2020-2021学年鲁科版（2019）必修第二册 1.4势能及其改变 教案

2020-2021学年鲁科版（2019）必修第二册
1.4势能及其改变 教案
1、理解重力势能的概念，会用重力势能的定义式进行计算。知道重力势能具有相对性和系统性；
2、能推导并理解重力做功与路径无关的特点，在推导中体会分析综合、推理论证、从特殊情况到一般规律的科学思维方法；
3、知道重力势能的变化与重力做功的关系，并能解释生产生活中的有关问题；
4、了解弹性势能变化与弹力做功的关系，并能解释实际问题。进一步形成能量变化可用功来量度的观念；
5、能借助实验探究重力势能和弹性势能与哪些因素有关，体会科学探究的过程，感受发现物理规律的乐趣。
1、重力势能的定义（重点）
2、重力势能的相对性（重点）
3、重力做功及重力势能改变的关系（难点）
4、重力做功的特点（难点）
5、弹性势能（重点）
教师要求
教学课件
学生要求
预习新课内容
一、导入新课
松软的白雪给人以恬静、美丽的印象。然而发生雪崩时，雪会以排山倒海之势摧毁沿途的一切，给自然界和人类带来灾难。雪崩破坏力强大是由于积雪处在一定高度而具有巨大的能量。这种能量有什么特点？它与积雪所处的高度有什么关系？与重力又有什么关系？本节将主要学习与重力势能及其改变有关的内容。
二、新课教学
（一）重力势能
物理学中，把物体因为处于一定的高度而具有的能量称为重力势能。
教师提出问题：重力势能可能与那些量有关？
教师引导：如果轻重不同的石头从同一高度落下来砸到沙地上，你想一想会出现什么现象呢？同一块石头从不同高度落下来，砸到沙地上，又会出现什么现象呢？
学生思考后得出结论：重力势能应该与物体的重力大小、所处的高度有关。
【教师】播放课件中《影响小球重力势能大小的因素》视频。
【教师】总结：
1.定义：物体的重力mg与其所处位置的高度h的乘积mgh，叫作重力势能。
2.表达式：Ep=mgh。
3.重力势能为标量。
4.重力势能的单位：焦耳（J）1J=1kg·m/s2·m=1N·m。
教师设置例题：如图所示，以地面为参考平面，计算小球在1和2位置的重力势能。(m=10kg，h1=3m，h2=1m，g取10m/s2)
学生活动：独立完成计算。
答案：Ep1=300J，Ep2=100J。
（二）重力做功与重力势能改变的关系
【教师】我们知道，滑雪者靠重力可沿山坡滑下。下面，我们通过对滑雪者滑雪模型的建构，进一步探索重力做功与重力势能改变的关系。
首先，建构滑雪者及其滑雪过程的物理模型。将滑雪者视为质量为m的物体（质点），物体从A点滑向C点，位移为l，与竖直方向的夹角为θ，A点的高度为h1，C点的高度为h2。物体从A点到C点过程中，重力做功为多少？
【学生】根据功的定义，物体从A点到C点过程中，重力做功为
【教师】上式的结果正好等于物体从A点竖直下落到B点过程中重力所做的功。这表明，从A点到B点和从A点到C点，虽然路径不同，但重力做的功是相同的。
【教师总结】理论上可证明，无论物体沿哪条路径下滑，其重力做功皆为。由此可知，重力做功与始末位置的高度差有关，与路径无关。因此，滑雪者无论沿什么路线下滑，无论雪坡平缓还是陡峭，只要其始末位置的高度差相同，重力做功就相同。
【教师】重力做功与重力势能改变的关系是什么关系呢？
【学生】重力做功WG=Ep1－Ep2=－ΔEp式中，Ep1=mgh1，表示物体在初位置时的重力势能；Ep2=mgh2，表示物体在末位置时的重力势能。物体从高处下落的过程中，WG>0，重力做正功，Ep1>Ep2，重力势能减小；物体被举高的过程中，WG<0，重力做负功，即物体克服重力做功，Ep1【教师总结】重力势能的改变是由重力做功决定的：重力对物体做多少正功，物体的重力势能就减小多少；物体克服重力做多少功，物体的重力势能就增大多少。物体的重力势能值与参考平面的选取有关，是相对的；而重力势能的改变量与参考平面的选取无关。
（三）弹性势能及其改变
【教师】在射箭比赛中，运动员的手一松开，拉开的弓在恢复原状的过程中就能把箭发射出去。可见，发生弹性形变的物体在恢复原状的过程中能够做功，说明它具有能量。物理学中，把物体因为发生弹性形变而具有的能量称为弹性势能。拉开的弓弦、上紧的钟表发条等都具有弹性势能。想一想弹性势能与什么因素有关？
【教师活动】在课件中播放“研究弹性势能”视频。
【学生】物体的弹性形变越大，具有的弹性势能就越大，恢复原状时对外做的功就越多。
【教师总结】随着弹簧迅速恢复到原状，弹性势能也减小到零，弹簧也就不再对外做功与重力做功的情况类似，弹簧的弹力对外做多少功，弹性势能就减小多少；反之，克服弹力做多少功，弹性势能就增大多少。
弹性势能和重力势能一样，都与物体间的相对位置有关：重力势能与物体和地球的相对位置有关，弹性势能与发生弹性形变的物体各部分的相对位置有关。人们把这类由相对位置决定的能量称为势能。势能是存储于一个物体系统内的能量，不是物体单独具有的，而是相互作用的物体所共有的。
三、课堂小结
1.重力做功只与物体的初末位置有关，与物体运动的路径无关。
2.重力势能
（1）定义式：Ep=mgh
（2）与重力做功的关系：WG=Ep1－Ep2
3.重力势能具有相对性和系统性。
4.发生弹性形变的物体的各部分之间，由于有弹力的相互作用，也具有势能，这种势能叫作弹性势能。
四、作业设计
完成课本第21、22页练习题
1.下列说法中正确的是( )
A.物体在拉力的作用下向上匀速运动，拉力做的功是1 J，物体的重力势能的增加量小于1 J
B.物体受拉力作用向上匀速运动，拉力做的功是1 J，物体重力势能的增加量大于1 J
C.物体运动，重力做的功是，物体的重力势能的增加量大于1 J
D.在没有摩擦时物体由A沿直线运动到B，克服重力做的功为1 J，有摩擦时物体由A沿曲线运动到B，克服重力做的功等于1 J
答案：D
解析：物体受拉力作用向上匀速运动，重力大小等于拉力，拉力做功1 J，重力做功为，物体重力势能的增加量等于1 J，A、B错误；重力做的功是，物体的重力势能的增加量等于1 J，C错误；重力做功只与初、末位置有关，故有无摩擦时，克服重力做功都等于1 J，D正确。
2.质量为m的小球，从离桌面H高处由静止下落直至落地.已知桌面离地高度为h，如图所示.若以桌面为零势能参考平面，那么小球落地时的重力势能及小球整个下落过程中重力做的功分别为（地球表面的重力加速度为g）( )
A., B., C., D.,
答案：B
解析：以桌面为零势能参考平面，地面离零势能参考平面的高度差为，物体重力势能为，物体下落的高度差为，所以重力做功为，故选B。
3.如图所示，质量为m的物体静止在地面上，物体上面连着一个轻弹簧，用手拉住弹簧上端上移H，将物体缓缓提高h，拉力F做功，不计弹簧的质量，则下列说法正确的是( )
A.重力做功，重力势能减少
B.弹力做功，弹性势能增加
C.重力势能增加，弹性势能增加
D.重力势能增加，弹性势能增加
答案：D
解析：可将整个过程分为两个阶段：一是弹簧伸长到m刚要离开地面阶段，拉力克服弹力做功，等于弹性势能的增加；二是弹簧长度不变，物体上升h，拉力克服重力做功，等于重力势能的增加，又由可知A、B、C错，D对。
势能及其改变
1.重力势能
（1）定义：物理学中，把物体因为处于一定的高度而具有的能量称为重力势能
（2）定义式：Ep=mgh（h是物体相对参考平面的高度）
（3）矢量性：重力势能是标量
（4）单位：在国际单位制中都是焦耳，符号J
2.重力做功与重力势能改变的关系
（1）关系：WG=Ep1－Ep2
（2）参考平面：我们一般先选定某一个水平面作参考。若把这个水平面的高度设为零，则物体在该水平面的重力势能也为零，这样的水平面称为零势能参考平面。
注意：物体的重力势能值与参考平面的选取有关，是相对的；而重力势能的改变量与参考平面的选取无关。
3.弹性势能及其改变
（1）定义：物理学中，把物体因为发生弹性形变而具有的能量称为弹性势能
（2）关系：