新人教版高中物理必修二 同步学案
第七章 机械能守恒定律
第四节 重力势能
【学习目标】
一、知识目标
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、能力目标
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、德育目标
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
【学习课时】
1课时
【探究学习】
用投影片出示本节课的学习目标
1.理解重力势能的概念，会用重力势能的定义式进行计算.
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.
学习目标完成过程：
一、复习导入
教师：打桩机的重锤从高处落下时，可以把水泥桩打进地里，为什么
学生：因为重锤具有重力势能.
教师：那么什么是重力势能
学生：物体由于被举高而具有的能量叫重力势能.
演示实验：
在一个透明的玻璃容器内装上沙子.
实验一：用一个铁球从不同高度释放，观察铁球落在沙子中的深度.
实验二：用大小不同的两个铁球从同一高度释放，观察铁球落在沙子中的深度.
学生回答观察到的现象：
在实验一中，铁球的释放高度越大，铁球落在沙子中的深度越大.
在实验二中，质量大的铁球落在沙子中的深度大.
教师：通过上述演示，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，高度越大，重力势能就越大.
引入：那么，怎样定量地表示重力势能呢
板书课题：重力势能
二、新课教学
(一)重力势能
1.教师举例
把一个质量为ｍ的物体竖直向上抛出，在它上升和下落的过程中，重力分别做什么功 重力势能如何变化
学生：上升过程中，物体克服重力做功(重力做负功).物体的重力势能增大.
下落过程中，重力做正功，物体的重力势能减小.
教师：前边我们学过了功和能之间的关系，我们知道力对物体做了多少功，物体的能量就将变化多少，那么同学们认为重力所做的功与物体重力势能的变化之间有什么关系
学生：重力所做的功等于物体重力势能的变化.
2.上边我们定性分析了重力所做的功等于物体重力势能的变化，下边我们再来分析一个例子：
①用投影片出示问题：
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，重力所做的功为多少
②学生求解得到：
重力所做的功为：WG＝ｍｇΔｈ＝ｍｇ（ｈ１－ｈ２）
③教师：前边我们结合功和能的关系分析得到重力所做的功等于物体重力势能的变化，而我们经过推导又得到重力所做的功等于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：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）
④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，并把上述板书补充完整.
⑤重力势能是标量
3.据重力做功与重力势能变化之间的关系进行讨论：
①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
②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 ∴
③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.
4.讨论：如图所示，物体从高为h1处运动到高为ｈ2处，运动的路径有无数条，讨论在这些运动过程中，重力所做的功是否相同.
学生：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.
(二)重力势能的相对性
教师：有一个物体放在三楼顶，每层楼高ｈ，则该物体的重力势能为多大
学生：3mgh；mgh；2mgh.
教师：同一个物体的重力势能，为什么会有三个不同的值呢
学生：是由于所选高度的起点不同而造成的.
教师：我们把所选高度的起点处的平面叫参考平面，第一位同学以一楼地面为参考水平面得到物体的重力势能为3mgh，第二位同学是以三楼地面为参考平面，则物体的重力势能为mgh，同理第三位同学是以二楼地面作为参考平面，得到的重力势能为2mgh.
板书：①参考平面的选取是任意的.
②选取不同的参考平面，物体的重力势能的数值是不同的.
③通常选地面为参考平面.
(三)弹性势能
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
实验一中：当弹簧压缩程度越大时，弹簧把木块推的越远.
实验二中：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.
板书：发生形变的物体，在恢复原状时能够对外做功，因而具有能量，这种能量叫做弹性势能.
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，其大小由地球和地面上物体的相对位置决定，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.
三、巩固练习
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】
本节课我们学习了：
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. 新人教版高中物理必修二 同步试题
第七章 机械能守恒定律
第四节 重力势能
【试题评价】
1.关于重力势能的理解，下列说法正确的是
A.重力势能是一个定值
B.当重力对物体做正功时，物体的重力势能减少
C.放在地面上的物体，它的重力势能一定等于0
D.重力势能是物体和地球共有的，而不是物体单独具有的
2．以下说法中，正确的是：
A．重力势能大的物体，离地面高度大；
B．重力势能大的物体，所受重力一定大；
C．重力势能大的物体，质量不一定大；
D．重力势能大的物体，速度不一定大。
3．质量相同的实心木球和铜球，放在同一水平桌面上，则它们的重力势能是：
A．木球大； B．铜球大； C．一样大； D．不能比较。
4．以下叙述中正确的是：
A．重力对物体做功越多，物体的重力势能越少；
B．物体克服重力做功越多，物体的重力势能越少；
C．重力对物体不做功，物体的重力势能一定为零；
D．物体没克服重力做功，物体的重力势能不一定为零。
5. 如图2-4-2所示，桌面离地高为h，质量为m的小球从离桌面高为H处自由下落，不计空气阻力，假设桌面为零势能的参考平面，则小球在图示位置处的重力势能 （ ）
A、mgh B、mgH
C、mg（H+h） D、mg（H-h）
6.物体在运动过程中，克服重力做功50J，则( )
A.重力做功为50J B.物体的重力势能一定增加50J
C.物体的重力势能一定减小50J D.重力做功为-50J
7.用起重机将质量为m的物体匀速地吊起一段距离，那么作用在物体上各力的做功情况应该是下面的哪种说法
A.重力做正功，拉力做负功，合力做功为零
B.重力做负功，拉力做正功，合力做正功
C.重力做负功，拉力做正功，合力做功为零
D.重力不做功，拉力做正功，合力做正功
8.井深8m，井上支架高为2m，在支架上用一根3m长的绳子系住一个重100N的物体，则物体的重力势能是(以地面为参考平面)( )
A.100J B.700J C.－100J D.无法确定
9.甲、乙两物体，，从很高的同一处自由下落2s，重力做功之比________，对地面的重力势能之比________.
10.如图2-4-3所示，质量为m的物体，放于水平面上，物体上竖直固定一长度为l、劲度系数为h的轻质弹簧，现用手拉住弹簧上端P缓慢向上提，使物体离开地面上升一段距离在这一过程中，若P端上移的距离为H，求物体重力势能的增加量.
答案
1.BD 2．CD 3．A 4．AD 5.B 6.BD 7.C 8.C 9.5:1,5:1 10.
【错题集锦】
题号 错误原因 对错误的认识 更正方法
2-4-2
2-4-3
