人教部物理必修二 7.4 重力势能 教学设计
文档属性
| 名称 | 人教部物理必修二 7.4 重力势能 教学设计 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 490.7KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-08-25 14:35:47 | ||
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文档简介
重力势能
教材认真分析了重力做功与路径是否有关的问题。这样做的目的不是为了追求严密，而是想有助于学生形成严肃认真的科学态度。教材强调科学方法，引导学生用比较高的观点处理问题，只要求学生能够“跟”来，并不要求学生去重复。形成他们的“科学素质”。在讨论物体沿任意路径运动时重力做功的问题时，又一次用到了极限的思想。学生经过多次接触，对这样的方法逐渐就熟悉了。本节重力势能是机械能的重要内容。要从重力做功与路径无关的特点出发，理解建立重力势能概念的可能性，掌握重力势能的定义式，明确重力做功和重力势能变化的关系。
第一层次：实验探究。通过实验设计探究，寻找与重力势能有关的因素，感悟功能关系。
第二层次：理论归纳。课堂上创设情景，通过对小球沿不同路径下落的理论探究及归纳，认识重力做功与路径无关，得出mgh是具有特殊意义的物理量。
第三层次：实例分析。根据“说一说”及实例讨论，知道重力势能的相对性，从而掌握重力做功与重力势能变化的关系，初步建立势能是系统共有的概念。
2．教学方法上看：为了突出重点，突破难点，运用“实验（举例）──理论探究归纳──实例研究”的教学方法。具体地，将“实验操作、学生讨论与教师引导”融合在一起，让学生体验定性实验的研究方法；对观察现象、计算结果的分析，启发学生思索由现象结果发现问题，层层提出问题，逐步分析解决问题，从而体会“理论探究”的定量研究方法；在特定情景下实例、小实验的研究，从而激发学生探索自然，利用规律改造自然造福人类的精神，将情感目标融合课堂于“无形”之中。
3．教学效果上看：根据因材施教，保底拔尖的原则，练习题力争层次化、系统化，保证量与质的适变性。另外，选题既具有实际意义，体现“从生活到物理，从物理到社会”的新理念，又具有情感教育的功能。
设计流程
【知识与能力】
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和系统性。
【过程与方法】
1．根据已有的知识，利用极限的思想证明重力做功与路径无关；
2．根据功和能的关系，推导重力势能的表达式。使学生体会知识建立的方法。
【情感态度价值观】
从对生活中有关的物理现象观察、对已有知识的掌握得到物理结论，激发和培养学生探索自然规律的兴趣。
【教学重点】
重力做功与路径无关，重力势能的概念，重力势能的变化和重力做功的关系。
【教学难点】
重力势能的变化和重力做功的关系，重力势能的相对性和系统性。
多媒体素材、课件。
［新课导入］
说明物体由于被举高而具有重力势能。怎么样认识重力势能呢？
功与能是两个密切联系的物理量。物体的高度发生变化，重力势能发生变化，重力要做功。我们认识重力势能，不能脱离重力做功的研究。本节课将定量地学习与重力势能有关的问题。
［新课教学］
物体的高度发生变化时，重力要做功：物体被举高时，重力做负功；物体下降时，重力做正功。因此，认识这种势能，不能脱离对重力做功的研究。
一、重力的功
设一个质量为m的物体，从高度是h1的位置，竖直向下运动到高度是h2的位置，如图，这个过程中重力做的功是
WG＝mgh＝mgh1－mgh2
再看另一种情况。质量为m的物体仍然从上向下运动，高度由h1降为h2，但这次不是沿竖直方向，而是沿着倾斜的直线向下运动，如图。
当物体由低处运动到高处时，重力做负功（物体克服重力做功），重力势能增加，也就是WG＜0，EP1＜EP2。这时，重力势能增加的数量等于克服重力所做的功。
重力势能变化只与重力做功有关，与其他力做功无关。重力做功等于重力势能的减少量。
提醒学生注意公式中两个势能的先后位置和ΔEP前负号的意义（指减少量）。
【说一说】
如果重力的功与路径有关，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mgh叫做物体的重力势能吗？为什么？
四、重力势能的相对性
物体的高度h总是相对于某一水平面来说的，实际上是把这个水平面的高度取做0。因此，物体的重力势能也总是相对于某一水平面来说的，这个水平面叫做参考平面。在参考平面，物体的重力势能为0。
选择哪个水平面做参考平面，可视研究问题的方便而定。通常选择地面为参考平面。
选择不同的参考平面，物体的重力势能的数值是不同的，但这并不影响问题的研究，因为在与重力势能相关的问题中，有确定意义的是势能的差值，选择不同的参考平面对这个差值没有影响。
对选定的参考平面而言，上方物体的高度是正值，重力势能也是正值；下方物体的高度是负值，重力势能也是负值。重力势能为负，表示物体在这个位置具有的重力势能比在参考平面上具有的重力势能要少。
a．重力势能是相对的，选取不同的参考平面，重力势能的数值不同。只有参考平面选定后重力势能才有确定的值；
b．参考平面的选取是任意的，可视研究问题的方便而定。通常选地面为参考平面；
c．某两个位置的重力势能的变化与参考平面的选择无关；
d．重力势能的正负表示比零势能高还是低。
五、重力势能的系统性
必须指出的是，重力势能跟重力做功密切相关，而重力是地球与物体之间的相互作用力。也就是说，倘若没有地球，就谈不上重力。所以，严格说来，重力势能是地球与物体所组成的这个物体“系统”所共有的，而不是地球上的物体单独具有的。
我们一直在讲某物体的重力势能，是不是准确呢？由重力做功与重力势能的关系、重力的产生看，如果没有地球，就谈不上重力势能，因此，严格说，
重力势能是地球与物体这一系统所共有的，不是物体单独所有的，通常说某物体的重力势能是多少，只是一种简化的说法。
［小结］
本节课我们学习了重力势能，知道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。势能由相互作用的物体系统所共有，势能是标量，数值是相对的，单位也是焦耳。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。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。
［布置作业］
教材第61－62页“问题与练习”。
板书设计
4．重力势能
一、重力的功
物体运动时，重力对它做的功只跟它的起点和终点的位置有关，而跟物体运动的路径无关。
二、重力势能
1．概念
地球上的物体具有的和它的高度有关的能量，叫做重力势能。或物体由于被举高而具有的能量叫重力势能。
2．表达式
EP＝mgh
物体的重力势能等于它所受重力与所处高度的乘积。或等于物体的质量、重力加速度和它的高度三者的乘积。
3．重力势能是标量
4．单位
重力势能的单位与功的单位相同，在国际单位制中都是焦耳，符号为J。
1
J＝1
kg·m·s－2·m＝1N·m。
三、重力势能的变化和重力做功的关系
1．重力势能的变化和重力做功的定性关系
重力对物体做正功时，重力势能一定减小；重力对物体做负功时，重力势能一定增加。
2．重力势能的变化和重力做功的定量关系
WG＝EP1－EP2＝─ΔEP
重力势能变化只与重力做功有关，与其他力做功无关。重力做功等于重力势能的减少量。
四、重力势能的相对性
a．重力势能是相对的，选取不同的参考平面，重力势能的数值不同。只有参考平面选定后重力势能才有确定的值；
b．参考平面的选取是任意的，可视研究问题的方便而定。通常选地面为参考平面；
c．某两个位置的重力势能的变化与参考平面的选择无关；
d．重力势能的正负表示比零势能高还是低。
五、重力势能的系统性
重力势能是地球与物体这一系统所共有的，不是物体单独所有的，通常说某物体的重力势能是多少，只是一种简化的说法。
1
教材认真分析了重力做功与路径是否有关的问题。这样做的目的不是为了追求严密，而是想有助于学生形成严肃认真的科学态度。教材强调科学方法，引导学生用比较高的观点处理问题，只要求学生能够“跟”来，并不要求学生去重复。形成他们的“科学素质”。在讨论物体沿任意路径运动时重力做功的问题时，又一次用到了极限的思想。学生经过多次接触，对这样的方法逐渐就熟悉了。本节重力势能是机械能的重要内容。要从重力做功与路径无关的特点出发，理解建立重力势能概念的可能性，掌握重力势能的定义式，明确重力做功和重力势能变化的关系。
第一层次：实验探究。通过实验设计探究，寻找与重力势能有关的因素，感悟功能关系。
第二层次：理论归纳。课堂上创设情景，通过对小球沿不同路径下落的理论探究及归纳，认识重力做功与路径无关，得出mgh是具有特殊意义的物理量。
第三层次：实例分析。根据“说一说”及实例讨论，知道重力势能的相对性，从而掌握重力做功与重力势能变化的关系，初步建立势能是系统共有的概念。
2．教学方法上看：为了突出重点，突破难点，运用“实验（举例）──理论探究归纳──实例研究”的教学方法。具体地，将“实验操作、学生讨论与教师引导”融合在一起，让学生体验定性实验的研究方法；对观察现象、计算结果的分析，启发学生思索由现象结果发现问题，层层提出问题，逐步分析解决问题，从而体会“理论探究”的定量研究方法；在特定情景下实例、小实验的研究，从而激发学生探索自然，利用规律改造自然造福人类的精神，将情感目标融合课堂于“无形”之中。
3．教学效果上看：根据因材施教，保底拔尖的原则，练习题力争层次化、系统化，保证量与质的适变性。另外，选题既具有实际意义，体现“从生活到物理，从物理到社会”的新理念，又具有情感教育的功能。
设计流程
【知识与能力】
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和系统性。
【过程与方法】
1．根据已有的知识，利用极限的思想证明重力做功与路径无关；
2．根据功和能的关系，推导重力势能的表达式。使学生体会知识建立的方法。
【情感态度价值观】
从对生活中有关的物理现象观察、对已有知识的掌握得到物理结论，激发和培养学生探索自然规律的兴趣。
【教学重点】
重力做功与路径无关，重力势能的概念，重力势能的变化和重力做功的关系。
【教学难点】
重力势能的变化和重力做功的关系，重力势能的相对性和系统性。
多媒体素材、课件。
［新课导入］
说明物体由于被举高而具有重力势能。怎么样认识重力势能呢？
功与能是两个密切联系的物理量。物体的高度发生变化，重力势能发生变化，重力要做功。我们认识重力势能，不能脱离重力做功的研究。本节课将定量地学习与重力势能有关的问题。
［新课教学］
物体的高度发生变化时，重力要做功：物体被举高时，重力做负功；物体下降时，重力做正功。因此，认识这种势能，不能脱离对重力做功的研究。
一、重力的功
设一个质量为m的物体，从高度是h1的位置，竖直向下运动到高度是h2的位置，如图，这个过程中重力做的功是
WG＝mgh＝mgh1－mgh2
再看另一种情况。质量为m的物体仍然从上向下运动，高度由h1降为h2，但这次不是沿竖直方向，而是沿着倾斜的直线向下运动，如图。
当物体由低处运动到高处时，重力做负功（物体克服重力做功），重力势能增加，也就是WG＜0，EP1＜EP2。这时，重力势能增加的数量等于克服重力所做的功。
重力势能变化只与重力做功有关，与其他力做功无关。重力做功等于重力势能的减少量。
提醒学生注意公式中两个势能的先后位置和ΔEP前负号的意义（指减少量）。
【说一说】
如果重力的功与路径有关，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mgh叫做物体的重力势能吗？为什么？
四、重力势能的相对性
物体的高度h总是相对于某一水平面来说的，实际上是把这个水平面的高度取做0。因此，物体的重力势能也总是相对于某一水平面来说的，这个水平面叫做参考平面。在参考平面，物体的重力势能为0。
选择哪个水平面做参考平面，可视研究问题的方便而定。通常选择地面为参考平面。
选择不同的参考平面，物体的重力势能的数值是不同的，但这并不影响问题的研究，因为在与重力势能相关的问题中，有确定意义的是势能的差值，选择不同的参考平面对这个差值没有影响。
对选定的参考平面而言，上方物体的高度是正值，重力势能也是正值；下方物体的高度是负值，重力势能也是负值。重力势能为负，表示物体在这个位置具有的重力势能比在参考平面上具有的重力势能要少。
a．重力势能是相对的，选取不同的参考平面，重力势能的数值不同。只有参考平面选定后重力势能才有确定的值；
b．参考平面的选取是任意的，可视研究问题的方便而定。通常选地面为参考平面；
c．某两个位置的重力势能的变化与参考平面的选择无关；
d．重力势能的正负表示比零势能高还是低。
五、重力势能的系统性
必须指出的是，重力势能跟重力做功密切相关，而重力是地球与物体之间的相互作用力。也就是说，倘若没有地球，就谈不上重力。所以，严格说来，重力势能是地球与物体所组成的这个物体“系统”所共有的，而不是地球上的物体单独具有的。
我们一直在讲某物体的重力势能，是不是准确呢？由重力做功与重力势能的关系、重力的产生看，如果没有地球，就谈不上重力势能，因此，严格说，
重力势能是地球与物体这一系统所共有的，不是物体单独所有的，通常说某物体的重力势能是多少，只是一种简化的说法。
［小结］
本节课我们学习了重力势能，知道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。势能由相互作用的物体系统所共有，势能是标量，数值是相对的，单位也是焦耳。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。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。
［布置作业］
教材第61－62页“问题与练习”。
板书设计
4．重力势能
一、重力的功
物体运动时，重力对它做的功只跟它的起点和终点的位置有关，而跟物体运动的路径无关。
二、重力势能
1．概念
地球上的物体具有的和它的高度有关的能量，叫做重力势能。或物体由于被举高而具有的能量叫重力势能。
2．表达式
EP＝mgh
物体的重力势能等于它所受重力与所处高度的乘积。或等于物体的质量、重力加速度和它的高度三者的乘积。
3．重力势能是标量
4．单位
重力势能的单位与功的单位相同，在国际单位制中都是焦耳，符号为J。
1
J＝1
kg·m·s－2·m＝1N·m。
三、重力势能的变化和重力做功的关系
1．重力势能的变化和重力做功的定性关系
重力对物体做正功时，重力势能一定减小；重力对物体做负功时，重力势能一定增加。
2．重力势能的变化和重力做功的定量关系
WG＝EP1－EP2＝─ΔEP
重力势能变化只与重力做功有关，与其他力做功无关。重力做功等于重力势能的减少量。
四、重力势能的相对性
a．重力势能是相对的，选取不同的参考平面，重力势能的数值不同。只有参考平面选定后重力势能才有确定的值；
b．参考平面的选取是任意的，可视研究问题的方便而定。通常选地面为参考平面；
c．某两个位置的重力势能的变化与参考平面的选择无关；
d．重力势能的正负表示比零势能高还是低。
五、重力势能的系统性
重力势能是地球与物体这一系统所共有的，不是物体单独所有的，通常说某物体的重力势能是多少，只是一种简化的说法。
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