8.2 重力势能 教学设计
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文档简介
重力势能
一、任务分解
二、教学活动
任务1：重力势能及相关因素
问题情景：安全警示牌(如图1所示)和新闻视频（图2为截图）
问题
1.图1中甲、乙两幅是安全警示标志牌，此图在警示什么?石块对人车的损伤与什么因素有关?
2.为新闻报导了2018年03月9日东莞市塘厦镇某小区一名婴儿被坠落苹果砸伤（图2），为何苹果也能对人造成伤害？
3.重力势能的大小与什么因素有关？
教学建议：
（1）思维引导建议：图1中甲、乙两幅是安全警示标志牌，此图在警示高处的石块对人(车)可能造成损伤，即石块具有能量，初中已经知道被举高的物体具有重力势能，重力势能与什么因素有关?根据学生的生活经验不难猜想物体重力势能跟物体质量和高度有关，质量越大，重力势能越大、高度越高，重力势能越大。苹果虽然质量不大，但如果高度大，也能对人造成伤害。
（2）教学活动建议：对问题1、2、3，均可以让学生独立回答，其他学生补充。
任务2：重力做功的特点和重力势能表达式
问题情景：如图3所示，篮球抛出又落下；如图4，A位置时小球与参考平面间的高度为h1,B位置时小球与参考平面间的高度为h2。
问题
1.如图3所示，篮球上升和下降过程中重力分别做什么功?重力势能怎样变化?它们之间有关系吗？
2.要确定重力势能的表达式(定量关系)应该从何角度入手?为什么?
3.对图4中甲、乙所示，从A到B重力做了多少功？
4.对图4中丙所示，从A到B是曲线,如何计算重力做的功呢？
5.图4中甲、乙、丙三种情况，重力做功有什么特点?数据都等于什么?
6.为什么说“mgh”是一个具有特殊意义的物理量?应该用什么来定义它?
7.这个有特殊意义的物理量该怎样定义?如何表示?
教学建议：
（1）思维引导建议：引导学生分析篮球上升和下降过程重力做功与重力势能的变化之间的定性关系，使学生认识到功与能是两个密切联系的物理量，我们研究重力势能，应从研究重力做功开始。如何确定重力势能的定量表达式，从理论上探究三种情况下小球由A到B过程中重力所做的功，在过程丙中物体沿任意路径向下运动情况，学生会感到困难。在分析过程中要体现出微元(极限）思想，分步提出问题:
①物体沿曲线运动，根据已有的知识，重力做功能求出吗？（不能）怎么办？
②想一想我们能够解决的是什么样的情况？（物体沿直线运动过程重力做功，可以根据过程甲乙的计算结果进行计算。）
③回忆前面学习过的方法，可不可以“变曲为直”呢，怎么变？（将整个路径分成许多很短的间隔）
说“mgh”是一个具有特殊意义的物理量是mgh之差可以表示重力做功，mgh与我们对重力势能相关因素的猜想一致，如随质量、高度变化而变化。
（2）教学活动建议:对问题1，可让学生独立思考并回答的方式，对问题2，可让学生小组讨论并交流，必要时教师进行引导；对问题3要求学生独立计算并展示；对问题4，在学生思考的基础上小组讨论，再交流，教师根据需要进行引导；对问题5，可让学生独立回答；对问题6，在学生思考的基础上小组讨论，再交流，教师根据需要进行补充；对问题7，可由学生独立回答。
任务3：重力势能的相对性 、系统性
问题情景：如图5、6、7所示。
问题
1.如图5，三楼有一位同学在窗台上擦窗户。为防意外，经老师提醒后从窗台跳下，她会受伤吗？为什么?
2.设楼层高为3m、窗台高1m，该同学的质量为50kg，站在室外的教师和室内的同学认为该同学初、末状态的重力势能分别多大?重力势能的变化量分别多大?
3.通过分析以上数据，重力势能大小具有什么特性？重力势能的变化量是否也有这一特性?
4.如图6中,如何描述一本书的重力势能?书的重力势能是否一定是正值?参考平面该如何选择?
5.物体的重力势能是物体单独具有的吗？
6.如图7所示，请根据图片情景，以地板为参考平面。运动员举起了质量为160kg的杠铃，则举起前后的重心位置在哪里?重力势能约为多少?重力势能的变化量约为多大?
教学建议：
（1）思维引导建议：三楼有一位同学从窗台跳下，她会受伤吗？一般不会，因学生不会向外跳，只会向教室内跳。通过这个例子的交流讨论，让学生理解高度总是相对某一水平面来说的，物体的重力势能也是相对于某一水平面来说的，具有相对性。描述一本书的重力势能与参考平面的选取有关,如果选第三、第四、第五层作为参考平面，书的重力势能是负值。重力势能是物体与地球这个系统共有的，若没有地球，就无重力，也就没有重力势能
（2）教学活动建议:对问题1，可让学生独立思考后回答，其他同学补充；对问题2，要求学生独立求解并展示，其他同学参与评价；对问题3、4，可让学生独立思考后回答，其他同学补充；对问题5，可在独立思考的基础上小组讨论并回答，教师根据需要补充讲解；对问题6，可让学生独立计算，然后展示与评价。
任务4：弹性势能及相关因素
问题情景：如图8、9、10所示。
问题 导向的素养目标
1.图8中的撑杠、图9中的弓和图10中的卷紧的发条是否具有能量?这种能量与什么性质有关? 知道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，具有弹性势能(物理观念)
2.这种能量为什么也叫势能？ 知道弹性势能与重力势能相似,也是由相对位置决定的(物理观念)
3.弹性势能大小与什么因素有关？ 知道弹性势能不仅跟形变量的大小有关，还跟弹簧的劲度系数有关(物理观念)
教学建议：
（1）思维引导建议：从生活的经验学生知道弹性形变的物体具有能量，但为什么称势能认识不清。通过分析，对同样的弹簧，形变越大能量也越大，可引出形变不同可理解为相对位置不同，这种能量是与相对位置有关的能量，可以叫位能。而重力势能与高度有关，也可理解为与相对位置有关，所以也叫位能，因此物理学上把这种与相对位置有关的能统一称为势能。
（2）教学活动建议:对问题1，学生可独立思考后回答，其他同学补充；对问题2，学生可独立思考后回答，若回答不够清晰，教师可让学生阅读相关素材，小组讨论后再回答；对问题3，学生可独立思考后回答，其他同学补充。
2
一、任务分解
二、教学活动
任务1：重力势能及相关因素
问题情景：安全警示牌(如图1所示)和新闻视频（图2为截图）
问题
1.图1中甲、乙两幅是安全警示标志牌，此图在警示什么?石块对人车的损伤与什么因素有关?
2.为新闻报导了2018年03月9日东莞市塘厦镇某小区一名婴儿被坠落苹果砸伤（图2），为何苹果也能对人造成伤害？
3.重力势能的大小与什么因素有关？
教学建议：
（1）思维引导建议：图1中甲、乙两幅是安全警示标志牌，此图在警示高处的石块对人(车)可能造成损伤，即石块具有能量，初中已经知道被举高的物体具有重力势能，重力势能与什么因素有关?根据学生的生活经验不难猜想物体重力势能跟物体质量和高度有关，质量越大，重力势能越大、高度越高，重力势能越大。苹果虽然质量不大，但如果高度大，也能对人造成伤害。
（2）教学活动建议：对问题1、2、3，均可以让学生独立回答，其他学生补充。
任务2：重力做功的特点和重力势能表达式
问题情景：如图3所示，篮球抛出又落下；如图4，A位置时小球与参考平面间的高度为h1,B位置时小球与参考平面间的高度为h2。
问题
1.如图3所示，篮球上升和下降过程中重力分别做什么功?重力势能怎样变化?它们之间有关系吗？
2.要确定重力势能的表达式(定量关系)应该从何角度入手?为什么?
3.对图4中甲、乙所示，从A到B重力做了多少功？
4.对图4中丙所示，从A到B是曲线,如何计算重力做的功呢？
5.图4中甲、乙、丙三种情况，重力做功有什么特点?数据都等于什么?
6.为什么说“mgh”是一个具有特殊意义的物理量?应该用什么来定义它?
7.这个有特殊意义的物理量该怎样定义?如何表示?
教学建议：
（1）思维引导建议：引导学生分析篮球上升和下降过程重力做功与重力势能的变化之间的定性关系，使学生认识到功与能是两个密切联系的物理量，我们研究重力势能，应从研究重力做功开始。如何确定重力势能的定量表达式，从理论上探究三种情况下小球由A到B过程中重力所做的功，在过程丙中物体沿任意路径向下运动情况，学生会感到困难。在分析过程中要体现出微元(极限）思想，分步提出问题:
①物体沿曲线运动，根据已有的知识，重力做功能求出吗？（不能）怎么办？
②想一想我们能够解决的是什么样的情况？（物体沿直线运动过程重力做功，可以根据过程甲乙的计算结果进行计算。）
③回忆前面学习过的方法，可不可以“变曲为直”呢，怎么变？（将整个路径分成许多很短的间隔）
说“mgh”是一个具有特殊意义的物理量是mgh之差可以表示重力做功，mgh与我们对重力势能相关因素的猜想一致，如随质量、高度变化而变化。
（2）教学活动建议:对问题1，可让学生独立思考并回答的方式，对问题2，可让学生小组讨论并交流，必要时教师进行引导；对问题3要求学生独立计算并展示；对问题4，在学生思考的基础上小组讨论，再交流，教师根据需要进行引导；对问题5，可让学生独立回答；对问题6，在学生思考的基础上小组讨论，再交流，教师根据需要进行补充；对问题7，可由学生独立回答。
任务3：重力势能的相对性 、系统性
问题情景：如图5、6、7所示。
问题
1.如图5，三楼有一位同学在窗台上擦窗户。为防意外，经老师提醒后从窗台跳下，她会受伤吗？为什么?
2.设楼层高为3m、窗台高1m，该同学的质量为50kg，站在室外的教师和室内的同学认为该同学初、末状态的重力势能分别多大?重力势能的变化量分别多大?
3.通过分析以上数据，重力势能大小具有什么特性？重力势能的变化量是否也有这一特性?
4.如图6中,如何描述一本书的重力势能?书的重力势能是否一定是正值?参考平面该如何选择?
5.物体的重力势能是物体单独具有的吗？
6.如图7所示，请根据图片情景，以地板为参考平面。运动员举起了质量为160kg的杠铃，则举起前后的重心位置在哪里?重力势能约为多少?重力势能的变化量约为多大?
教学建议：
（1）思维引导建议：三楼有一位同学从窗台跳下，她会受伤吗？一般不会，因学生不会向外跳，只会向教室内跳。通过这个例子的交流讨论，让学生理解高度总是相对某一水平面来说的，物体的重力势能也是相对于某一水平面来说的，具有相对性。描述一本书的重力势能与参考平面的选取有关,如果选第三、第四、第五层作为参考平面，书的重力势能是负值。重力势能是物体与地球这个系统共有的，若没有地球，就无重力，也就没有重力势能
（2）教学活动建议:对问题1，可让学生独立思考后回答，其他同学补充；对问题2，要求学生独立求解并展示，其他同学参与评价；对问题3、4，可让学生独立思考后回答，其他同学补充；对问题5，可在独立思考的基础上小组讨论并回答，教师根据需要补充讲解；对问题6，可让学生独立计算，然后展示与评价。
任务4：弹性势能及相关因素
问题情景：如图8、9、10所示。
问题 导向的素养目标
1.图8中的撑杠、图9中的弓和图10中的卷紧的发条是否具有能量?这种能量与什么性质有关? 知道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，具有弹性势能(物理观念)
2.这种能量为什么也叫势能？ 知道弹性势能与重力势能相似,也是由相对位置决定的(物理观念)
3.弹性势能大小与什么因素有关？ 知道弹性势能不仅跟形变量的大小有关，还跟弹簧的劲度系数有关(物理观念)
教学建议：
（1）思维引导建议：从生活的经验学生知道弹性形变的物体具有能量，但为什么称势能认识不清。通过分析，对同样的弹簧，形变越大能量也越大，可引出形变不同可理解为相对位置不同，这种能量是与相对位置有关的能量，可以叫位能。而重力势能与高度有关，也可理解为与相对位置有关，所以也叫位能，因此物理学上把这种与相对位置有关的能统一称为势能。
（2）教学活动建议:对问题1，学生可独立思考后回答，其他同学补充；对问题2，学生可独立思考后回答，若回答不够清晰，教师可让学生阅读相关素材，小组讨论后再回答；对问题3，学生可独立思考后回答，其他同学补充。
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