重力势能教学设计

【教材版本】（人教版）普通高中课程标准实验教科书物理必修2

【课题】重力势能

【教材分析】重力势能是机械能守恒定律的知识基础，是本章的一个重要知识点，由于其涉及相对性和功能关系又是一个难点。新课标教材从重力的功以及与重力做功与重力势能变化的关系引入重力势能这一概念，一方面顺承前节功的概念的应用，另一方面促使功是能量转化的量度这一思想的生成，顺理成章，水到渠成。关于相对性学生往往不易理解，教学时最好能结合一些实例，从功能关系、能量转化的角度分析，解开学生的困惑，也为机械能守恒定律做好准备。

【学生分析】

1．学生在初中时已接触过重力势能的概念，在高中阶段要定量的学习重力势能。

2．学生已学习了功的概念和计算方法。通过重力做功的计算来判断重力势能的变化。

3．学生认识事物的特点是：开始从具体的形象思维向抽象逻辑思维过渡，但思维还常常与感性经验直接相联系。

【教学目标】

㈠知识与技能

1．理解重力做功与重力势能的关系，并能用这一结论解决一些简单的实际问题，知道重力做功与运动路径无关。

2．理解重力势能的概念，能用重力势能的表达式计算重力势能。

3．知道重力势能具有相对性、重力势能的变化具有绝对性,势能是系统共有的。

4．理解重力功是物体重力势能变化的量度。

㈡过程与方法

1．经历发散思维和理论探究归纳能力

2．体会用“实验法”和“理论推导”相互验证研究问题的方法

㈢情感态度与价值观

1．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。

2．体验科学不仅仅是认识自然，挑战自然，更在于能动的改造自然。

【重点难点】

重点：重力势能的的概念及重力做功跟重力势能改变的关系。

难点：重力势能的相对性、重力势能变化的绝对性。

【教具准备】投影仪，多媒体课件 【教学过程】 （一） 新课引入

大家一定还不会忘记，今年5月12日发生的汶川大地震，夺去了无数人的生命和家园。我们来看几组图片，这是震前的岷江，江水静静流淌（幻灯片1）；这是震后造成的堰塞湖（幻灯片2），它时刻威胁着下游人们的生命安全；一块巨石，放在你脚边，你一定不会觉得什么，但是松动的山体滑坡，却使一个200人的抢险队不幸遇难。不管是上游的堰塞湖，还是高山上松动的巨石，因为它们都具有潜藏的能量，尽管还没有做功，却都已蓄势待发，一旦有机会，就会通过做功把能量释放出来。 （二） 教学过程

我们将这种能量叫重力势能。（引出课题）

师：物体的高度发生变化时，重力要做功：物体被举高时，重力做负功；物体下降时，重力做正功。认识这种势能，不能脱离对重力做功的研究。

1．重力的功

师：如图，让学生思考、计算写出下列几种情况下，质量为m 的物体从高度为h 1的A 点到高度为h 2的C 点，重力做的功：

① ② ③ 生：根据功的公式很容易得出第①种情况的重力做功W G =mgh=mgh 1-mgh 2 第②种情况的重力的功W G =mgcos θ·l =mgh=mgh 1-mgh 2

师生总结得出规律：以上两种情况下，尽管物体的运动路径不同，但高度的变化一样，重力的功也是一样的。 师：第③种呢？

引导：把整个路径分成许多很短的间隔，每一小段可近似看作是一段倾斜的直线，求功方法同②，整个路径的重力功等于每一小段所做功的代数和累加。

生：第③种情况的重力的功W G =mgh=mgh 1-mgh 2 师生总结得出规律：

h h A

C A A C C h l 幻灯片3

(1)重力的功：W G=mgh=mgh1-mgh2

(2)重力做功的特点：重力做功与路径无关，只与物体起点和终点位置的高度差有关。（幻灯片3）

师：物体所受的重力mg与它所处位置的高度h的成绩“mgh”，是一个具有特殊意义的物理量。它和我们要学习的重力势能是什么关系呢？

2．重力势能

（1）定义：地球上的物体由于处于一定的高度而具有的能量，我们把这种能量叫做重力势能。用E P表示。

（2）重力势能的表达式

师：重力势能的大小与什么因素有关？同学们可以根据已有的知识和经验，大胆提出自己的看法，并且说明你的理由。

生：高度有关。①由定义得。②例：放在地面上的石头没有杀伤力，一旦从较高处落下，就会很危险；一个杠铃放在你的脚边，你一定不觉得什么？但是如果把它悬挂在你的头顶之上，那一定会让你如坐针毡。

生：与物体的质量（重力）有关。如果悬挂在头顶之上的是一团棉花，不是杠铃，就不会觉得可怕。

实验定性检验：

实验器材：透明玻璃容器（或塑料桶）、报纸、大小相同而质量不同的两个小球。让学生自行设计实验，要求通过3个实验步骤，能够科学严谨的说明重力势能的大小与质量和高度之间的关系。

得到：同一高度的物体：质量越大，重力势能越大；

质量相同的物体：高度越高，重力势能越大。

师：mgh这个物理量的既与重力做功有关，又恰好与重力势能的基本特征一致，因此，

E P=mgh

（3）单位：焦耳（J）1kg·m/s2·m=1N·m

(4)标量

（5）相对性：E p与参考平面（零势能面）的选择有关

系统性：重力势能为地球与物体所共有的，重力势能具有系统性。为了叙述方便，可以说成是某一物体的重力势能。

提问：同学们对重力势能表达式中的h时如何理解的？

讨论：高度具有相对性，重力势能也具有相对性。

实例探究

一只花盆从16楼窗台落地，根据给出数据计算填表。：从表格中能总结出什么规律？

规定的零势面地面16楼3楼花盆在窗台上重力势能E PA=1000J E PA=0 E PA=800J

花盆在窗台上重力势能E PB =0 E PB =-1000J E PB =-200J

重力势能变化ΔE

p = E P2-E P1ΔE

p

=-1000JΔE

p

=-1000JΔE

p

=-1000J

重力做功W G W G=1000J W G=1000J W G=1000J 师：从表格中能总结出什么规律？

师生共同总结：

①重力势能的具有相对性（相对于不同的参考平面重力势能的大小不同），确定了参考平面，物体重力势能才有确定值。重力势能的变化与零势能面的选取无关，具有绝对性。

②重力势能的正负含义：表示大小。

③重力势能的变化与重力做功的关系。

花盆下落，这一过程中重力做正功，重力势能减少，重力做多少功，重力势能减少多少。变式深化吊篮将花盆从3楼竖直吊回16楼，花盆的重力势能分别如何变化，重力对花盆做功分别又将如何？

3.重力做的功与重力势能的关系

W G =E

1p

-E

2

p

=-ΔE

p

m=2kg，h=50m，h1=10m，g=10m/s2

A ：16楼

B ：3楼