2019-2020年高中物理 7.4《重力勢能》優(yōu)秀教案 新人教版必修2.doc

2019-2020年高中物理 7.4重力勢能優(yōu)秀教案 新人教版必修2 重力勢能及其相對性是本節(jié)的主要教學(xué)內(nèi)容.教材從分析重力做功與路徑無關(guān)入手，來建立重力勢能的概念.按照“以學(xué)生為主體”新課程標(biāo)準(zhǔn)要求，在這一環(huán)節(jié)，要讓學(xué)生親自動手算一算這兩種情況下重力對物體做了多少功，來加深對探究過程的理解.正是因?yàn)橹亓ψ龉τ羞@樣的特點(diǎn)，才引入重力勢能的概念，對這一點(diǎn)學(xué)生會感覺比較困難.這一認(rèn)知是逐漸建立起來的，在這里要求不宜過高.教師可以幫助學(xué)生回憶，在“追尋守恒量”一節(jié)中，給出了勢能的定義，“物體勢能是物體憑借其位置而具有的能量.”啟發(fā)學(xué)生思考，請學(xué)生說一說重力勢能應(yīng)該與哪些物理量有關(guān).經(jīng)過討論，學(xué)生會得出，重力勢能應(yīng)跟物體在地球的相對位置有關(guān)，還應(yīng)與物體受到的重力有關(guān).本節(jié)重點(diǎn)講述重力勢能及其相對性，重力勢能的變化以及與重力做功的關(guān)系.重力做正功時，重力勢能減少，克服重力做功(重力做負(fù)功)時，重力勢能增加，關(guān)于這個關(guān)系，學(xué)生往往不易理解，教學(xué)時最好能結(jié)合一些實(shí)例，從能量轉(zhuǎn)化的角度分析，解開學(xué)生的困惑，例如可舉在自由落體運(yùn)動中，重力做正功，重力勢能減少，同時由動能定理可知，動能增加,重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，這樣做，也可以為下一節(jié)講解機(jī)械能守恒定律作好準(zhǔn)備. 為了突出重點(diǎn)，突破難點(diǎn)，采用學(xué)生實(shí)際操作、推理和互動探究的方法，學(xué)生對計(jì)算結(jié)果分析，先思索由結(jié)果發(fā)現(xiàn)什么問題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，然后由教師層層提出問題，分析問題，逐步解決問題，使學(xué)生理解和掌握本節(jié)的知識.關(guān)于重力做功與路徑無關(guān)和彈性勢能的教學(xué)：只要求學(xué)生知道即可.教學(xué)重點(diǎn) 重力勢能的概念及重力做功跟物體重力勢能改變的關(guān)系.教學(xué)難點(diǎn) 重力勢能的系統(tǒng)性和相對性.課時安排 1課時三維目標(biāo)知識與技能1.理解重力勢能的概念，會用重力勢能的定義式進(jìn)行計(jì)算.2.理解重力勢能的變化和重力做功的關(guān)系.知道重力做功與路徑無關(guān).3.知道重力勢能的相對性.4.了解彈性勢能.過程與方法1.根據(jù)功和能的關(guān)系，推導(dǎo)出重力勢能的表達(dá)式.2.學(xué)會從功和能的關(guān)系上解釋和分析物理現(xiàn)象.3.通過實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握科學(xué)的研究方法控制變量法；培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力.4.通過對結(jié)果的分析，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散性思維，及分析、推理、歸納的能力.情感態(tài)度與價值觀1.通過對實(shí)驗(yàn)操作、觀察、討論，以及得出本節(jié)課物理知識的過程和方法，激發(fā)學(xué)生探索的興趣和熱愛科學(xué)的精神.2.滲透從對生活中有關(guān)物理現(xiàn)象的觀察，得到物理結(jié)論的方法，激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生探索自然規(guī)律的興趣.課前準(zhǔn)備 自制課件、事先搜集各種投影圖片；大小不一的兩個鐵塊、自制小桌、盛滿沙的盒子等.教學(xué)過程導(dǎo)入新課故事導(dǎo)入 1994年7月7日，蘇梅克列維9號彗星以60 km/s的速度，向木星飛馳而去.第一顆彗核撞上了木星，緊接著，其余的彗核也接二連三地向木星撞擊，這一壯烈的天體碰撞，持續(xù)了5天才告結(jié)束.碰撞產(chǎn)生了相當(dāng)于20億顆原子彈爆炸的威力，產(chǎn)生的火球，直徑達(dá)10 km，溫度達(dá)到7 000 ，產(chǎn)生的光亮在數(shù)億千米外也能拍到，騰起的蘑菇云極為壯觀，形成的塵埃云團(tuán)與地球同樣大小，并存在了幾個月之久. 教師引導(dǎo)學(xué)生思考討論：為什么彗星撞擊木星時會產(chǎn)生如此大的能量呢?情景導(dǎo)入 大屏幕投影展示下面幾幅圖片，讓學(xué)生自己仔細(xì)觀察，并自己提出問題來討論.2002年9月21日上午，俄羅斯高加索北奧塞梯地區(qū)的一個村莊發(fā)生雪崩，造成至少100人失蹤美國內(nèi)華達(dá)州亞利桑那隕石坑。這個隕石坑是5萬年前，一顆直徑約為3050米的鐵質(zhì)流星撞擊地面的結(jié)果.據(jù)說，坑中可以安放下20個足球場，四周的看臺則能容納200多萬觀眾參考問題：1.我們看到一個冰天雪地、廣袤無垠的銀色世界，它帶給人們的是圣潔、平和、寧靜的感受，一種心靈的洗滌.但是一旦大量積雪從高處滑下形成雪崩.一面面白茫茫的雪墻排山倒海而來，你將感受到大雪崩所帶來最令人驚心動魄的白色恐懼，將對人們的生命與財(cái)產(chǎn)帶來災(zāi)難為什么這么漂亮的雪花有如此大的破壞力？發(fā)生的雪崩為什么具有這么大的能量？2.通過美國內(nèi)華達(dá)州亞利桑那的隕石坑現(xiàn)象，你能說出這么大的能量與哪些因素有關(guān)？實(shí)驗(yàn)引入 教師利用課前準(zhǔn)備好的實(shí)驗(yàn)儀器：自制小桌、鐵塊（一大一小兩個）、盛滿沙的小盒,如圖.先讓學(xué)生猜測重力勢能的影響因素. 通過學(xué)生分組討論，由學(xué)生代表表述自己的想法，重力勢能的影響因素有哪些？然后分別設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證學(xué)生的猜想.推進(jìn)新課一、重力的功問題：物體的重力勢能跟哪些影響因素有關(guān)呢？ 通過重力勢能的定義，引導(dǎo)學(xué)生找出重力勢能的影響因素：物體的質(zhì)量與高度.具體的關(guān)系，要求學(xué)生設(shè)計(jì)具體的物理情景來探討.情境設(shè)置：把自制的物理小桌放在盛滿沙的盒子中，比較質(zhì)量不同的兩個鐵塊落在小桌上時小桌陷入的深度；比較同一鐵塊從不同的高度落在桌子上陷入的深度.實(shí)驗(yàn)一：用質(zhì)量不同的兩個鐵塊從同一高度釋放，觀察小桌陷入沙子中的深度.實(shí)驗(yàn)二：用同一個鐵塊從不同高度釋放，觀察小桌陷入沙子中的深度. 學(xué)生認(rèn)真操作實(shí)驗(yàn)，并記錄觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.現(xiàn)象：在實(shí)驗(yàn)一中，鐵塊的質(zhì)量越大，小桌陷入沙子中的深度越大；在實(shí)驗(yàn)二中，鐵塊釋放的高度越高，小桌陷入沙子中的深度越大. 通過以上實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，學(xué)生深切感受兩個影響因素對重力勢能的影響，并從中總結(jié)具體是怎樣影響的： 物體的質(zhì)量越大，高度越大，重力勢能就越大. 因此，要研究重力勢能，就不能脫離對重力做功的研究.重力做功的特點(diǎn)： 創(chuàng)設(shè)情景，引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)重力做功的特點(diǎn):如圖，提出物體從A到C的幾種情況，讓學(xué)生寫出在這幾種情況下，物體從AC，重力做的功： 圖A是物體由A做自由落體到B，再水平運(yùn)動到C，容易得出此過程中，重力做功為mgh； 圖B是物體沿斜面由A滑到C，重力做功為：mgssin=mgh； 圖C是物體沿曲面由A滑到C，可以把曲面看成很多段小斜面組成，利用圖B的結(jié)論可以得出，重力做功也為mgh.還可從A到BC面畫任意路徑讓學(xué)生求重力做功，可以看出結(jié)論都為mgh. 學(xué)生從以上三個過程的推導(dǎo)中容易得到重力做功的特點(diǎn)：重力做功與路徑無關(guān)，只與物體起點(diǎn)和終點(diǎn)位置的高度差有關(guān).思維拓展 重力做功與路徑無關(guān)，其他力(比如摩擦力)做功是否與路徑有關(guān)？回答是肯定的.可見，重力做功的特點(diǎn)不能亂用，要視具體力而定.同時提醒學(xué)生，今后學(xué)習(xí)中還會遇到具有這種特點(diǎn)的力（例如電場力）. 如右圖所示，指導(dǎo)學(xué)生計(jì)算質(zhì)量為m的物體，從A運(yùn)動到B的過程中，重力做的功是多少？小球的質(zhì)量為m，從高度為h1的A點(diǎn)下落到高度為h2的B點(diǎn)，如圖所示，重力所做的功為：WG=mgh=mgh1-mgh2從上面的表達(dá)式，可以看出重力做功的大小等于重力跟起點(diǎn)高度的乘積mgh1與重力跟終點(diǎn)高度的乘積mgh2兩者之差.點(diǎn)評：引導(dǎo)學(xué)生逐步認(rèn)識mgh1、mgh2兩個量是用來描述初末狀態(tài)能量特點(diǎn)的，為重力勢能概念的提出作思路引導(dǎo).二、重力勢能 復(fù)習(xí)勢能的概念：相互作用的物體憑借其相對位置而具有的能量，稱為勢能.mgh這個物理量具有特殊的物理意義，一方面與重力做功有關(guān)（相互作用），又隨高度的變化而變化（憑借其相對位置），具有了勢能的特征.物理學(xué)中，把物理量mgh叫做物體的重力勢能，用Ep表示. 點(diǎn)評：教師在分析重力做功的基礎(chǔ)上，分析勢能的兩個主要特征，mgh同時具備兩個主要特征，重力勢能概念的提出就水到渠成. 師生共同討論，理解Ep=mgh，主要采取講授式：1.標(biāo)矢性：標(biāo)量2.單位：焦耳（J）問題:重力做功引起了物體位置的變化，物體位置變化引起重力勢能變化，重力做功與重力勢能變化有什么關(guān)系呢？引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)：重力做功也可以寫成WG=Ep1-Ep2當(dāng)物體下落時，重力做正功mgh，WG>0，即Ep1>Ep2，這說明，重力做功，重力勢能Ep減少，減少的值等于重力所做的功. 同理，當(dāng)物體上升時，重力做負(fù)功-mgh，重力勢能Ep增加的值等于重力所做的功，要注意的是，重力做負(fù)功也可以說成物體克服重力做功.重力做功是重力勢能變化的量度.三、重力勢能的相對性問題：將一個質(zhì)量為5 kg的鐵球放在4樓一張1.5 m高的桌子上，已知每層樓的高度均為2.5 m，求鐵球的重力勢能. 要求學(xué)生分組計(jì)算，讓各小組代表自由表述自己的計(jì)算結(jié)果，教師暫不作評價.預(yù)測學(xué)生的計(jì)算情況，在高度的數(shù)值代入上有不同的意見.出現(xiàn)計(jì)算上的矛盾，此時，教師引導(dǎo)學(xué)生感受由于參考面的選取不同，給計(jì)算造成了不便，無法計(jì)算.因?yàn)闆]有說明物體的高度是以什么位置為零高度. 請學(xué)生分別寫出上圖中以B和地面C為零點(diǎn)的物體的重力勢能：Ep1=mgh1，Ep2=mg(h1+h2)，（h1=AB，h2=BC）.總結(jié)：1.重力勢能具有相對性，是與零點(diǎn)選取有關(guān)的，因此在表達(dá)重力勢能時，要指明勢能零點(diǎn)的位置.我們把重力勢能為零的水平面叫做零勢能面.通常以水平地面為零勢能面.2.對選定的參考平面而言，在參考平面上方的物體，高度是正值，重力勢能也是正值；在參考平面下方的物體，高度是負(fù)值，重力勢能也是負(fù)值.物體具有負(fù)的重力勢能，表示物體在該位置具有的重力勢能比在參考平面上具有的重力勢能要少.自主學(xué)習(xí)：學(xué)生分別寫出以B和地面C為零點(diǎn)情況下，物體落在B和落在地面C上時與初態(tài)的重力勢能差：Ep1=-mgh1,Ep2=-mg(h1+h2)，這是與零點(diǎn)選取無關(guān)的.師生總結(jié)：不論我們?nèi)绾芜x擇參考系，對于一物理過程，重力勢能的改變是一定的.我們今后的學(xué)習(xí)中，更多地是研究某物理過程中重力勢能的變化，這時我們就可以適當(dāng)選擇參考系使問題簡化，而不會影響結(jié)果.課堂訓(xùn)練1.分析判斷下列幾種說法是否正確.（1）物體在末位置的重力勢能與物體如何運(yùn)動無關(guān)；（2）物體在地球表面和月球表面上的重力勢能相等；（3）一個靜止的物體重力勢能為負(fù)值時，說明物體無做功本領(lǐng).2.起重機(jī)以的加速度將質(zhì)量為m的物體勻減速地沿豎直方向提升高度h，則起重機(jī)鋼索的拉力對物體做的功為多少？物體克服重力做功為多少？物體的重力勢能變化了多少？3.關(guān)于重力勢能，下列說法中正確的是（ ）A.物體的位置一旦確定，它的重力勢能的大小也隨之確定B.物體與零勢面的距離越大，它的重力勢能也越大C.一個物體的重力勢能從-5 J變化到-3 J，重力勢能減少了D.重力勢能的減少量等于重力對物體做的功參考答案1.第一種說法正確.解析：（1）把重力勢能的決定因素和實(shí)際問題的給定條件相比較；（2）正確理解重力勢能是系統(tǒng)具有的，系統(tǒng)發(fā)生變化時，重力勢能如何變化；（3）理解重力勢能的正、負(fù)與物體做功之間的關(guān)系.2.解析：由題意可知起重機(jī)的加速度a=，物體上升高度h，據(jù)牛頓第二定律得mg-F=ma，所以F=mg-ma=mg-m 方向豎直向上.所以拉力做功WF=Fhcos0=mgh重力做功WG=mghcos180=-mgh 即物體克服重力做功為mgh又因?yàn)?WG=Ep1-Ep2=-mghWG<0，Ep1<Ep2即物體的重力勢能增加了mgh.3.D 解析：物體的重力勢能與參考面的選取有關(guān)，同一物體在同一位置相對不同的參考面的重力勢能不同，A選項(xiàng)錯.物體在零勢能面以上，距零勢面的距離越大，重力勢能越大，物體在零勢面以下，距零勢面的距離越大，重力勢能越小，B選項(xiàng)錯.重力勢能中的正、負(fù)號表示大小，-5 J的重力勢能小于-3 J的重力勢能，C選項(xiàng)錯.重力做的功量度了重力勢能的變化，D選項(xiàng)正確.四、勢能是系統(tǒng)所共有的合作探究 引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真研究表達(dá)式Ep=mgh,提出問題：重力勢能到底是誰的？物體m的？地球的？甲小組討論結(jié)果：重力勢能是物體m的,因?yàn)閙g是物體的重力.乙小組討論結(jié)果：重力勢能是地球的，因?yàn)橹亓Φ氖┝ξ矬w是地球.教師首先肯定甲乙小組的討論成果，然后加以引導(dǎo)：質(zhì)量是物體的固有屬性，而重力的施力物體是地球；沒有物體，談不上重力勢能；沒有地球施加重力，重力勢能也就不復(fù)存在.師生總結(jié)：重力勢能是物體跟地球組成的系統(tǒng)所共有的，而不是物體單獨(dú)具有的.素質(zhì)教育：關(guān)于人類與重力勢能的認(rèn)識，是一個從恐懼到挑戰(zhàn)直到合理改造的過程.人們對重力勢能的恐懼感是與生俱來的（雪崩、泥石流：2006年2月17日泥石流突襲菲律賓2 000人喪生）.但是隨著人們通過生產(chǎn)實(shí)踐中對重力勢能的認(rèn)識的逐步加深，我們開始變得樂于挑戰(zhàn)這種能量（如攀巖運(yùn)動）.甚至在可以控制的范圍內(nèi)享受重力勢能帶給我的種種樂趣（如過山車）.但是，科學(xué)的意義不僅僅是認(rèn)識自然，挑戰(zhàn)自然，更在于能動地利用自然.介紹水力發(fā)電.課堂小結(jié)本課主要學(xué)習(xí)了以下內(nèi)容：1.勢能由物體間的相互作用而產(chǎn)生，由它們的相對位置而決定.2.勢能是標(biāo)量，單位是焦耳.3.重力對物體所做的功與物體的運(yùn)動路徑無關(guān)，只跟物體運(yùn)動的始、末位置有關(guān)，重力所做的功等于物體始、末位置的重力勢能之差. 4.重力勢能是地球和地面上的物體共同具有的，一個物體的重力勢能的大小與參考平面的選取有關(guān).布置作業(yè)1.教材“問題與練習(xí)”第1、2、3、4題.2.從山坡上滾下的大石塊，它有沒有重力勢能?在它下滾的過程中重力勢能的大小有沒有變化?為什么?板書設(shè)計(jì)4 重力勢能1.重力勢能：地球上物體由于處于一定的高度而具有的能量.2.重力勢能具有相對性.3.重力勢能是地球跟物體組成的系統(tǒng)所共有的.活動與探究課題：騎車和跑步哪種方式能更好地減少人的能量消耗?方法：學(xué)生利用課下時間，通過騎車和跑步，在平路和上坡兩種情況下進(jìn)行實(shí)際測試，親自體驗(yàn).交流：在平路或下坡路上，騎自行車的最大好處是能減少人的能量消耗.這時，人只需要提供很少的能量，就能補(bǔ)償由于摩擦而消耗的能量，以保持自行車的速度.而當(dāng)人在平路上跑步時，實(shí)際上每跑一步，身體都要做上下運(yùn)動以及瞬間停頓.這樣，跑步者有很大一部分能量被無效地?fù)p耗掉，必須由人體重新提供.由于這些能量比人騎自行車通過同一段路程所消耗的能量要多得多，所以，在平路上跑步要比騎自行車要費(fèi)勁些. 但在上坡時，由于人體提供的能量主要用來增加重力勢能.騎自行車上坡，人不但要為提高自身的重力勢能做功，還要提高自行車的重力勢能做許多額外功，這時，自行車的優(yōu)越性就明顯下降.所以，在上坡時，騎自行車并不比跑步輕松.習(xí)題詳解1.證明：設(shè)斜面高度為h，對應(yīng)于傾角為1、2、3的斜面長分別為l1、l2、l3.由功的公式可知，在傾角為1的斜面上，重力與位移的夾角為（-1），重力所做的功為：WG=mgl1cos（-1）=mgl1sin1=mgh.同理可證，在傾角為2、3的斜面上，重力所做的功都等于mgh，與斜面傾角無關(guān).2.解答：（1）足球由位置1運(yùn)動到位置2時，重力所做的功為-mgh，足球克服重力所做的功為mgh，足球的重力勢能增加了mgh.（2）足球由位置2運(yùn)動到位置3時，重力做的功為mgh，足球的重力勢能減少了mgh.（3）足球由位置1運(yùn)動到位置3時，重力做功為零，重力勢能變化為零.3.解答：（1）所選擇的參考平面小球在A點(diǎn)的重力勢能小球在B點(diǎn)的重力勢能整個下落過程中小球重力做的功整個下落過程中小球重力勢能的變化桌面5.88 J-3.92 J9.8 J減少9.8 J地面9.8 J09.8 J減少9.8 J（2）如果下落過程中有空氣阻力，表格中的數(shù)據(jù)不變,因?yàn)橹亓菽芗捌渥兓c空氣阻力無關(guān).說明：本題的意圖是使學(xué)生認(rèn)識，重力勢能跟零勢面的選取有關(guān)，而重力勢能的變化跟重力的功相對應(yīng)，與零勢能面的選取無關(guān).重力做的功只跟物體位置的變化有關(guān)，與是否存在其他力無關(guān).4.解答：A正確.例如：物體在向上的拉力作用下，如果做勻加速直線運(yùn)動，這時拉力的功大于重力勢能的增加量.如果物體做勻減速直線運(yùn)動，這時拉力的功小于重力勢能的減少量.B錯誤.物體勻速上升，拉力的大小等于重力，拉力的功一定等于重力勢能的增加量.C錯誤.根據(jù)WG=Ep1-Ep2可知，重力做-1 J的功，物體勢能的增加量為1 J.D錯誤.重力做功只與起點(diǎn)和終點(diǎn)的位置有關(guān)，與路徑無關(guān)，A、B兩點(diǎn)的位置不變，從A點(diǎn)到B點(diǎn)的過程中，無論經(jīng)過什么路徑，重力的功都是相同的.設(shè)計(jì)點(diǎn)評 新課程倡導(dǎo)探究式教學(xué)，探究的內(nèi)容和形式是多種多樣的.本節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)了這點(diǎn)要求，教學(xué)設(shè)計(jì)從導(dǎo)入新課開始，利用多樣的導(dǎo)入（蘇梅克列維9號彗星的故事導(dǎo)入、雪崩隕石的情景導(dǎo)入、自制教具的實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入）方式激發(fā)學(xué)生的探究熱情.學(xué)生在初中的原有知識上完全可以通過教師的引導(dǎo)，自行提出“重力勢能的大小與什么因素有關(guān)？”的問題.因此教學(xué)設(shè)計(jì)只作引導(dǎo)，讓學(xué)生自主提問. 教學(xué)設(shè)計(jì)多舉實(shí)例，從生活中發(fā)現(xiàn)物理，讓物理走向生活，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與動機(jī)，同時也可以使他們養(yǎng)成善于運(yùn)用知識、關(guān)心生活和生產(chǎn)中實(shí)際問題的習(xí)慣.因而這一特點(diǎn)有利于創(chuàng)設(shè)教學(xué)情景，加大學(xué)生學(xué)習(xí)動力，促進(jìn)學(xué)生關(guān)心社會實(shí)際生活，增強(qiáng)社會責(zé)任感.比如：在教學(xué)中，通過“雪崩”的圖片，讓學(xué)生體驗(yàn)到高處的物體都具有潛在的能量重力勢能.