高中物理《重力势能(11)》优质课教案、教学设计

重力势能教学设计

(一)创设情境、激趣导入

投影多媒体图片:利用生活常见事例,创设问题情景,激发学生兴趣。

初中的时候我们已经学习过,物体由于被举高而具有的能量叫重力势能。

(展示图片一:) 这是一幅水力发电站图片,是利用水的重力势能来发电的。这些重力势能正在造福人类。可见,有些重力势能在自然界中的能量是巨大的。

过渡语:既然自然界中有些重力势能具有巨大的能量, 那么我们人类可以将之加以

利用。

播放举重运动员的杠铃落到地上，会砸穿地板，夸张的视频说明杠铃具有什么巨大

能量？

由以上资料可知, 重力势能与我们的生活有密切关系。我们只有认识自然, 才能更

主动的改造自然。今天这节课我们将深入地学习重力势能知识及其应用。

(二)启导互动、主体探究

通过前面对功和能关系的学习, 我们知道了怎样判断一个物体具有能量, 即:一个物体能够对外做功, 我们就说这个物体具有能量; 而且对外做功越多, 这个物体具有能量就越多。(引导学生进行如下探究)

探究实验：重力势能的大小与哪些因素有关？

1.提出问题：重力势能的大小与哪些因素有关？

2.猜想:

（1））重力势能的大小与物体的质量有关；

（2））重力势能的大小与物体所处的高度有关。

3.设计实验：

a)实验器材:一个装有适量细沙的矿泉水瓶和瓶盖，一根细木筷，质量不等的2

个钩码，一把直尺，一个铁架台等。

b)实验方法：

i.把装有适量细沙的矿泉水瓶放在地上，再把细木筷插入细沙中；

ii.用同一铁块从不同高度处从静止开始释放，观察木筷插入细沙中的深度。

iii.在木筷的正上方，用不同的小钩码从同一高度处从静止开始释放，观

察小钩码被撞入细沙中的深度。

4.进行实验：

将数据填入表格中：

分析：从实验现象可得到，同一物体下降的位置越高，重力势能越大；不同物体从同一高度下落，质量越大的，重力势能越大。

结论:物体的质量越大，被举得越高，它具有的重力势能就越大。

（4））评估与交流：

a)为什么不同的小球要从同一高度释放？同一小球却要从不同的高度释放？

答：这其中用到了“控制变量法”来研究问题。不同的小球从同一高度释放的

目的是为了控制高度相同，研究重力势能与质量的单一关系；同一小球要从

不同的高度释放，也是为了控制质量相同，研究重力势能与高度的单一关系。

b)你的猜想正确了吗？

答:正确。

实验反思：本实验体现了“控制变量法”的实验原理，在实验教学中要加强对学生实验原理的渗透。在研究物体质量与重力势能的关系时需要控制物体被举高的高度相同；在研究物体被举高的高度与重力势能的关系时要控制物体的质量相同。还要加强学生对实验现象的分析与实验数据的记录。

（三）理论研究

（一）刚才同学们做过的实验中，重力做的功的计算中： WG = mgh = mg(h1 - h2

) = mgh1 - mgh2 （让学生思考后说出结果）

当物体沿斜面由 A 运动到 C 的过程中重力做的功为：WG = mgLcosθ= mgh =

mg( h1 - h2) = mgh1 - mgh2 （让学生说出结果）

当物体沿曲面由 A 运动到 C 的过程中重力做的功比较复杂：（教师引导学生分析、

理解、认识）对于物体沿曲面运动的情形，采用前面用到的极限分析的方法将运动路径分成许多很短的间隔，由于每一小段都很小，故可近似地看成一小段倾斜的直线设每段小斜线的高度差分别是△h1，△h2，△h3，…，这样每一小段的研究就可以用图2 的方法处理了，即每一小段中物体做的功分别为：mg△h1，mg△h2，mg△h3，…所以 WG= mg△h1+mg△h2+mg△h3+… = mg(△h1

+△h2+△h3+…)= mgh = mgh1-mgh 2 汇总以上三种情况的分析，借助课件中的场景图，引导学生分析、总结出推导的结论在三种不同的运动形式下，物体的重力做了相同的功，这说明重力做的功有着明显的特点，请每组的同学们互相探讨一下。学生说出自己的观点后，教师借助课件在学生回答的基础上整理出结论：物体运动时，重力对它做的功只跟它的起点和终点的位置有关，而跟物体运动的路径无关。【用所学功的概念推导重力做功与路径的关系，让学生亲身感受知识的建立过程。通过重力做功的理论推导，重温了极限思想这一重要物理方法的应用，培养了学生的逻辑思维能力，也为学生从本质上理解与认识重力势能打下了坚实的基础】

（二）根据刚得出的重力做功的公式，我们知道重力做的功等于 mgh1 和 mgh2 的

差，由此可见 mgh 具有某种特殊的意义！

联系前面《追求守恒量》一节中的势能知识，谁能领着大家一起回忆一下什么是势能？学生回答；相互作用的物体凭借其位置而具有的能量叫做势能。请同学们根据你的理解想一想 mgh 这个物理量是不是势能？并简单的说明理由。

教师引导学生进一步总结， mgh 中的 mg 是重力，而重力是物体与地球之间的相互作用，h1 和 h2 分别表达的是物体所处的位置，故物理量 mgh 只是与所处的位置h1 和 h2 以及重力mg 有关。这些特征正是势能所具有的，所以它应该是势能，又由于是重力所引起的势能，故称作重力势能。

其表达式为 Ep＝ mgh,国际单位制中的单位是焦耳，符号为 J,即1kg·m/s-2·m = 1 N·m = 1J 。（一带而过）

有了重力势能的表达式 Ep ＝ mgh ， WG = mgh1 - mgh2 可以写成WG =Ep1 - Ep2，其中 Ep1＝mgh1 表示物体在初位置的重力势能， Ep2＝mgh2 表

示物体在末位置的重力势能。由此可知：①重力势能是状态量。②重力做的功等于初、

末位置重力势能的差值。（点到为止，为后续学习埋下伏笔）

合作探究：下图中物体运动时，重力做什么功？物体的重力势能发生怎样的变化？根据分析，你能确定重力做功与重力势能变化有什么关系吗？

1、塔吊把一质量为 200kg 的物体，从距地面高为 h1=10m 的高度匀速运到高为

h2=2m 的地方，重力做了多少功？物体的重力势能如何变化？(g=10m/s2)

2、塔吊把一质量为 200kg 的物体，从距地面高为 h1=2m 的高度匀速运到高为

h2=10m 的地方，重力做了多少功？物体的重力势能如何变化？ (g=10m/s2)

•变式练习：如图所示，质量为 m 的小球，用一长为 l 的细线悬于 O 点，将悬线拉直成水平状态，并给小球一个向下的速度让小球向下运动， O 点正下方D

处有一钉子，小球运动到 B 处时会以 D 为圆心做圆周运动，并经过 C 点,若

已知 OD= 2/3 l，则小球由 A 点运动到 C 点的过程中，重力势能减少了多少？重力做功为多少？

•【通过逻辑推理，借助前面的势能知识，在重力做功的公式 WG= mgh1-mgh 2 基础上归纳出本节的中心知识点重力势能。这里采用的方法，有别于以前

通过实验分析直接给出重力势能的方法，这样做更有利于学生透彻地理解知识，

也有益于培养学生的能力】

•引导学生复习利用坐标系表示物体位置（高度）及位移（高度差）的知识：想确定物体的位置，要先建立坐标系，确定坐标原点亦即参考系，这里先选地面为参考系，同时说明地面是一个平面，故我们这里称参考系为参考平面。重点强调坐

标原点（参考平面）的不同而引起的位置坐标（高度）的变化，即物体位置（高度）的相对性，并指出位移（高度差）并没有发生变化，亦即坐标原点（参考平面）的改变不会影响位移（高度差）。

那么，物体和地球组成的系统具有的重力势能还具有其它什么特点呢？（由此引入

后面的学习）

通过学习，同学们知道重力势能与物体所处的高度有关，而高度是具有相对性的，