重力势能教案84570

第七章机械能守恒定律

第四节重力势能

【教学目标】

一、知识与技能

1.理解重力势能的概念，会用重力势能的定义进行计算

2.理解重力势能的变化和重力做功的关系，知道重力做功与路径无关.

3.知道重力势能的相对性.，会求重力做功和重力势能的改变。

二、过程与方法

1.根据功和能的关系，推导出重力势能的表达式.

2.学会从功和能的关系上解释和分析物理形象.

三、情感态度与价值观

渗透从对生活中有关物理现象的观察，得到物理结论的方法，激发和培养学生探索自然规律的兴趣.

【教学重点】

重力势能的概念及重力做功跟物体重力势能改变的关系.

【教学难点】

重力势能的系统性和相对性

【教学课时】

1课时

【教学过程】

一、新课导入

首先我们先来了解一下水力发电站是如何发电的，由于高处的水在重力的作用下，水由高处落下，此时水的重力势能转化为动能，运动的水流再带动发电机运作将动能转化为动能。

那么什么是重力势能呢？

在初中的时候，我们学过物体由于被举高而具有的能量叫重力势能。那么重力势能又与哪一些因素有关呢？

重力势能跟物体的质量和高度都有关系，且物体的质量越大，高度越大，重力势能就越大.

引入：那么，怎样定量地表示重力势能呢?

二、新课教学

举例：把一个质量为ｍ的物体竖直向上抛出，在它上升和下落的过程中，重力分别做什么功?重力势能如何变化?

上升过程中，物体克服重力做功(重力做负功)物体的重力势能增大。

下落过程中，重力做正功，物体的重力势能减小。

教师：我们学过了功和能之间的关系，我们知道力对物体做了多少功，物体的能量就将变化多少，那么同学们认为重力所做的功与物体重力势能的变化之间有什么关系?

学生：重力所做的功等于物体重力势能的变化.

(一)重力做的功

我们先来分析在以下情景中重力做功分别为多少。

图1

如图1，小球由h1的高度落到h2的高度，位移为h=h1-h2，所以重力所做的功为

W G=mgh==mg（h1-h2）=mgh1-mgh2

图2

如图2，小球沿斜面从A点到运动到C点,位移为L，

W G=mgLcosθ=mgh=mg（h1-h2）=mgh1-mgh2

图3

如图3，物体沿任意路径运动，我们可以把整个路径分成很多很短的小段，每一小段都可以看成一个斜面设，设每个小斜面的高度差是Δh1，Δh2，Δh3，···，那么每一个小斜面重力所做的功是mgΔh1，mgΔh2，mgΔh3，···，所以通过整条路径重力所做的功就等于重力在每一个小斜面上所做的功的代数和，即

W G=mgΔh1+mgΔh2+mgΔh3+···=mgh=mgh1-mgh2

所以分析表明：物体运动时，重力对它做的功只跟它的起点和终点位置有关，而跟物体运动的路径无关。重力做功的大小等于物重跟起点高度的乘积mgh1与物重跟终点高度的乘积mgh2两者之差。

(二)重力势能

看起来，物体所受重力mg与它所处位置高度h的乘积mgh，是一个具有特殊物理意义的物理量。一方面与重力做功密切关系，另一方面随着高度的增加而增加，随着质量的增加而增加，恰与势能的基本特征一致。因此我们把物理量mgh叫做物体的重力势能。

１.定义：物体由于处于一定的高度而具有的能量叫做重力势能，物体的质量越大，离地面越高，物体的重力势能就越大。

2表达式：E p=mgh

即物体的重力势能等于它所受重力与所处高度的乘积。

3.单位：焦耳，J。

4.标量。

5.对重力势能的理解

重力势能的相对性：物体的高度总是相对某个平面来说的，所以重力势能也是相对于某个平面来说的，所以我们在讲一个物体具有多少重力势能时，我们先选择一个参考平面，物体在这个参考平面上高度为零，重力势能为零。

参考平面的选取是任意的，视处理问题的方便而定，一般可以选择地面或者物体运动所达到的最低点为参考平面。

如上图所示，选择二楼的地面为参考平面，二楼的物体相对参考平面高度为正值，具有正的重力势能，表示物体的重力势能比在参考平面上的具有的重力势能大；一楼的物体相对参考平面高度为负值，具有负的重力势能，表示物体的重力势能比在参考平面上具有的的重力势能小。

重力势能的大小与零势能参考平面的选取有关，零势能参考平面不同，同一点的重力势能也不同。所以要比较重力势能的大小时，应该选择同一个零势能参考平面。

不管选取哪一个零势能参考平面，ΔE p=E pB-E pA=-2mgh,重力势能的变化量是不变的，所以重力势能的变化具有绝对性，与零势能参考平面的选取无关。

重力势能的系统性：重力势能是物体和地球所组成的系统共同具有的能量。重力势能跟重力做功密切相关，而重力是地球与物体之间的相互作用力。也就是说，倘若没有地球，就谈不上重力。所以，严格说来，重力势能是地球与物体所组成的这个物体“系统”所共有的，而不是地球上的物体单独具有的。

(三)重力做功与重力势能变化的关系

如图所示，质量为m的物体自高度h1处的A点，落到高度为h2的B点。左图只受重力的作用，右图受到重力和阻力的共同作用。

重力做功：W G=mgh==mg（h1-h2）=mgh1-mgh2

A处的重力势能：E pA=mgh1

B处的重力势能：E pB=mgh2

重力势能的变化量：ΔE p=E pB-E pA=mgh2-mgh1

两种情况的重力势能变化一样，说明物体重力势能的变化只与重力做功有关，与其它力做功无关。

当重力对物体做正功时，物体的重力势能减少，重力做做多少正功，重力势能就减少多少；当重力对物体做负功时，物体的重力势能增加，重力做做多少负功，重力势能就增加多少。

三、课堂小结

【板书设计】

7.4重力势能

1.重力做功的特点：只与初末位置的高度差有关，与路径无关

2.重力势能：物体由于被举高而具有的能量。

E p=mgh

相对性→参考平面

3.重力势能的变化量W G=-ΔE p

绝对性