人教版高中物理必修第二冊：第8章第2節(jié)重力勢能教學設計

人教版高中物理必修2教學設計

課題重力勢能單元8學科物理年級高一

本節(jié)課所采用的教材是人教版高中物理必修2第八章第2節(jié)的內容。本節(jié)內容是首先引

入重力勢能概念時著重體現(xiàn)“從生活走向物理，從物理走向社會”的基本概念，通過一些自

生活實例，讓學生體驗到高處物理具有潛在的能力——重力勢能。通過例題總結出重力做功

的特點和重力的功，接著，以例題計算引出高度具有相對性。重力勢能與高度有關，在研究

教材重力勢能時應選取參考平面或零勢能面。在零勢能上，物體的重力勢能為零，解釋重力勢能

分析“+”“—”號的含義。

其次，在掌握了勢能零點的基礎上，通過一道分組計算，發(fā)現(xiàn)，選取不同的是勢能平面，

計算得出的重力做功的大小是一樣的，從而得出結論：選擇不同的參考平面，物體在兩個不

同位置之間勢能的差值是確定的，并不隨參考平面的改變而改變，即重力做功具有絕對性

最后講解的是彈性勢能的概念以及彈性勢能跟形變的大小有關系。

一、教學目標

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系，知道重力做功與路徑無關；

3知道重力勢能的相對性和系統(tǒng)性。

4.理解彈性勢能的概念及其物理意義。

教學5.知道彈性勢能具有相對性。

目標

二、核心素養(yǎng)

與核

物理觀念：利用微元法和圖象法計算變力做功的問題，理解重力勢能與零勢能面的選擇

心素

養(yǎng)有關，是一個相對物理量，大小取決于到零勢能面的高度。

科學思維：通過重力做功和重力勢能的變化關系，推導出重力勢能的表達式，體驗推導

過程中獲得新知的樂趣。

科學探究：根據功和能的關系，推導出重力勢能的表達式.

科學態(tài)度與責任：通過探究過程體會物理學的邏輯之美和方法之美,體會數(shù)理的巧妙結

合,激發(fā)學生求知欲和學習興趣,享受成功的樂趣。

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系.

難點重力做功與路徑無關，重力勢能的概念，重力勢能的變化和重力做功的關系。

教學過程

教學環(huán)節(jié)教師活動學生活動設計意圖

導入新課思考：打樁機的重錘從高處落下時，可以把水

泥樁打進地里，為什么?學生思考討論聯(lián)系實際，激發(fā)

出示動畫：重力勢能后回答學生的興趣，引

打樁機的重錘從高處落下時，重錘具有重力勢發(fā)學生思考。帶

能。著問題引入新課

初中我們已經定性地學習了重力勢能，物體的

質量越大、所處的位置越高，重力勢能就越大。這

一節(jié)我們來進一步定量地研究重力勢能。

講授新課一、重力做的功

功與能是兩個密切聯(lián)系的物理量。物體的高度

發(fā)生變化，重力勢能發(fā)生變化，重力要做功。

出示動畫：球下降

物體下降時重力做正功，勢能減?。挥^看動畫學生理解重力做

出示動畫：球上升功和勢能關系

物體被舉高時重力做負功，勢能增大。

例1（1）設一個質量為m的物體，從與地面

高度為h1的位置A，豎直向下運動到高度為h2

的位置B，求這個過程中重力做的功。

在教師的引導鍛煉學生的邏輯

下學生分析豎思維能力，掌握

直向下運動，重力做功和高度

求這個過程中的關系

重力做的功

WG＝mgΔh＝mgh1－mgh2

（2）如圖所示，質量為m的物體從上向下運

動，沿著一個斜面向下運動到B′，再水平運動到

B，高度由h1降為h2。求這個過程中重力做的功。

在教師的引導讓學生認識到高

下學生分析物度的變化是一樣

體沿斜面運動的，重力做的功

求這個過程中也是一樣的

物體沿斜面運動的距離是l，在這一過程中重

重力做的功

力做的功是：

WG＝（mgcosθ）l

＝mgΔh

＝mgh1－mgh2

從B′沿水平方向運動到B的過程中，重力不

做功。

即這個過程中重力做的功：WG＝mgh1－

mgh2。

上面情況中，盡管物體運動的路徑不同，但高

度的變化是一樣的，而且重力做的功也是一樣的。

學生總結重力鍛煉學生的總結

1、重力做功的特點

做功的特點能力掌握重力對

物體運動時，重力對它做的功只跟它的起點和

它做的功只跟它

終點的位置有關，而跟物體運動的路徑無關。

的起點和終點的

2、重力的功

位置有關，而跟

功等于物體所受的重力跟起點高度的乘積

物體運動的路徑

mgh1與跟終點高度的乘積mgh2兩者之差。

無關

WG=mgh1－mgh2

h1，h2分別代表始、末兩個位置的高度。

二、重力勢能

1.定義：物體由于被舉高而具有的能叫重力勢

能。

學生思考討論鍛煉學生的合作

2.決定重力勢能大小的相關因素：

交流進行分析交流能力，讓學

物體的重力勢能的大小跟物體的質量和所在

得出表達式生掌握決定重力

的高度有關

勢能大小的相關

3.大小:E=mgh;

單位：焦耳（J），是標量，其單位與功的單因素

位相同，在國際單位制中都是焦耳，符號為J。

1J＝1kg·m·s-2·m＝1N·m

3、重力做功與重力勢能變化的關系

重力做功與重力勢能：WG＝Ep1－Ep2

其中Ep1表示物體在初位置的重力勢能，Ep2

表示物體在末位置的重力勢能。理解并記憶重鍛煉學生的理解

（1）重力做正功，重力勢能減少，重力做了力做功與重力記憶能力掌握重

多少正功，重力勢能就減少多少。勢能變化的關力做功與重力勢

WG＝Ep1－Ep2WG>0，Ep1>Ep2系能變化的關系

（2）重力做負功，重力勢能增加，物體克服

重力做了多少功，重力勢能就增加多少。

WG＝Ep1－Ep2WG<0，Ep1<Ep2

（3）重力做的功等于重力勢能的減少量

WG＝Ep1－Ep2=-△Ep

物體向上運動時重力勢能增加

總結：物體上升，重力做負功，重力勢能Ep

增加，物體克服重力做的功等于重力勢能的增加。

物體下降，重力做正功，重力勢能Ep減少，物

體重力做的功等于重力勢能的增減少。

思考討論

若重力做的功與路徑有關，即對應于同樣的起學生思考討論理解如果重力做

點和終點，重力對同一物體所做的功，隨物體運動的功與路徑有關

路徑的不同而不同，我們還能把mgh叫作物體的重時，我們不能把

力勢能嗎？為什么？mgh叫作物體的

參考答案：如果重力做的功與路徑有關時，我重力勢能的原

們不能把mgh叫作物體的重力勢能。因。

因為重力做功對應著重力勢能的改變。當重力

功與路徑有關時則h不能與重力的位移相對應，不

能稱為重力勢能。

拓展學習物體沿曲面滑下時重力做的功

學生閱讀理解鍛煉學生的自主

學習能力

我們把整個路徑分成許多段很短的間隔，經過

的路程分別為AA1，A1A2，A2A3，…，由于

每一段都很小，因而都可以近似地看作一段傾斜的

直線。設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做的功分

別為mgΔh1，mgΔh2，mgΔh3，…

物體通過整個路徑時重力做的功，等于重力在

每小段上做的功的代數(shù)和。

…

WG＝W1+W2+W3+

…

=mgΔh1+mgΔh2+mgΔh3+

…

=mg(Δh1+Δh2+Δh3+)

＝mgΔh

＝mgh1－mgh2

三、重力勢能的相對性

由于高度具有相對性，所以重力勢能也具有相

對性。

1、參考平面

物體的重力勢能總是相對于某一水平面來說

的，這個水平面叫作參考平面，物體的重力勢能取

為0。

注意：零勢能面可任意選擇的，選擇哪個平面學生理解記憶掌握參考平面的

為參考平面，可視研究問題的方便而定，通常選擇選取和重力勢能

地面或較低的位置作為參考平面。的正負的意義

2、重力勢能的正負

（1）在參考平面上方的物體，重力勢能是正

值；

（2）在參考平面下方的物體，重力勢能是負

值。

以二樓的地面作為參考平面，二樓房間里A

處的物體具有正的重力勢能，一樓房間里B處的

物體具有負的重力勢能。

例題：質量為3kg的物體放在高4m的平臺上，

g取10m/s2，求：

（1）以平臺為參考平面，物體的重力勢能是

多少？

思考、動手計培養(yǎng)學生學與致

（2）以地面為參考平面，物體的重力勢能是

算用的能力

多少？

（3）物體從平臺落到地面上，重力勢能變化

了多少？重力做功是多少？

【分析】（1）（2）重力勢能的計算公式為

EP=mgh，h是物體相對于參考平面的高度，根據這

個公式直接計算。

（3）重力做功只與物體的初末位置有關，與

路徑無關，且重力做功和重力勢能變化數(shù)值相等。

【解答】（1）小球放在平臺上，相對于平臺

表面的重力勢能是0．

（2）小球相對于地面的高度為：h=4m，相對

于地面的重力勢能是：

EP=mgh=3×10×4J=120J

（3）小球從平臺落到地面，則在整個過程中，

高度下降h=4m，重力勢能減少量為：△

EP=mgh=3×10×4J=120J

則重力勢能減少是：△EP=120J

答：（1）小球相對于平臺表面的重力勢能是0；

（2）小球相對于地面的重力勢能是120J；

（3）物體從平臺落到地面上，重力勢能減少

120J，重力做功是120J。

說明：

1、重力勢能是相對的，大小與零勢能位置的

選擇有關，而重力勢能的變化是絕對的，它與零勢

能位置無關,其變化值是與重力對物體做功多少有

關。

2、重力勢能是由地球和地面上物體的相對位

置決定的，是物體和地球所組成的系統(tǒng)所具有的

四、彈性勢能

1、物體由于發(fā)生彈性形變每個物體的各部分

之間都有力的相互作用，這樣的力叫做彈力。學生觀察圖片理解彈性勢能的

出示圖片：撐竿跳高運動員手中彎曲的竿；拉的定義

長或壓縮的彈簧；正在擊球的網球拍

2、彈性勢能

發(fā)生彈性形變的物體各部分之間由于彈力的

相互作用而具有的勢能，叫做彈性勢能。

3、彈性勢能跟形變的大小有關系

（1）在彈性限度內，彈簧的彈性勢能跟彈簧學生閱讀課文鍛煉學生的自主

被拉伸或壓縮的長度有關。被拉伸或壓縮的長度越了解彈性勢能學習能力

長，恢復原狀過程中對外做的功就越多，彈簧的彈跟形變的大小

性勢能就越大。有關系

（2）彈簧的彈性勢能還跟彈簧的勁度系數(shù)有

關。不同的彈簧發(fā)生同樣大小的形變，勁度系數(shù)越

大，彈簧恢復原狀過程中對外做的功就越多，因而

彈簧的彈性勢能就越大。

4、彈簧彈力做功與彈性勢能變化的關系

（1）彈簧彈力做正功：彈性勢能減少。

（2）彈簧彈力做負功：彈性勢能增加。

勢能：勢能也叫位能，與相互作用的物體的相

對位置有關。

重力勢能是由地球和地面上物體的相對位置

決定的，

彈性勢能是由發(fā)生彈性形變的物體各部分的

相對位置決定的。

知識拓展學生傾聽理解拓展學生的知識

彈性勢能的表面

1、彈性勢能的表達式:

達式和彈簧彈

（1）一般規(guī)定彈簧在原長時，彈簧的彈性勢

力做功與彈性

能為零。

勢能變化的表

（2）L為彈簧的伸長量或壓縮量。

達式

（3）L，Ep具有相對性。

2、彈簧彈力做功與彈性勢能變化的表達式：

課堂練習

1、關于重力勢能，下列說法中正確的是（）

A．某一物體的位置一旦確定，它的重力勢能

讓學生起來回練習鞏固所學知

的大小也隨之確定

答問題，并說識

B．重力勢能的減少量等于重力對物體做的功

明原因

C．一個物體的重力勢能從-5J變化到-3J，重力

勢能減少了

D．物體與零勢能面的距離越大，它的重力勢

能也越大

答案：B

2、（2019春?沙雅縣校級期末）物體在運動過

程中，重力做功50J，則下列說法正確的是（）

A．物體的高度一定是降低了

B．物體的高度一定是升高了

C．物體的重力勢能一定是50J

D．物體的重力勢能一定增加50J

答案：A

3、關于重力勢能，下列說法正確的是（）

A．重力勢能的大小只由重物本身決定

B．一物體的重力勢能從-6J變?yōu)?2J，重力勢能

變小了

C．在地面上的物體，它具有的重力勢能一定

等于零

D．距地面有一定高度的物體，其重力勢能可

能為零

答案：D

4、（2019春?秦州區(qū)校級期末）下列關于重力

勢能的說法中正確的是（）

A．重力勢能是地球和物體共同具有的，而不

是物體單獨具有的

B．重力勢能的大小與零勢能面的選擇無關

C．重力勢能等于零的物體，不可能對別的物

體做功

D．在地面上方的物體，它的重力勢能不可能

小于零

答案：A

拓展提高

1、（2019秋?徐州期中）質量為m的小物塊，

從離桌面高H處由靜止下落，桌面離地面高為h，

如圖所示。如果以桌面為參考平面那么小物塊落地

時的重力勢能及整個過程中重力勢能的變化分別

是（）

A．mgh，減少mg（H-h）

B．mgh，增加mg（H+h）

C．-mgh，增加mg（H-h）

D．-mgh，減少mg（H+h）

答案：D

2、（2019春?湖南期末）關于功與能，下列說

法正確的是（）

A．在某一過程中，物體的重力勢能的變化量

與零勢能參考平面的選取有關；

B．若彈簧被拉伸后的彈性勢能為正值，則彈

簧被壓縮后的彈性勢能為負值；

C．物體從定點A運動到定點B，重力對物體

所做的功，與物體所受的其它力有關；

D．作用力F與反作用力F′可能都做正功。

答案：D

3、一個質量為2kg的小球，從傾角a=30°的光

滑斜面上靜止釋放，運動到底端，斜面長L=10m（g

取10m/s2），求：

（1）全程小球重力勢能的變化量△Ep

（2）小球到達底端瞬間重力做功的功率