势能的改变教案

2.2 势能的改变教案
教学 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "欢迎登陆21世纪教育网 )目标 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "欢迎登陆21世纪教育网 )
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；
4.了解弹性势能。
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分析和解释物理现象。
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。
教学过程
导入新课
师：提出问题：我们说运动的物体具有能量，被举高的物体有没有能量？
展示图片：一个大缸，放在你脚边，并不觉得什么，但是如果把它高高的悬挂在你的头顶上，就变得可怕起来。被举高的物体具有能量。
放视频：打桩机的重锤从高处落下，把水泥桩打进地里，打桩机中被举高的重锤具有能量。
新课推进
（一）重力势能
定义：物体处于一定的高度而具有的能叫做重力势能。
师：重力势能的大小与哪些因素有关呢？
视频：模拟打桩1，方法1：改变物体的高度。（引导学生注意观察小桌陷入沙中的情况）
模拟打桩2，方法2：改变物体的质量。
钢球塑料球。重力势能的大小与物体的质量有关，质量大的物体具有的重力势能大。
结论：物体的重力势能与物体所处的高度、物体的质量有关，物体的高越高，质量越大，物体的重力势能越大。
师：通过观看视频总结出：物体的重力势能与物体所处的高度、物体的质量有关，物体的高越高，质量越大，物体的重力势能越大。在物理学中我们就用这个物理量来表示物体的重力势能。
理解：
1、单位：焦耳（J）
2、相对性：与参考平面（零势能面）的选择有关。
3、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，通常说成是某一物体的重力势能。
[重力势能的单位]
焦耳（J）
[重力势能的相对性]
将粉笔盒拿到讲台桌上方，设粉笔盒m=1kg，g=10m/s2 ，试估计粉笔盒的重力势能为多少？
（粉笔盒距离讲台大约1m，讲台高度大约1m）
引导学生得出高度是相对量，从而引出参考平面。
师：重力势能总是相对于某个水平面来说的，这个水平面叫参考平面。参考平面选取不同，重力势能的数值就不同。可见，重力势能具有相对性。所以公式中h为物体重心到参考面的高度。
师：假设这是三栋楼，每层楼高为h，物体A在二楼，
以地面为参考平面，物体A的重力势能（2mgh）
以三楼为参考平面，物体A的重力势能（0）所以参考面也称为零势能面。
以四楼为参考平面，物体A的重力势能（ mgh）在参考平面下方的物体，高度是负值，物体具有负的重力势能，表示物体在该位置具有的重力势能比在参考平面上具有的重力势能要小。（负号不表示方向，势能是标量）
物体B在地面，求B的重力势能(0，-2mgh，-3mgh)
重力势能的改变量△＝-2mgh（强调：改变量为末态-初态）
总结：重力势能具有相对性。选择不同的参考平面，物体的重力势能的数值是不同的。处在参考面上方的物体的重力势能是正值，处在参考面上的物体的重力势能为0 ，处在参考面下方的物体的重力势能是负值。但重力势能的改变量Δ并不因选择不同的参考平面而有所不同。
[重力势能的系统性]
重力势能和重力有关，而重力是地球施加给物体的，没有地球，也就谈不上重力势能。可见，重力势能是“地球和物体”这个系统共有的。为了叙述方便，通常说成是某一物体的重力势能。
练习1:如图所示，桌面高为h，质量为m的小球从离桌面高H处自由落下，不计空气阻力.假设桌面处的重力势能为0，则小球落到地面前瞬间的重力势能为（　D　）
A.mgh B.mgHC.mg(h+H) D.－mgh
思路：重力势能的大小是相对参考平面而言的，参考平面选择不同，物体的高度不同，重力势能的大小则不同。
解析：据题意知，已选定桌面为参考平面，则小球在最高点时的高度为H，小球在桌面的高度为零，小球在地面时的高度为－h，所以小球落到地面时，它的重力势能为Ep=－mgh。
过渡语：功是能量变化的量度，合外力做功是物体动能变化的量度，物体重力势能发生变化与什么力做功相对应呢？
（二）重力做功与重力势能的改变
定性讨论：
1、物体下降过程，重力做什么功？重力势能如何变化？
2、物体上升过程，重力做什么功？重力势能如何变化？
学生汇报讨论结果：
一个物体从高处下落，重力做正功，重力势能减小；
把一个物体举高，重力做负功，即物体克服重力做功，物体的重力势能增大。
教师总结：
从刚才的讨论中可知：重力做正功，重力势能减小；重力做负功，重力势能增加。
推导重力势能的定量表示式：
设置情景：一小球从A点下落到B点，设小球质量为1kg ,g取10m/s2,h1=20m,h2=10m,要求学生填写以下二个表格。
以地面为零势能面
以A点为零势能面
完成表格后学生探究：从表格中能总结出什么规律？
引导：①重力势能与零势面选取有关吗？物体在某两点间重力势能的改变与零势面选取有关吗？（指出改变量是末状态量减去初状态量）
②物体在某两点间重力势能的改变与重力做功有什么关系？
经过讨论，总结规律：
①重力势能具有相对性（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重力势能的变化与重力做功的关系。
小球下落，重力做正功，重力势能减少，重力做多少正功，重力势能减少多少；
小球上升，重力做负功，重力势能增加，重力做多少负功，重力势能增加多少。
推理：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。
中h为物体重心到参考面的高度。中h为物体起点和终点位置的高
度差。
练习：1、关于重力做功和物体的重力势能，下列说法正确的是：（ABD）
A、当重力对物体做正功时，物体的重力势能一定减少；
B、物体克服重力做功时，物体的重力势能一定增加；
C、地球上任何一个物体的重力势能都有一个确定值；
D、重力做功的多少与参考平面的选取无关。
2、关于重力势能，下列说法中正确的是（ D ）
A、物体的位置一旦确定，它的重力势能的大小也随之确定；
B、物体与零势面的距离越大，它的重力势能也越大；
C、一个物体的重力势能从﹣5 J变化到﹣3 J，重力势能变小了；
D、重力势能的减少量等于重力对物体做的功。
解析：物体的重力势能与参考面有关，同一物体在同一位置相对不同的参考面的重力势能不同，A选项错。物体在零势能面以上，距零势面的距离越大，重力势能越大，物体在零势面以下，距零势面的距离越大，重力势能越小，B选项错。重力势能中的正、负号表示大小，﹣5 J的重力势能小于﹣3 J的重力势能，C选项错。重力做的功量度了重力势能的变化，D选项正确。
弹性势能的改变
图片展示：弓被拉开时，发生了弹性形变，因而具有能量。
弹簧被拉长或被压缩时，发生了形变，弹簧中就储存了能量。
概念：发生弹性形变的物体，在恢复形变时能对外界做功，所以它也具有一种潜在的能量，称之为弹性势能。
师：弹簧弹性势能的大小与哪些因素有关？
生：弹簧被压缩或拉伸的形变越大，其弹性势能越大。
　 不同弹簧的劲度系数不同，相同形变的弹性势能也不同。
弹力做功与弹性势能变化的关系：
弹力做正功，弹性势能减少；
弹力做负功，弹性势能增加；
弹力做了多少功，弹簧的弹性势能就改变了多少。　
作业布置
G
G
A
B
h1
h2
小球受重力作用