2020-2021学年高一下学期物理人教版必修二第七章第四节 重力势能 教案

重力势能
教
学
目
标
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。过程与方法
用所学功的概念推导重力做功与路径的关系，亲身感受知识的建立过程。情感、态度与价值观
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。
教学重难点
教学重点
重力势能的概念及重力做功跟物体重力势能改变的关系。教学难点
重力势能的系统性和相对性。
教
学
方
法
探究、讲授、讨论、练习
教
学
手
段
教学准备
教学活动
[新课教学]一、重力的功
[课堂训练]1．沿着高度相同，坡度不同，粗糙程度也不同的斜面向上将同一物体拉到顶端，以下说法正确的是（
）A．沿坡度小、长度大的斜面上升克服重力做的功多
B．沿坡度大、粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功多
C．
沿坡度大、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
2．将一物体由A移至B，重力做功（
）
A．与运动过程中是否存在阻力有关
B．与物体沿直线或曲线运动有关
C．与物体是做加速、减速或匀速运动有关
D．与物体发生的位移有关
参考答案
1．D
解析：重力做功的特点是与运动的具体路径无关，只与初末状态物体的高度差有关，不论光滑路径还是粗糙路径，也不论是直线运动还是曲线运动，只要初末状态的高度差相同，重力做的功就相同。
2．D
解析：重力做功只与重力方向上发生的位移有关，与物体运动所经过的路径，与物体的运动状态都没有关系二、重力势能
[实验与探究]
探究影响小球势能大小的因素有哪些。
准备两个大小相同的小球：一个钢球、一个木球，再盛一盆细沙。如图。5．4—l所示。在沙盆上方同一高度释放两个小球，钢球的质量大，在沙中陷得较深些。
让钢球分别从不同的高度落下，钢球释放的位置越高，在沙中陷得越深。
请同学们亲自做实验探究一下重力势能的大小与哪些因素有关。
学生阅读课文，可以把问题用多媒体投影到大屏幕上。
师：怎样定义物体的重力势能？
生：我们把物理量mgh叫做物体的重力势能。
师：为什么可以这样来进行定义？生：这是因为mgh这个物理量的特殊意义在于它一方面与重力做功密切相关，另一方面它随高度的变化而变化。
师：重力势能的表达式是什么？用文字怎样叙述？
生：Ep=mgh，物体的重力势能等于它所受到的重力与所处高度的乘积。
师：重力势能是矢量还是标量？
生：与所有的能量一样，重力势能也是标量。
师：重力势能的单位是什么？符号是什么？
生：重力势能和其他能量一样，它们的单位和功的单位相同，都是焦耳，符号是J。
师：重力势能与什么因素有关？你能否列举生活中的实例加以说明？
生：根据重力势能的表达式，重力势能与物体所受到的重力和物体的相对高度有关。例如塔吊上吊着的重物比较可怕，但是当这个重物被放下之后就不再可怕了，因为物体被放下之后重力势能减少了；再例如树梢上的树叶，虽然所处位置比较高，但是由于它受到的重力比较小，所以它虽然比塔吊上的物体可能还高，但是我们并不感觉害怕它。
师：刚才这位同学分析得非常好。根据重力势能的定义式，它和重力做功的表达式非常相似，么它们之间的关系是什么呢？
生：当物体由高处向低处运动时，重力做正功，物体重力势能减少，也就是WG>0，Ep1>Ep2；当物体从低处运送到高处时，重力做负功（或者说物体克服重力做功），重力势能增加，也就是WG<0，Epl师：它们的数值具体用一个公式应该如何表示？
生1：它们之间的关系应该是WG＝△Ep
生2：当物体受到的重力做正功时，物体重力势能减少；当物体克服重力做功时，物体重力势能增加，所以说重力势能的变化量和重力做功之间的关系应该是互为相反数，用公式表示应该为：WG＝-△Ep。
师（鼓励）：刚才这个同学补充得相当好。
（学生阅读思考。回答有关问题）
师：如果重力的功与路径有关，即对应于相同的起点和终点，重力对同一物体做的功，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？
生：当然不能，因为此时这个能量不能表示物体重力做功的实际情况。
师：当摩擦力对物体做功时，我们能不能定义有一个摩擦力势能存在呢？为什么？
生：不行，摩擦力做功与路径有关。
下面讨论与交流供老师参考。
[讨论与交流]
物体从A点出发，分别沿光滑斜面下滑和水平抛出到达同一位置B点（如图5．4—2所示）。不计阻力，重力所做的功相同吗？你认为重力做功与物体运动的路径有关吗？为什么？请与其他同学讨论交流。（课堂训练）（供老师们参考选用）
1．当重力做负功时（
）
A．重力势能一定增加
B．重力势能一定减少
C物体速度可能增大
D．物体速度可能减小
2．当重力对物体做正功时，物体的（
）A．重力势能一定减少，动能一定增加
B．重力势能一定增加，动能一定减少C．重力势能一定减少，动能不一定增加
D．重力势能不一定减少，动能也不一定增加
3．下列关于重力势能的说法，正确的是（
）
A．重力势能只跟物体所处的初末位置有关，与物体实际经过的路径无关
B．重力势能的变化，只跟重力做功有关，和其他力做功多少无关
C．重力势能是矢量，在地球表面以上为正，在地球表面以下为负
D．重力势能的变化量等于重力对物体做的功
4．质量是50kg的人沿着长150
m、倾角为30°的坡路走上土丘，重力对他所做的功是多少？他克服重力所做的功是多少？他的重力势能增加了多少？（g取10m／S2）
5．在排球比赛中，某运动员用400
N的力把质量为270
g的排球从2．8
m的高度扣向对方的场地内。在球被扣到落地的过程中，排球的重力势能变化了多少？（g取10m／S2
参考答案
1．ACD
2．C
3．AB解析：重力势能是跟相对位置有关的能量，势能的变化只跟重力做功有关，跟物体受不受其他力、其他力做不做功，以及物体的运动状态都没有关系。而且它是标量，但有正负，正值表明物体处在零势能参考平面上方，负值表明物体处在零势能参考平面下方。重力势能的变化量等于重力对物体做功的负值，也就是说，重力做正功，重力势能减少，减少量等于重力所做的功；重力做负功，重力势能增加，增加量等于克服重力所做的功。
4．-3．75×104J
3．75×104J
3．75×104J解析：重力对人做的功为WG＝mg／cos（90°+30°）=50×10×150×（-0.5）J＝-3．75×104J。人克服重力所做的功为3．75×104J，重力势能增加了3．75×104J
5．高度减小，重力势能减少了7．56J。
解析：Ep＝mg△h：0.270×10×2．8=7．56J。三、重力势能的相对性和系统性
（举例说明高度具有相对性，可以用身边的物体做实验，也可以投影演示）
师：我把课本放在桌面上，课本的高度是多少呢？
生1：大约是课桌的高度，约为1
m左右。
生2：不对，它比一楼地面高出4m左右（假设学生在二楼）。
师：这两位同学哪位同学错了呢？
生：两个同学都没错，只是选取的参考平面不同。
师：我们可以得到一个什么结论？
生：物体所处相同位置时它的高度值可能不一样，是因为高度的参考平面不同。
师：那么重力势能有没有相对性呢？
生：由于高度有相对性，所以重力势能也应该有相对性。
师：我们在研究一个物体重力势能时应该怎么办？
生：应该也选择一个参考平面，在这个平面上物体的重力势能值为零。
师（总结）：重力势能总是相对于某个水平面来说的，这个水平面叫参考平面。参考平面选取不同，重力势能的数值就不同。可见，重力势能具有相对性。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。选择不同的参考平面，物体的重力势能的数值是不同的，但并不影响研究有关重力势能的问题，因为在有关的问题中，有确定意义的是重力势能的差值，这个差值并不因选择不同的参考平面而有所不同。
师：那么重力势能是谁具有的呢？
生（齐声回答）：当然是物体具有的。
师：如果没有地球，有没有重力呢？
生（开始疑惑）：当然没有。
师：那么重力势能是谁具有的呢？
生：重力势能应该是物体与地球组成的系统共同具有的，而不是地球上某一个物体单独具有的，
师：不只是重力势能，任何形式的势能，都是相应的物体系统由于其中各物体之间，或物体内的各部分之间存在相互作用而具有的能，是由各物体的相对位置决定的。[课堂训练]
1.关于重力势能的几种理解，正确的是（
）
A．重力势能等于零的物体，一定不会对别的物体做功
B．放在地面上的物体，它的重力势能一定等于零
C．在不同高度将某一物体抛出，落地时重力势能相等
D．相对不同的参考平面，物体具有不同数值的重力势能，但并不影响研究有关重力势能[小结]
这节课内容不多但是非常重要，关键是如何研究势能，以后有关势能的学习，都可以从这节课的学习方法中得到借鉴。例如分子势能，弹性势能，特别是电势能的研究，更有很多类似的地方，所以这节课一定要加以重视。对于势能的学习，应该紧紧抓住力做功和对应势能的变化展开。在这一节中，围绕重力做功和重力势能的变化展开，知道重力势能是物体和地球组成的系统共同具有的，这一点学生往往容易忽略。知道重力势能具有相对性，但重力势能的变化量是不变的。所有这些知识，学生可能一时掌握不了，在今后的学习中还要注意逐步渗透。
学
生
活
动
作
业
板
书
设
计
一、重力的功与重力做功有关的因素：重力的大小和下落的高度大小。与物体的路径无关。
二、重力势能物体的重力势能等于它所受的重力和所处高度的乘积。
三、重力势能的相对性
1．重力势能与参考平面的选取有关。但重力势能的变化量与参考平面的选取无关。
2．势能是系统所共有的。
教学后记