資源簡介

教學(xué)設(shè)計(jì)
課程基本信息
課題 重力勢能
教學(xué)目標(biāo)
1. 物理觀念：樹立能量觀念，理解重力勢能的概念，知道重力做功與路徑無關(guān)；掌握重力做功與重力勢能變化的關(guān)系，運(yùn)用能量的觀點(diǎn)去分析問題。 2. 科學(xué)思維：在探究過程中滲透科學(xué)的研究方法：控制變量法，實(shí)驗(yàn)過程觀察法及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析法，領(lǐng)悟理想化模型，去除干擾因素，提出主干知識，揭露事物的本質(zhì)。 3. 科學(xué)探究：對實(shí)例進(jìn)行研究，推導(dǎo)出重力勢能的表達(dá)式，然后通過計(jì)算歸納得出重力做功與重力勢能變化的關(guān)系。 4. 科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：學(xué)生通過系列探究活動，體現(xiàn)科學(xué)探究的過程，體會從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)規(guī)律的樂趣，領(lǐng)悟科學(xué)探究中尊重事實(shí)、大膽猜想、嚴(yán)格求證的科學(xué)態(tài)度。
教學(xué)內(nèi)容
教學(xué)重點(diǎn)： 重力做功的特點(diǎn)、重力勢能的相對性及系統(tǒng)性。
教學(xué)難點(diǎn)： 重力勢能表達(dá)式的得出過程、重力勢能的系統(tǒng)性、用微元法分析重力做功與路徑無關(guān)。
教學(xué)方法
實(shí)驗(yàn)法、小組合作探究法、教師引導(dǎo)講授、啟發(fā)式教學(xué)。
教具學(xué)具
木塊、木板、砝碼、彈簧測力計(jì)、支架、細(xì)繩
教學(xué)內(nèi)容分析
《重力勢能》是人教版高中物理必修第二冊“機(jī)械能守恒定律”一章中的內(nèi)容，重力勢能是建立功能關(guān)系，體現(xiàn)“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”思想的重要內(nèi)容，功的概念的意義在于決定能量的變化。本節(jié)從重力做功和重力勢能的變化視角，討論功能關(guān)系。在得出重力勢能表達(dá)式的過程中，不僅要告訴學(xué)生結(jié)論，更為重要的是結(jié)論的得出過程，體現(xiàn)出科學(xué)思維的過程，經(jīng)歷科學(xué)思維過程有利于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力。同時要求定性了解彈性勢能，包括了解彈性勢能的產(chǎn)生原因，影響彈性勢能大小的因素，以及彈性勢能跟其他形式能量的轉(zhuǎn)化分析。關(guān)于彈性勢能的計(jì)算，不排斥彈性勢能跟其他形式能量轉(zhuǎn)化的過程中根據(jù)能量轉(zhuǎn)化關(guān)系計(jì)算彈性勢能的大小，但不要求根據(jù)彈簧的勁度系數(shù)和形變量來計(jì)算彈簧的彈性勢能。
學(xué)情分析
從知識層面上，學(xué)生在初中學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步了解重力勢能的影響因素，從定性走向定量。同時學(xué)生在學(xué)習(xí)了勻變速運(yùn)動的位移時間公式后，初步了解微元法，但還不能熟練運(yùn)用微元法處理問題，對于曲線運(yùn)動，證明重力做功只決定于高度差有一定難度。高一學(xué)生邏輯思維能力仍有待提高，偏好直觀現(xiàn)象和定性理解，在抽象思維和邏輯定量推導(dǎo)方面需要提高，教學(xué)時要考慮學(xué)生的物理學(xué)習(xí)心理特點(diǎn)，設(shè)置情景分析，依托情景逐步實(shí)現(xiàn)本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)。
教學(xué)過程
教 師 行 為 學(xué) 生 行 為
[新課導(dǎo)入] 師：我們先來看幾則報(bào)道。 師：為什么物體從高處落下時會造成如此大的破壞呢？ 師：是的，在初中我們已經(jīng)學(xué)過，物體由于被舉高而具有的能叫重力勢能，那么重力勢能的大小與哪些因素有關(guān)呢？在課前給大家發(fā)的學(xué)案上給大家留了一個預(yù)習(xí)任務(wù)：即以組為單位設(shè)計(jì)一個實(shí)驗(yàn)來探究影響重力勢能大小的因素，并以現(xiàn)在是我們展示自己成果的時候了。 教師總結(jié)：看來大家通過親身經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)過程最終形成共識：重力勢能的大小與質(zhì)量和高度有關(guān)，并且我們發(fā)現(xiàn)大家不約而同的在實(shí)驗(yàn)中用到了一種重要的物理學(xué)研究方法—控制變量法。大家做的非常好，我想以后我們還有更多的機(jī)會讓大家展示自己的創(chuàng)造力。 （板書）影響重力勢能大小的因素：1. 質(zhì)量 2. 高度 過渡：然而大家所做的研究還只是停留在定性的層面上，那么重力勢能與質(zhì)量和高度有怎樣的定量關(guān)系呢？ 大家一定通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：具有重力勢能的物體只有通過重力做功的方式才能將其釋放出來，所以我們想得到重力勢能，不能脫離對重力做功的研究。 [新課教學(xué)] 一、重力做功的特點(diǎn) 師：我們在預(yù)習(xí)案上給大家留了這樣一個問題：請大家推導(dǎo)下列幾種情況下小球從A運(yùn)動到B重力所做的功。 師：下面我們?nèi)匀灰越M為單位將組員的推導(dǎo)結(jié)果進(jìn)行整合，之后選幾個組派代表給我們呈現(xiàn)你們的整合結(jié)果。 問：其他組有沒有不同的推導(dǎo)方法，結(jié)果是否相同？ 總結(jié)：好，幾個組的最終推導(dǎo)結(jié)果都是無論我們沿哪條路徑從A運(yùn)動到B,我們發(fā)現(xiàn)重力做的功都是：WG=mgh1-mgh2=mgh 思考：對于這樣一個結(jié)果，大家能否從中發(fā)現(xiàn)重力做功的特點(diǎn)？ 總結(jié)：重力做功只與始末位置的高度差有關(guān)，而與路徑無關(guān)。（板書） 問：是否所有力做功都與路徑無關(guān)呢？ 過渡：從上式中可以看出，重力做的功等于某個量的初始值減末了值，即等于某個量的減少。我們知道重力做功必然伴隨著能量的轉(zhuǎn)化，而以上三種情況中都是重力勢能減少轉(zhuǎn)化為了動能，且這個量與物體的質(zhì)量和高度有關(guān)，符合重力勢能的特征，所以我們有理由相信這里的mgh就表示重力勢能，從而我們就得到了重力勢能的表達(dá)式。 二、重力勢能（EP） （板書） 1.表達(dá)式：EP=mgh 問：這個結(jié)果是否與大家的定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果相互映照呢？ 2.單位：焦耳（J）1J=1kg m2/s2 3.標(biāo)量：沒有方向 思考與討論1：若重力做的功與路徑有關(guān)，即對應(yīng)于同樣的起點(diǎn)和終點(diǎn)，重力對同一物體所做的功，隨物體運(yùn)動路徑的不同而不同，我們還能把叫作物體的重力勢能嗎？為什么？ 勢能所對應(yīng)的力做功的特點(diǎn)： 只與物體運(yùn)動的首末位置有關(guān)，和運(yùn)動路徑無關(guān)。 思考與討論2：如圖所示，一個質(zhì)量為m的物體放在層高為h的樓房的三樓地板上，請大家思考它的重力勢能為多大？ 問：大家的回答為什么會有不同呢？ 引導(dǎo)：可見選不同的參考平面對同一物體重力勢能的描述是不同的，所以重力勢能具有相對性。 4.重力勢能具有相對性：相對于所選參考平面而言 總結(jié)：這也給我們提了個醒，在說一個物體重力勢能時，必須事先選好參考平面，否則說重力勢能是沒有意義的。 追問：當(dāng)物體處于參考平面上時，重力勢能是多少？ 說明：所以參考平面也叫零勢能面（介紹零勢能面的選取） 追問：選四樓地面為參考平面，物體的重力勢能是多少？ 總結(jié)：可見重力勢能有正負(fù)，表示方向嗎？ 思考與討論3：重力勢能的正負(fù)有怎樣的含義？ （板書）：重力勢能有正負(fù)：1. 表示位置 2. 表示大小 練一練: 如圖有一個質(zhì)量2kg的小球從桌面以上高h(yuǎn)1=1.2m的A點(diǎn)落到地面上的B點(diǎn)，桌面的高為h2=0.8m。請按要求填寫下表 (g=10m/s2)。 (
h
1
h
2
B
A
) 結(jié)論：1. 重力勢能的變化量與參考平面的選取無關(guān)； 2. 重力做的功等于重力勢能的減少。 過渡：實(shí)際在在前面對重力做功的研究中，這個關(guān)系早呈現(xiàn)在我們面前了，現(xiàn)在我們只是將其明確下來。 三、重力做功與重力勢能變化的關(guān)系 WG=mgh1－mgh2 = EP初－EP末 = -△Ep 思考與討論3：那么重力勢能是誰具有的呢 結(jié)論：重力勢能具有系統(tǒng)性 四、彈性勢能 1. 彈性勢能: 發(fā)生彈性形變的物體各部分之間，由于有彈力的相互作用，也具有勢能，這種勢能叫做彈性勢能（elastic potential energe)。 2.彈簧的彈性勢能與彈力做功的關(guān)系 WF彈＝EP1－EP2＝ -△ EP 3、彈簧彈性勢能影響因素 （1）在彈性限度內(nèi)，彈簧的彈性勢能跟彈簧被拉伸或壓縮的長度（相對位置）有關(guān)。 （2）彈簧的彈性勢能還跟彈簧的勁度系數(shù)有關(guān)。 重力勢能是由地球和地面上物體的相對位置決定的； 彈性勢能是由發(fā)生彈性形變的物體各部分相對位置決定的； 勢能（位能）：系統(tǒng)間存在相互的作用力，從而具有與其相對位置有關(guān)的能量。 生：這是因?yàn)槲矬w一旦處在一定高度時，就具有了一定的能量。而當(dāng)它從所處的的高處落下時，這些能量就會以做功的方式釋放出來。 學(xué)生實(shí)驗(yàn): 學(xué)生回答情況3：我們可以把整個路徑分成許多段很短的間隔，由于每一段都很小， 因而都可以近似地看作一段傾斜的直線。 設(shè)每段小斜線的高度差分別是，，，…， 則物體通過每段小斜線時重力做的功分別為 ，… （滲透微元法） 。 學(xué)生談想法：重力勢能是和位置有關(guān)的能量，物體在一個位置對應(yīng)一個重力勢能；重力做功可以度量物體重力勢能的變化。如果重力做功和路徑有關(guān)，假設(shè)物體在A的重力勢能是，物體運(yùn)動的不同路徑對應(yīng)重力做功不同，則對應(yīng)物體重力勢能變化是不一樣的，這樣物體在B點(diǎn)的重力勢能就會有多個值。 學(xué)生回答：3mgh,2mgh,0,-mgh 學(xué)生：控制變量法。 學(xué)生：不表示 學(xué)生完成學(xué)案 1. 如果物體由高處向低處運(yùn)功時，重力做 ，WG 0，則EP1 EP2，重力勢能 。 2. 如果物體由低處向高處運(yùn)功時，重力做 ，WG 0，則EP1 EP2，重力勢能 。 學(xué)生談想法：物體重力勢能與重力做功密切相關(guān)，而重力是地球與物體間的相互作用力，若離開了地球或物體，就談不上重力，所以，重力勢能是物體與地球所組成的“系統(tǒng)”所共有的。平常只說物體具有的重力勢能，是一種簡化的說法。 學(xué)生做類比 思考1：跳高運(yùn)動過竿形式的發(fā)展歷程，從重力勢能的角度討論不同過竿動作的技術(shù)特點(diǎn)，背越式跳高的優(yōu)點(diǎn)。 思考2：影片中展示的武器“上帝之杖”真實(shí)威力有這么大嗎？試用所學(xué)知識分析。
板書設(shè)計(jì)§8-2 重力勢能 影響重力勢能大小的因素：1. 質(zhì)量 2. 高度 一、重力的功 WG=mgh1-mgh2=mgh 重力做功只與始末位置的高度差有關(guān)，而與路徑無關(guān)。 二、重力勢能 1.表達(dá)式：EP=mgh 2.單位：焦耳（J）1J=1kg m2/s2 3.標(biāo)量：沒有方向 4.重力勢能具有相對性：相對于參考平面而言 重力勢能有正負(fù)：1. 表示位置 2. 表示大小 三、重力做功與重力勢能變化的關(guān)系： WG=mgh1-mgh2 或WG=EP1-EP2 或 WG=△EP 四、重力勢能具有系統(tǒng)性：物體和地球所共有

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