2.2 势能的改变 教案 (5)

势能的改变教学设计
（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解释和分析物理形象．
（三）情感态度与价值观
通过小组合作学习让每个同学体会到责任和义务以及尊重，学会同学间相互取长补短，感受合作学习的快乐，通过对新知识的研究，体会物理规律与生活的联系，激发探索未知世界的乐趣。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．
学习重点：重力势能的概念及重力做功跟物体重力势能改变的关系。
学习难点：重力势能的系统性和相对性。
教学过程：师：提出问题：运动的物体具有能量，被举高的物体有没有能量？
多媒体投影水电站图片，提出问题：大家都知道水力发电站是用水来发电的，为什么要修那么高的大坝？水是利用了什么能来发电的？
多媒体投影打桩机的图片，提出问题：打桩机中被举高的重锤是否具有能量呢？如果有，那么它的能量是从哪里来的？为了能理解以上问题这节课我们就来学习新的内容——势能的改变
(一)
重力势能
请同学们分析、讨论以上提出的问题并引导学生归纳出重力势能的定义。
定义：物体处于一定的高度而具有的能叫做重力势能
提出问题：物体重力势能的大小可能与哪些因素有关？
请同学们猜想
演示实验
【提供实验器材：铁球(大小、质量均不同的两个)、透明玻璃容器、沙子】
在一个透明的玻璃容器内装上沙子。
实验一：将不同的两铁球从同一高度释放，观察铁球落在沙子中的深度。
实验二：用一个铁球从不同高度释放，观察铁球落在沙子中的深度。
学生回答观察的现象：铁球的释放高度越大，铁球落在沙子中的深度越大。质量大的铁球落在沙子中的深度越大。
归纳上述演示，我们可以定性得到：重力势能跟物体的质量和高度都有关系，且物体的质量越大，高度越高，重力势能就越大。
提出问题：那么，怎样来定量表示重力势能呢？
实验演示及解答问题：
投影片出示问题：让质量为ｍ的小球从高度为h1的A点下落到高度为ｈ2的B点，重力所做的功为多少
学生求解得到：
重力所做的功为：
WG＝ｍｇΔｈ＝ｍｇ（ｈ１－ｈ２）
让学生研究上式的物理意义：
重力所做的功等于ｍｇｈ这个量的变化，所以在物理学中就用ｍｇｈ这个式子来表示物体的重力势能.
板书：重力势能公式：EＰ＝mgh
　EＰ
物体的重力势能
焦（J）
　　ｍ→物体的质量
千克（kg）
　　ｇ→重力加速度→(米每二次方秒)s2/ｍ
　　ｈ→物体的高度→米（ｍ）
让学生推导重力势能的单位
∵１kg·ｍ/s2·ｍ＝１Ｎ·ｍ＝１J
∴重力势能的单位是焦耳。
　重力势能是标量
多媒体投影问题：一个质量为10kg的物体,把它放置在一张高1m的桌面上,则此物体的重力势能是多少呢？（取g=10ｍ/s2）
根据学生回答让学生讨论：为什么同一个问题会得到不同的答案？
提出重力势能的相对性：重力势能EＰ＝mgh
中h是相对于某个水平面来说的,这个水平面上h=0,重力势能也为零,这个水平面叫做零势能参考平面。通常也叫零势面。参考水平面的选取是任意的，选择哪个水平面作为参考平面,可视研究问题的方便而定。通常选择地面作为参考平面。
选择不同的零势面，重力势能是不同的。h是所处位置的平面到参考水平面的距离。
物体位于参考平面上方,h>0,重力势能是正值,
物体位于参考平面下方,h<0,重力势能是负值,表示物体在该位置具有的重力势能比它在参考水平面上面具有的重力势能少。
教师：前面我们学过了功是能量变化的量度，重力势能的变化也可用做功表示出来。我们知道力对物体做了多少功，物体的能量就将变化多少，那么同学们猜想重力所做的功与物体重力势能的变化之间有什么关系
（二）重力做功与重力势能的改变
教师：我们用
来表示物体在初位置的重力势能，用
来表示物体在末位置的重力势能，则
学生讨论得到：
　　当物体由高处运动到低处时，ｈ１>ｈ2，WＧ>０
∴
　
　当物体由低处运动到高处时，ｈ１<ｈ2，WＧ<０
∴
教师总结：重力做正功时，重力势能减少，减少的重力势能等于重力所做的功。物体克服重力做功(重力做负功)时，重力势能增加，增加的重力势能等于物体克服重力所做的功。
阅读教材中讨论与交流：
学生讨论得出：重力所做的功相同，因为重力所做的功等于重力势能的减少量，而重力势能的减少量ｍｇ（ｈ１－ｈ2）是一定的。
教师：由此得到：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。
(三)弹性势能的改变
　　1.演示
　　装置如图所示：将一弹簧压缩不同程度
观察现象．
　　取一个硬弹簧，一个软弹簧，分别把它们压缩相同程度，观察现象．
　　2.学生叙述实验现象
　　实验1中：当弹簧压缩程度越大时，弹簧把木块推的越远．
　　实验2中：两根等长的软、硬弹簧，压缩相同程度时，硬弹簧把木块弹出的远．
3.上述实验中，弹簧被压缩时，要发生形变，在恢复原状时能够对木块做功，我们说弹簧具有能，这种能叫弹性势能．
4.教师：同学们能举几个物体具有弹性势能的例子吗
　　学生：卷紧的发条，被拉伸或压缩的弹簧，拉弯的弓、击球时的网球拍或羽毛球拍、撑杆跳高时的撑杆等．
5.教师分析上述各例中弹性势能和形变程度之间的关系，学生总结得到：形变程度越大，弹性势能也越大．　　
6.教师：到现在为止，我们已学习了两种势能：重力势能和弹性势能．对于重力势能，其大小由地对于弹性势能，其大小由形变程度决定，而形变程度不同，发生形变的物体的各部分相对位置也会发生变化，得到：
①势能也叫位能．
　　②势能具有系统性：重力势能是物体和地球组成的系统共有的，弹性势能是物体的各部分所共有的。
知识应用：用投影片出示思考题：
1.关于重力做功和物体的重力势能，下列说法中正确的是
　　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.物体在运动过程中，克服重力做功为50
J，则
　　A.重力做功为50
J
　　B.物体的重力势能一定增加50
J
　　C.物体的动能一定减少50
J
　　D.重力做了50
J的负功
3.以40
ｍ/s的初速度竖直向上抛出一个物体，经过ｔ秒后，物体的重力势能是动能的3倍，ｇ＝10
ｍ/s2，则ｔ的大小为A.2秒
　B.3秒　　C.4秒 　D.5秒
课堂小结
1.势能由物体间的相互作用而产生，由它们的相对位置而决定．
　　2.势能是标量，单位是焦耳．
　　3.重力对物体所做的功与物体的运动路径无关，只跟物体运动的始、末位置有关，重力所做的功等于物体始、末位置的重力势能之差．
　　4.重力势能是地球和地面上的物体共同具有的，一个物体的重力势能的大小与参考平面的选取有关．