4.2动能势能 教案1

动能 势能
一、教学目的：
1．知道做功的过程就是物体能量的转化过程。知道功是能量转化的量度。
2．正确理解动能的概念，会用动能的定义式进行计算．
3．理解重力势能的概念和相对性，会用重力势能的定义式进行计算．
　 4．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．
　 5．了解弹性势能
二、重点难点：
1．重力势能以及重力势能的变化与重力做功的关系.
三、教学过程
（一）引入新课
复习提问：在初中，我们已经学过关于能的初步知识，请说出学过哪几种形式的能？
（机械能、热能、电能、化学能等）。
不同形式的能量是可以相互转化的，各种形式的能量之间的转化是由什么量来量度呢？
（二）进行新课
一．提问：请同学们举出课本里的物体能够做功的例子。
（引导学生分析物体能够做功的共同点就是都有做功的本领-----能）
1．一个物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量
提问：我们知道，各种不同形式的能量可以相互转化，而且在转化过程中守恒，那么在这个转化过程中，功扮演着怎样的角色？
2．功是能量转化的量度
转化过程中，转化了的能量的多少可以用做功的多少来量度．功这个物理量重要的意义在于它表示了有多少数量的能从一种形式转化为另一种形式，做功的过程就是物体能量的转化过程,做了多少功，就表示有多少能量发生了转化．
知道了功和能的这种关系，就可以通过做功的多少，定量地研究能量及其转化的问题了。
二.动能
（1）定义：在物理学中用这个量表示物体的动能，动能的符号为Ek=.
（2）单位：在国际单位制中，动能的单位是：1kg.m2/s2=1N.m=1J.
（3）动能是标量，只有大小，没有方向。
（4）动能是一个状态量，是针对某物体在某时刻而言。因此，动能表达式中的v只能是瞬时速度。
例题1：质量m=3kg的物体以v0= 5m/s的初速度竖直上抛，经过一段时间后，速度变为竖直向下的vt=4m/s，求这段时间内物体动能的变化量。
（学生独立分析，教师巡回指导）
三．重力势能的大小与什么因素有关呢？
怎样定量地表示重力势能呢？
把一个物体举高，要克服重力做功，同时物体的重力势能增加。一个物体从高处下落，重力做功，同时重力势力能减小。可见重力势能跟重力做功有密切关系。
如图1所示，设一个质量为m的物体，从高度为h1的A点下落到高度为h2的B点，重力所做的功为：
WG=mgΔh=mgh1-mgh2
我们可以看出WG等于mgh这个量的变化。在物理学中就用这个物理量表示物体的重力势能。重力势能用EP来表示。
1．重力势能
（1）定义：由于物体被举高而具有的能量。
（2）重力势能的计算式：EP=mgh.
即物体的重力势能等于物体的重量和它的高度的乘积。
（3）重力势能是标量，其单位与功的单位相同，在国际单位中 都是焦耳(J)
2．对EP=mgh的理解：
（1）式中h应为物体重心的高度。
（2）重力势能具有相对性，是相对于选取的参考面而言的。因此在计算重力势能时，应该明确选取零势面。
（3）重力势能可正可负，在零势面上方重力势能为正值，在零势面下方重力势能为负值。
（4）选取不同的零势面，物体的势能值是不同的，但势能的变化量不会因零势面的不同而不同。
3．重力势能的变化和重力做功的关系
引导学生进一步分析：图1中，重力做正功，重力势能减少，减少的重力势能转化为物体的动能了。重力势能的变化是否在任意情况下都等于重力所做的功？重力做功有什么特点？
讨论课本P64的讨论与交流1：
重力做功WG=Fssinθ=mgh1-mgh2
由此发现重力做功与路径无关，只跟初末位置高度有关，物体减少的重力势能仍等于重力所做的功。
师生共同总结出重力势能变化只与重力做的功有关，两者关系如下：
当物体由高处运动到低处时，重力做正功，重力势能减少。减少的重力势能等于重力所做的功。
当物体由低处运动到高处时，重力做负功，即物体克服重力做功，重力势能增加。增加的重力势能等于克服重力所做的功。
引导学生总结出重力做功的特点：
4．重力做功的特点：重力所做的功只跟初始位置的高度和末位置的高度有关，跟物体的运动路径无关。
5．弹性势能：发生弹性形变的物体，在恢复原状时能够对外界做功，我们把物体因发生弹性形变而具有的势能叫弹性势能。
引导学生举些具有弹性势能物体的实例。如张紧的弓、卷紧的发条、位伸或压缩的弹簧、击球时的网球拍等都具有弹性势能。初步了解弹簧所具有弹性势能的大小与什么因素有关。
分析：弹簧被拉伸或压缩的长度越大，恢复原状时对外做的功就越多，弹簧的弹性势能就越大。弹簧的弹性势能不跟弹簧的劲度有关，被拉伸或压缩的长度相同时，劲度越大的弹簧弹性势能越大。
重力势能和弹性势能是由相互作用物体的相对位置决定的，所以势能又叫位能。今后还将学习其它形式的势能。
【例题2】沿着高度相同，坡度不同，粗糙程度也不同的斜面向上拉同一物体到顶端，以下说法中正确的是：
A．沿着坡度小、长度大的斜面上升克服重力做的功多；
B．沿长度大、粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功多；
C．沿长度大、粗糙程度小的斜面上升克服重力做的功多；
D．上述几种情况重力做功同样多。
学生先做，老师再评讲。正确答案为D。
（三）课堂小结：
1．重力势能：由于物体被举高而具有的能量；重力势能的计算式：EP=mgh.，即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，其单位与功的单位相同，在国际单位中都是焦耳。
2．重力做功的特点：重力所做的功只跟初始位置的高度和末位置的高度有关，跟物体的运动路径无关。
3．弹性势能：发生弹性形变的物体，在恢复原状时能够对外界做功，我们把物体因发生弹性形变而具有的势能叫弹性势能。
（四）课外作业：把练习(4)、(5)题做在作业本上。
说明：
1．重力势能以及重力势能的变化与重力做功的关系，是同时引人的，理由与上一节同时引人动能和动能定理是相同的。
2．重力做正功时，重力势能减少；克服重力做功（重力做负功）时，重力势能增加。这个结论与动能定理的表述不一致，学生往往不理解。教师最好能举出一些实例，从能量转化的角度加以分析，解开学生的困惑。例如在自由落体运动中，重力做正功，重力势能减少，同时由动能定理可知，动能增加，重力势能转化动能。这样做，也可为下一节讲解机械能守恒定律做好准备。
3．重力所做的功只跟物体初位置的高度h1和末位置的高度h2有关，跟物体运动的路径无关。这一点，只要求学生知道。