高一物理重力势能教案

第五节：重力势能

一．知识目标

1．知道重力势能的定义

2．理解重力势能的计算公式，知道重力势能是标量，单位是焦耳

3．理解重力做功与重力势能的关系

4．知道重力势能的值是相对的，理解重力势能的正负的含义

5．了解弹性势能，知道弹簧的弹性势能的决定因素

二．能力目标

1． 根据重力做功的特点，推导重力势能的表达方式

2． 从能的转化角度和功能关系来解释和分析物理现象

三．德育目标

1． 培养热爱科学，崇尚科学的品质

2． 注意观察和分析生活中的有关的物理现象，激发的培养探索自然规律的兴趣

四．教学重点

重力势能大小的确定

五．教学难点

重力势能的相对性的理解，参考平面的先择方法

六．教学过程

引入：俄罗斯“和平号”空间站于2001年3月23日北京时间14时0分12秒所有残片都已成功安全地附入预定的南太平洋海域，坠毁公平和极为壮观美丽，137吨的庞然大物分解燃烧，天空中出一条条长长的金色轨迹，这是一个完美的告别，“和平号”的15年风雨历程将成为人类永恒的回忆，“和平号”的功绩将永载史册。 现在问：“和平号”空间站坠落时，为什么会燃烧？碎片燃烧时，温度可达3000℃，其能量由什么能量转化而来的？现在就讲重力势能。

1.重力势能

回忆初中学过的知识，可知

(1).定义：物体由于被举高而具有的能量叫重力势能

先木球和铁球同一高度下落，后两相同铁球不同高度下落入沙杯中，说明了物体的重力势能的大小与物体的质量和物体所处的高度有关

现在来推导重力势能的定量表达式：设球的质量为m ，从高度为h 1的A 点下落到高度为h 2的B 点，重力所做的功为21mgh mgh h mg W G -=∆=

(2).重力势能的表达式

mgh E p =物体的重力势能等于物体的重量和它的高度的乘积，重力势能是标量，也是状态量，其单位是J

(3)重力做功与重力势能的关系

重力做功也可以写成p p G E E W -=1

当物体下落时,重力做正功，0>G W ,p p E E >1这说明，重力做功，重力势能减少，减少的值就等于重力做的功。 同理当物体上升时，重力做负功，重力势能增加，增加的值等于重力所做的功，要注意的是，重力做负功也可以说成物体克服重力做功。

这种功能关系不仅适用于直线运动，也适合于曲线运动，重力做功只跟物体的运动过程中初、末位置和高度差有关，而与运动的路径无关。

提问：一个物体的质量为10kg ，把它置二楼，若楼房每一层高3米，求此物体的重力势能？

无法计算

2.重力势能具有相对性

正如上例所述，要确定物体重力势能p E 的大小,首先必须确定一个参考平面为零势能面，若定了零重力势能参考面，物体在此平面的下方，物体的重力势能就为负，如上例把三楼底板为零重力势能平面物体的重力势能就为-200J 。

由此看来，物体重力势能的正负还表示重力势能的大小，在参考水平面以上的物体的重力势能一定大于参考平面以下物体的重力势能。

要特别指出的是：重力势能的变化量与零重力势能参考平面的选取无关，就好像物体的高度差与选择哪一点作为测量起点无关，至于选择哪个水平面作为参考平面，可视研究解决问题的方便而定。

与重力势能相似，还有弹性势能。

3.弹性势能

演示：把水平面放置的轻弹簧一端固定，另一端系一木块，压或拉木块，再释放，让弹簧的作用力带动木块在水平面上运动。

可知发生弹性形变的物体能对外界做功，因而具有能量，这种能量就叫弹性势能。它存在于发生弹性形变的物体之中。

弹性势能的大小与物体的性质（如劲度系数）和形变量有关，可用实验演示弹簧形变量越大对外界做功越多来说明。

势能又叫位能，它是由相互作用的物体的相对位置决定的，机械运动中的势能是重力势能和弹性势能的统称。

4.扩展：

势能有多种，与高度有关的熏力势能和与形变有关的弹性势能是力学中的两种，在热学中有分子势能，在电磁学中有电势能等

势能是存在于相互作用的物体之间，它是属于有相互作用两部分物体即物体系的，但不是有相互作用物体之间有有势能存在，比如物体间相互作用是摩擦力，但它们就不存在什么势能。

势能都是相对量，只有先定零势能参考平面，势能才有确定的值