（核心素养）8.2 重力势能 教案（表格式）

教学设计
课程基本信息
课题 重力势能
教学目标
1. 物理观念：树立能量观念，理解重力势能的概念，知道重力做功与路径无关；掌握重力做功与重力势能变化的关系，运用能量的观点去分析问题。 2. 科学思维：在探究过程中渗透科学的研究方法：控制变量法，实验过程观察法及实验结果分析法，领悟理想化模型，去除干扰因素，提出主干知识，揭露事物的本质。 3. 科学探究：对实例进行研究，推导出重力势能的表达式，然后通过计算归纳得出重力做功与重力势能变化的关系。 4. 科学态度与责任：学生通过系列探究活动，体现科学探究的过程，体会从实验中发现规律的乐趣，领悟科学探究中尊重事实、大胆猜想、严格求证的科学态度。
教学内容
教学重点： 重力做功的特点、重力势能的相对性及系统性。
教学难点： 重力势能表达式的得出过程、重力势能的系统性、用微元法分析重力做功与路径无关。
教学方法
实验法、小组合作探究法、教师引导讲授、启发式教学。
教具学具
木块、木板、砝码、弹簧测力计、支架、细绳
教学内容分析
《重力势能》是人教版高中物理必修第二册“机械能守恒定律”一章中的内容，重力势能是建立功能关系，体现“功是能量转化的量度”思想的重要内容，功的概念的意义在于决定能量的变化。本节从重力做功和重力势能的变化视角，讨论功能关系。在得出重力势能表达式的过程中，不仅要告诉学生结论，更为重要的是结论的得出过程，体现出科学思维的过程，经历科学思维过程有利于培养学生的逻辑思维能力。同时要求定性了解弹性势能，包括了解弹性势能的产生原因，影响弹性势能大小的因素，以及弹性势能跟其他形式能量的转化分析。关于弹性势能的计算，不排斥弹性势能跟其他形式能量转化的过程中根据能量转化关系计算弹性势能的大小，但不要求根据弹簧的劲度系数和形变量来计算弹簧的弹性势能。
学情分析
从知识层面上，学生在初中学习的基础上进一步了解重力势能的影响因素，从定性走向定量。同时学生在学习了匀变速运动的位移时间公式后，初步了解微元法，但还不能熟练运用微元法处理问题，对于曲线运动，证明重力做功只决定于高度差有一定难度。高一学生逻辑思维能力仍有待提高，偏好直观现象和定性理解，在抽象思维和逻辑定量推导方面需要提高，教学时要考虑学生的物理学习心理特点，设置情景分析，依托情景逐步实现本节课的教学目标。
教学过程
教 师 行 为 学 生 行 为
[新课导入] 师：我们先来看几则报道。 师：为什么物体从高处落下时会造成如此大的破坏呢？ 师：是的，在初中我们已经学过，物体由于被举高而具有的能叫重力势能，那么重力势能的大小与哪些因素有关呢？在课前给大家发的学案上给大家留了一个预习任务：即以组为单位设计一个实验来探究影响重力势能大小的因素，并以现在是我们展示自己成果的时候了。 教师总结：看来大家通过亲身经历实验过程最终形成共识：重力势能的大小与质量和高度有关，并且我们发现大家不约而同的在实验中用到了一种重要的物理学研究方法—控制变量法。大家做的非常好，我想以后我们还有更多的机会让大家展示自己的创造力。 （板书）影响重力势能大小的因素：1. 质量 2. 高度 过渡：然而大家所做的研究还只是停留在定性的层面上，那么重力势能与质量和高度有怎样的定量关系呢？ 大家一定通过实验发现：具有重力势能的物体只有通过重力做功的方式才能将其释放出来，所以我们想得到重力势能，不能脱离对重力做功的研究。 [新课教学] 一、重力做功的特点 师：我们在预习案上给大家留了这样一个问题：请大家推导下列几种情况下小球从A运动到B重力所做的功。 师：下面我们仍然以组为单位将组员的推导结果进行整合，之后选几个组派代表给我们呈现你们的整合结果。 问：其他组有没有不同的推导方法，结果是否相同？ 总结：好，几个组的最终推导结果都是无论我们沿哪条路径从A运动到B,我们发现重力做的功都是：WG=mgh1-mgh2=mgh 思考：对于这样一个结果，大家能否从中发现重力做功的特点？ 总结：重力做功只与始末位置的高度差有关，而与路径无关。（板书） 问：是否所有力做功都与路径无关呢？ 过渡：从上式中可以看出，重力做的功等于某个量的初始值减末了值，即等于某个量的减少。我们知道重力做功必然伴随着能量的转化，而以上三种情况中都是重力势能减少转化为了动能，且这个量与物体的质量和高度有关，符合重力势能的特征，所以我们有理由相信这里的mgh就表示重力势能，从而我们就得到了重力势能的表达式。 二、重力势能（EP） （板书） 1.表达式：EP=mgh 问：这个结果是否与大家的定性实验结果相互映照呢？ 2.单位：焦耳（J）1J=1kg m2/s2 3.标量：没有方向 思考与讨论1：若重力做的功与路径有关，即对应于同样的起点和终点，重力对同一物体所做的功，随物体运动路径的不同而不同，我们还能把叫作物体的重力势能吗？为什么？ 势能所对应的力做功的特点： 只与物体运动的首末位置有关，和运动路径无关。 思考与讨论2：如图所示，一个质量为m的物体放在层高为h的楼房的三楼地板上，请大家思考它的重力势能为多大？ 问：大家的回答为什么会有不同呢？ 引导：可见选不同的参考平面对同一物体重力势能的描述是不同的，所以重力势能具有相对性。 4.重力势能具有相对性：相对于所选参考平面而言 总结：这也给我们提了个醒，在说一个物体重力势能时，必须事先选好参考平面，否则说重力势能是没有意义的。 追问：当物体处于参考平面上时，重力势能是多少？ 说明：所以参考平面也叫零势能面（介绍零势能面的选取） 追问：选四楼地面为参考平面，物体的重力势能是多少？ 总结：可见重力势能有正负，表示方向吗？ 思考与讨论3：重力势能的正负有怎样的含义？ （板书）：重力势能有正负：1. 表示位置 2. 表示大小 练一练: 如图有一个质量2kg的小球从桌面以上高h1=1.2m的A点落到地面上的B点，桌面的高为h2=0.8m。请按要求填写下表 (g=10m/s2)。 (
h
1
h
2
B
A
) 结论：1. 重力势能的变化量与参考平面的选取无关； 2. 重力做的功等于重力势能的减少。 过渡：实际在在前面对重力做功的研究中，这个关系早呈现在我们面前了，现在我们只是将其明确下来。 三、重力做功与重力势能变化的关系 WG=mgh1－mgh2 = EP初－EP末 = -△Ep 思考与讨论3：那么重力势能是谁具有的呢 结论：重力势能具有系统性 四、弹性势能 1. 弹性势能: 发生弹性形变的物体各部分之间，由于有弹力的相互作用，也具有势能，这种势能叫做弹性势能（elastic potential energe)。 2.弹簧的弹性势能与弹力做功的关系 WF弹＝EP1－EP2＝ -△ EP 3、弹簧弹性势能影响因素 （1）在弹性限度内，弹簧的弹性势能跟弹簧被拉伸或压缩的长度（相对位置）有关。 （2）弹簧的弹性势能还跟弹簧的劲度系数有关。 重力势能是由地球和地面上物体的相对位置决定的； 弹性势能是由发生弹性形变的物体各部分相对位置决定的； 势能（位能）：系统间存在相互的作用力，从而具有与其相对位置有关的能量。 生：这是因为物体一旦处在一定高度时，就具有了一定的能量。而当它从所处的的高处落下时，这些能量就会以做功的方式释放出来。 学生实验: 学生回答情况3：我们可以把整个路径分成许多段很短的间隔，由于每一段都很小， 因而都可以近似地看作一段倾斜的直线。 设每段小斜线的高度差分别是，，，…， 则物体通过每段小斜线时重力做的功分别为 ，… （渗透微元法） 。 学生谈想法：重力势能是和位置有关的能量，物体在一个位置对应一个重力势能；重力做功可以度量物体重力势能的变化。如果重力做功和路径有关，假设物体在A的重力势能是，物体运动的不同路径对应重力做功不同，则对应物体重力势能变化是不一样的，这样物体在B点的重力势能就会有多个值。 学生回答：3mgh,2mgh,0,-mgh 学生：控制变量法。 学生：不表示 学生完成学案 1. 如果物体由高处向低处运功时，重力做 ，WG 0，则EP1 EP2，重力势能 。 2. 如果物体由低处向高处运功时，重力做 ，WG 0，则EP1 EP2，重力势能 。 学生谈想法：物体重力势能与重力做功密切相关，而重力是地球与物体间的相互作用力，若离开了地球或物体，就谈不上重力，所以，重力势能是物体与地球所组成的“系统”所共有的。平常只说物体具有的重力势能，是一种简化的说法。 学生做类比 思考1：跳高运动过竿形式的发展历程，从重力势能的角度讨论不同过竿动作的技术特点，背越式跳高的优点。 思考2：影片中展示的武器“上帝之杖”真实威力有这么大吗？试用所学知识分析。
板书设计§8-2 重力势能 影响重力势能大小的因素：1. 质量 2. 高度 一、重力的功 WG=mgh1-mgh2=mgh 重力做功只与始末位置的高度差有关，而与路径无关。 二、重力势能 1.表达式：EP=mgh 2.单位：焦耳（J）1J=1kg m2/s2 3.标量：没有方向 4.重力势能具有相对性：相对于参考平面而言 重力势能有正负：1. 表示位置 2. 表示大小 三、重力做功与重力势能变化的关系： WG=mgh1-mgh2 或WG=EP1-EP2 或 WG=△EP 四、重力势能具有系统性：物体和地球所共有