁機(jī)將重錘高高舉起，然后用重錘把水泥樁打進(jìn)地里。重錘將水泥樁打進(jìn)了地里，說(shuō)明重錘對(duì)水泥樁做了功.依據(jù)功和能的關(guān)系，既然重錘可以對(duì)水泥樁做功，表明高高舉起的重錘具有很大的能量。通過(guò)這些例子，我們發(fā)覺(jué)物體處在肯定的高度時(shí)，就具有了肯定的能量。而當(dāng)它從所處的高處落下時(shí)，這些能量就會(huì)以做功的方式釋放出來(lái)。我們將這種能量叫重力勢(shì)能。我們初中的時(shí)候?qū)W過(guò)重力勢(shì)能，那它是怎么定義的呢？我們把物體處于肯定的高度而具有的能叫做重力勢(shì)能。板書(shū)：其次章第2節(jié)勢(shì)能的變更一、重力勢(shì)能1、定義：物體處于肯定的高度而具有的能叫做重力勢(shì)能。二、新課教學(xué)

（一）重力勢(shì)能▲第一層次：定性探究重力勢(shì)能的大小程序一：提出問(wèn)題：重力勢(shì)能的大小與什么因素有關(guān)？程序二：建立假設(shè)師：同學(xué)們可以依據(jù)已有的學(xué)問(wèn)和閱歷，大膽提出自己的假設(shè)，并且說(shuō)明你的理由。生：高度有關(guān)。①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(shì)能。②例如，放在地面上的石頭沒(méi)有殺傷力，一旦從較高處落下，就會(huì)很危急；打樁機(jī)重錘越高，樁陷得越深。生：①與物體的質(zhì)量（重力）有關(guān)。假如懸掛在頭頂之上的是一團(tuán)棉花，不是杠鈴，就不會(huì)覺(jué)得可怕。②假如你的頭頂電線(xiàn)下懸掛的不是日光燈，而是200千克的杠鈴，你有何感受？生：可能與質(zhì)量和高度都有關(guān)系。2、猜想：重力勢(shì)能與質(zhì)量和高度都有關(guān)系有兩句俗話(huà)說(shuō)得很形象：（1）爬得越高，摔得越慘。（2）搬起石頭砸自己的腳。說(shuō)明重力勢(shì)能與質(zhì)量和高度都有關(guān)系。那么重力勢(shì)能的大小與質(zhì)量和高度究竟有怎樣的關(guān)系呢？我們用一個(gè)小試驗(yàn)來(lái)定性地回顧一下他們之間原委有什么關(guān)系。程序三：檢驗(yàn)假設(shè)試驗(yàn)定性檢驗(yàn)：在一個(gè)透亮的玻璃容器內(nèi)裝上沙子，一張木制小桌放在沙面上，兩個(gè)大小相同的小球（一個(gè)鋼球、一個(gè)木球）。試驗(yàn)一：探究重力勢(shì)能與質(zhì)量的定性關(guān)系，我們先限制高度不變。在沙盆上方同一高度釋放兩個(gè)小球，視察鐵球砸在小木桌后，小木桌陷入沙子中的深度。試驗(yàn)結(jié)果：鋼球的質(zhì)量大，小木桌在沙中陷得比較深。試驗(yàn)二：探究重力勢(shì)能與高度的定性關(guān)系，我們要限制質(zhì)量不變，讓一個(gè)鐵球分別從不同的高度釋放，視察鐵球砸在小木桌后，小木桌陷入沙子中的深度。試驗(yàn)結(jié)果：鋼球釋放的位置越高，小木桌在沙中陷得越深。引導(dǎo)學(xué)生視察試驗(yàn)和分析試驗(yàn)現(xiàn)象說(shuō)明重力勢(shì)能的大小與質(zhì)量和高度之間的定性關(guān)系。老師總結(jié)：通過(guò)上述演示，我們可以定性得到：重力勢(shì)能跟物體的質(zhì)量和高度都有關(guān)系，且物體的質(zhì)量越大，高度越大，重力勢(shì)能就越大。3、試驗(yàn)探究結(jié)論：物體的質(zhì)量越大，高度越大，重力勢(shì)能就越大。師：那么重力勢(shì)能詳細(xì)是怎么計(jì)算的呢？▲其次層次：從重力做功的特點(diǎn)推導(dǎo)重力勢(shì)能的表達(dá)式正如前述，物體由于被舉高而具有重力勢(shì)能，質(zhì)量越大，高度越高，重力勢(shì)能就越大，重力勢(shì)能的表達(dá)式應(yīng)當(dāng)符合這些特征。另外，我們知道當(dāng)物體所在位置的高度發(fā)生變更時(shí)，重力要做功。物體下降時(shí)重力做正功，物體被舉高時(shí)重力做負(fù)功。因此，相識(shí)重力勢(shì)能的定量式離不開(kāi)對(duì)重力做功的探討。下面我們就從重力做功的角度來(lái)定量相識(shí)重力勢(shì)能。（1）如圖所示，設(shè)一個(gè)質(zhì)量為m的物體，從高度是h1的位置A，做自由落體運(yùn)動(dòng)到高度是h2的位置B。這個(gè)過(guò)程中重力做的功是WG＝mgh＝mgh1－mgh2（2）再看另一種狀況。質(zhì)量為m的物體沿著傾斜的直線(xiàn)向下運(yùn)動(dòng)，高度仍舊由h1降為h2，物體沿傾斜直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的距離是l，如圖所示，則在這一過(guò)程中重力做的功是WG=mgcosθ?l＝mgh＝mgh1－mgh2上面兩種狀況中，盡管物體運(yùn)動(dòng)的路徑不同，但高度的變更是一樣的，而且重力做的功也是一樣的。（3）假設(shè)這個(gè)物體沿任一路徑由高度是高度h1的起點(diǎn)A，運(yùn)動(dòng)到高度是h2的終點(diǎn)B，如圖所示，我們把整個(gè)路徑分成很多很短的間隔AA1，A1A2，A2A3，…（微元法）由于每一段都很小，因而都可以近似地看做一段傾斜的直線(xiàn)。設(shè)每段小斜線(xiàn)的高度差分別是Δh1，Δh2，Δh3，…則物體通過(guò)每段小斜線(xiàn)時(shí)重力做的功分別為mgΔh1，mgΔh2，mgΔh3，…那么物體通過(guò)整個(gè)路徑時(shí)重力做的功，等于重力在每小段上所做功的代數(shù)和，即WG＝mgΔh1＋mgΔh2＋mgΔh3＋…＝mg(Δh1＋Δh2＋Δh3＋…)＝mgh＝mgh1－mgh2功是能量轉(zhuǎn)化的量度，做功的過(guò)程就是能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程，做了多少功，就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化。重力做了多少功，就有多少重力勢(shì)能發(fā)生了轉(zhuǎn)化。也就是通式“mgh”發(fā)生了變更。看起來(lái)，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(gè)具有特別意義的物理量。我們就把物理量mgh叫做物體的重力勢(shì)能，用Ep表示。所以重力勢(shì)能EP=mgh板書(shū)：4、重力勢(shì)能Ep=mgh▲第三層次：理解EP=mgh主要實(shí)行講授式。重力勢(shì)能是標(biāo)量，它的單位與功的單位相同，在國(guó)際單位制中都是J5、標(biāo)量6、單位：焦耳（J）式中的m是物體的質(zhì)量，g是重力加速度，h是什么呢？是物體所處的高度？對(duì)同一個(gè)物體，m肯定，重力勢(shì)能的大小由物體所處的高度確定?，F(xiàn)在假設(shè)講臺(tái)離地面高為H，一支粉筆放在桌面上，那么粉筆相對(duì)于桌面的高度是多少？（忽視粉筆的粗細(xì)）生：高度為0。師：那么粉筆的重力勢(shì)能為多少呢？生：0師：很好，那粉筆相對(duì)于地面的高度為多少呢？（很好，H）。那粉筆的重力勢(shì)能是多少呢？（EP=mgH）。也就是說(shuō)我們兩次求出來(lái)的同一個(gè)物體的重力勢(shì)能大小不一樣，這是為什么呢？因?yàn)槲覀冞x取的參考平面不一樣。由此我們可以知道重力勢(shì)能總是相對(duì)于某個(gè)水平面來(lái)說(shuō)的，這個(gè)水平面叫參考平面。參考平面選取不同，重力勢(shì)能的數(shù)值就不同.可見(jiàn)，重力勢(shì)能具有相對(duì)性。所以計(jì)算一個(gè)物體的重力勢(shì)能時(shí)，我們必需先選定某一個(gè)水平面，并把這個(gè)水平面的高度定為零，即取物體在該面上的重力勢(shì)能也為０，我們把這樣的平面叫做零勢(shì)能參考平面。所以h指得是物體的重心到零勢(shì)能面的豎直距離。7、相對(duì)性：Ep與參考平面（零勢(shì)能面）的選擇有關(guān)例如：假如我們選定桌面為零勢(shì)能參考平面，當(dāng)質(zhì)量為ｍ的物體位于該參考平面以上高度為h１的A處時(shí)，它的重力勢(shì)能是多少呢？——EPA=mgh1；當(dāng)物體放在桌面上時(shí)，它的重力勢(shì)能即為ＥＰＢ＝０；而當(dāng)物體放在桌面以下ｈ２的地上時(shí)，它的重力勢(shì)能則為EＰＣ＝－mgh２。正負(fù)代表大小，對(duì)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(shì)能也是正值，表示物體在該位置具有的重力勢(shì)能比在參考平面具有的重力勢(shì)能要大。在參考平面下方的物體，高度是負(fù)值，物體具有負(fù)的重力勢(shì)能，表示物體在該位置具有的重力勢(shì)能比在參考平面上具有的重力勢(shì)能要少。8、系統(tǒng)性：重力勢(shì)能與物體間的相對(duì)位置有關(guān)，重力勢(shì)能是地球表面旁邊物體與地球間的相對(duì)位置確定的。重力勢(shì)能為地球與物體所共有的，而不是物體單獨(dú)具有的，重力勢(shì)能具有系統(tǒng)性。為了敘述便利，可以說(shuō)成是某一物體的重力勢(shì)能。事實(shí)上，只有當(dāng)放在高處的物體下落時(shí)，才對(duì)外做功，因此重力勢(shì)能可以看成是一種被短暫儲(chǔ)存起來(lái)的潛在力氣。在生產(chǎn)生活中，人們依據(jù)須要將重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能把樁釘打入地下；在江河中修筑堤壩提高水位，就可以利用水的重力勢(shì)能來(lái)發(fā)電。二、重力做功與重力勢(shì)能的變更過(guò)渡語(yǔ)：力做功的過(guò)程就是能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程（功是能量變更的量度），物體重力勢(shì)能發(fā)生變更是由重力做功引起的，那么重力勢(shì)能的變更與重力所做的功又有什么關(guān)系呢？板書(shū)：二、重力做功與重力勢(shì)能的變更我們先看看重力做功有什么特點(diǎn)？從以上三道例題中，我們可以看出，物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力對(duì)它做的功跟它的起點(diǎn)和終點(diǎn)的位置有關(guān)，而跟物體運(yùn)動(dòng)的路徑無(wú)關(guān)?！咎接懞蜏贤ā浚ㄕn本p30的探討與溝通）如圖，小球以不同的路徑從某一高度A運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，重力對(duì)小球做功大小有什么關(guān)系？說(shuō)明白什么？ABAB①?gòu)摹傲ψ龉Φ膬蓚€(gè)要素：力與力方向上的位移”的角度思索。在重力方向通過(guò)的位移都為h，所以重力做功大小相等。②從功能關(guān)系：重力做功是引起物體重力勢(shì)能變更的唯一因素的角度思索。WG=Ep1-Ep2=mgh1-mgh2相同。結(jié)論：重力做功只與物體始末位置的高度差有關(guān)，與路徑無(wú)關(guān)。1、重力做功只跟它的起點(diǎn)和終點(diǎn)的位置（高度差）有關(guān)，與物體運(yùn)動(dòng)的路徑無(wú)關(guān)。接下來(lái)，我們來(lái)探討重力勢(shì)能的變更與重力所做的功有什么樣的關(guān)系。說(shuō)明什么是重力勢(shì)能的變更：△EP＝Ep2－Ep1我們通過(guò)實(shí)例來(lái)探究這些問(wèn)題。從上述三道例題中，小球由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，重力做正功還是負(fù)功，重力勢(shì)能怎么變更？讓小球從B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)，重力做正功還是負(fù)功，重力勢(shì)能怎樣變更？分析表明：小球從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)B點(diǎn)，這一過(guò)程中重力方向與位移的方向相同，重力做正功，重力做功為WG=Ep1-Ep2=mgh1-mgh2＞0，重力勢(shì)能的變更均為=EPA-EPB=mgh1-mgh2＞0，重力勢(shì)能削減，重力做多少功，重力勢(shì)能削減多少，重力勢(shì)能的變更與重力做功的關(guān)系WG＝Ep1－Ep2＝－△EP；若是小球從B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)，重力方向與位移方向相反，重力做負(fù)功，即物體克服重力做功，WG＜0，Ep1＜Ep2，重力勢(shì)能增加?？傊亓?shì)能的變更是由重力做功確定的：重力對(duì)物體做多少功，物體的重力勢(shì)能就減小多少，物體克服重力做多少功（重力做負(fù)功），重力勢(shì)增加多少；重力勢(shì)能的變更與是否有除重力之外的其他力存在或參加做功無(wú)關(guān)。2、公式：WG＝Ep1－Ep2＝－△Ep引導(dǎo)視察：重力勢(shì)能與零勢(shì)面選取有關(guān)嗎？物體在某兩點(diǎn)間重力勢(shì)能的變更與零勢(shì)面選取有關(guān)嗎？例：如圖，質(zhì)量為m的小球，從桌面以上h1的A點(diǎn)落到地面的B點(diǎn)，桌面高h(yuǎn)2，選取不同的參考平面如桌面和地面，物體在A點(diǎn)和B點(diǎn)的重力勢(shì)能的不同，但是從A到B的過(guò)程，WG和△EP與參考面的選擇無(wú)關(guān)。（板書(shū)對(duì)桌面和地面EpA、EpB、WG和△EP）經(jīng)過(guò)探討分析，總結(jié)規(guī)律：重力勢(shì)能的具有相對(duì)性（相對(duì)于不同的參考平面重力勢(shì)能的大小不同），確定了參考平面，物體重力勢(shì)能才有確定值。3、重力勢(shì)能的變更與零勢(shì)能面的選取無(wú)關(guān)，具有肯定性三、彈性勢(shì)能的變更在射箭競(jìng)賽中，運(yùn)動(dòng)員的手一松開(kāi)，拉滿(mǎn)弦的彎弓在復(fù)原原狀時(shí)就把利箭放射出去?？梢?jiàn)，發(fā)生彈性形變的物體在復(fù)原原狀的過(guò)程中能夠做功，說(shuō)明它具有能量。請(qǐng)同學(xué)們?cè)倥e幾個(gè)物體具有彈性勢(shì)能的例子。學(xué)生：視察課件演示，體會(huì)發(fā)生形變的物體，具有彈性勢(shì)能；思索并舉例：a.卷緊的發(fā)條b.被拉伸或壓縮的彈簧c.擊球的網(wǎng)球拍d.拉開(kāi)的弓.師生共同分析，得出結(jié)論：上述例子中，彈簧被壓縮或拉伸時(shí)，要發(fā)生形變，在復(fù)原原狀時(shí)能夠?qū)δ緣K做功，因而具有能量，物理學(xué)中把物體因?yàn)榘l(fā)生彈性形變而具有的能叫做彈性勢(shì)能。老師：彈性勢(shì)能的大小與哪些因素有關(guān)？我們就來(lái)探究這些問(wèn)題。板書(shū)：三、彈性勢(shì)能和彈性勢(shì)能的變更在彈簧被拉長(zhǎng)或者被壓縮時(shí)，彈簧中就存儲(chǔ)了彈性勢(shì)能；彈簧在復(fù)原原狀的過(guò)程中，它對(duì)外做功。閱歷告知我們，彈性形變?cè)酱?，在?fù)原原狀時(shí)它對(duì)外做的功越多，具有的彈性勢(shì)能就越大?！狙菔尽空n本第31頁(yè)的迷你試驗(yàn)將彈簧豎直向上固定，再用乒乓球把彈簧往下壓，使彈簧產(chǎn)生肯定的彈性形變，然后突然放開(kāi)手，看看乒乓球能彈多高。用大小不同的力，使彈簧產(chǎn)生大小不同的彈性形變，重復(fù)做幾次，看看乒乓球彈起的高度有什么不同。我們?cè)趯W(xué)習(xí)重力勢(shì)能時(shí)，是從哪里起先入手進(jìn)行分析的？這對(duì)我們探討彈性勢(shì)能有何啟示？學(xué)生：思索后回答：學(xué)習(xí)重力勢(shì)能時(shí)，是從重力做功起先入手分析的，探討彈性勢(shì)能應(yīng)當(dāng)從彈力做功的分析入手。引導(dǎo)：結(jié)合試驗(yàn)現(xiàn)象，試驗(yàn)中，彈簧在復(fù)原原狀的過(guò)程中對(duì)乒乓球做功，同時(shí)隨著彈簧快速?gòu)?fù)原到原狀，彈性勢(shì)能也減小到零，彈簧也就不能再對(duì)外做功了。再通過(guò)類(lèi)比重力做功與重力勢(shì)能變更的關(guān)系來(lái)理解和得出彈力做功與彈性勢(shì)能的變更的關(guān)系。由學(xué)生探討得出結(jié)論：彈性勢(shì)能的大小同彈性形變的大小有關(guān)。彈性形變?cè)酱?，彈性?shì)能也越大。彈簧對(duì)外做了多少功，彈性勢(shì)能就減小多少；反之，克服彈力做了多少功，彈性勢(shì)能就增大多少。老師強(qiáng)調(diào)：彈簧處與原長(zhǎng)時(shí)彈性勢(shì)能為0；彈簧的伸長(zhǎng)和壓縮的長(zhǎng)度相同，則彈性勢(shì)能也相同。1、彈性形變?cè)酱?，彈性?shì)能也越大2、勢(shì)能（由老師講解）勢(shì)能：由相互作用的物體的相對(duì)位置確定的能量。重力勢(shì)能：由地球和物體間相對(duì)位置確定。彈性勢(shì)能：由發(fā)生形變的各部分的相對(duì)位置確定。三、課堂小結(jié)一、重力勢(shì)能1、物體的重力勢(shì)能等于它所受的重力與所處高度的乘積。即：2、重力勢(shì)能是標(biāo)量，單位是焦耳（J）二、重力做功與重力勢(shì)能變更的關(guān)系：WG＝mgh1-mgh2＝Ep1－Ep2重力所做的功只跟初位置的高度h1和末位置的高度h2有關(guān)，與物體運(yùn)動(dòng)的路徑無(wú)關(guān)。三、重力勢(shì)能的相對(duì)性四、隨堂練習(xí)：課本習(xí)題P321、2、3五、課后作業(yè)：練習(xí)冊(cè)教學(xué)反思：重力勢(shì)能的理解關(guān)