重力势能 教学设计二 粤教必修

教学目标

知识目标

1、理解重力热能的概念，会用重力势的定义进行计算。

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。

4、了解弹性势能。

能力目标

1、根据功和能的关系，推导出重力势能的表达式；

2、学会从功和能的关系上解释和分析物理形象。

德育目标

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

实验观察法、分析归纳法、讲练法

教学用具

铁球（大小、质量均不同的两个）、透明玻璃容器、沙子、投影片

课时安排

1课时

导入新课

打桩机的重锤从高处落下时，可以把水泥打进地里，为什么？

学生：因为重锤具有重力势能。

教师那么什么是重力势能？

学生：物体由于被举高而具有的能量叫重力势能。

演示实验：

在一个透明的玻璃容器内装上沙子。

实验一：用一个铁球从不同高度释放，观察铁球落在沙子中的深度。

实验二：用大小不同的两铁球从同一高度释放，观察铁球落在沙子中的深度。

学生回答观察的现象：

在实验一中，铁球的释放高度越大，铁球落在沙子中的深度越大。

在实验二中，质量大的铁球落在沙子中的深度越大。

教师：通过上述演示，我们可以定性得到：重力势能跟物体的质量和高度都有关系，且物体的质量越大，高度越大，重力势能就越大。

引入：那么，怎样定时地表示重力势能呢？

板书课题：重力势能

新课教学

（一）重力势能：

1、教师举例：

把一个质量为m的物体竖直向上抛出，在它上升和下落的过程中，，重力分别做什么功？重力势能如何变化？

学生：上升过程中，物体克服重力做功（重力做负功），物体的重力势能增大。

下落过程中，重力做正功，重力势能减小。

教师：我们前边学过了功和能之间的关系，我们知道力对物体做了多少功，物体的能量就将变化多少，那么同学们认为重力所做的功与物体重力势能的变化之间有什么关系？

学生：重力所做的功等于物体的重力势能的变化。

2、上边我们定性分析了重力所做的功等于物体重力势能的变化，下边我们再来分析一个例子：

①用投影片出示问题：

质量为m的物体从高度为h₁的A点下落到高度为h₂的B点，重力所做的功为多少？

②学生求解得到：

重力所做的功为：W_G=mg△h=mg(h₁- h₂)

③教师：前边我们结合功和能的关系分析得到重力所做的功等于物体重力势能的变化，而我们经过推导又得到重力所做的功等于mgh这个量的变化，所以在物理学中就用mgh这个式子来表示物体的重力势能。

板书：Ep=mgh

④推导重力势能的单位：J

1kg.m/s².m=1Nm=1J

重力势能的单位是焦耳，并把上述板书补充完整。

⑤重力势能是标量。

3、据重力做功与重力势能变化之间的关系进行讨论：

①教师：我们用Ep₁=mgh₁来表示物体在初位置的重力势能，用Ep₂=mgh₂来表示物体在末位置的重力势能，则W_G= Ep₁-Ep₂

②学生讨论得到：

当物体由高处向低处运动时，h₁>h₂,W_G>0，∴Ep₁>Ep₂

当物体由低处向高处运动时，h₁2,W_G<0，∴Ep₁2

③教师总结：重力做正功时，重力势能减少，减少的重力势能等于重力所做的功。

物体克服重力做功（重力做负功时，重力势能增加，增加的重力势能等于物体克服重力所做的功。

4、讨论：如图所示，物体从高为h1处运动到高为处时，运动的路径有无数条，讨论在这此运动过程中，重力所做的功是否相同。

学生：重力所做的功相同，因为重力所做的功等于重力势能的减少量，而重力势能的减少量mg(h₁- h₂)是一定的。

教师：由此得到：重力所做功只跟物体的初位置的高度和末位置的高度有关，跟物体运动的路径无关。

（二）重力势能的相对性

教师：有一个物体放在三楼顶，每层楼高h，则该物体的重力势能为多大？

学生：3mgh、mgh、2mgh。

教师：同一个物体的重力势能，为什么会有三个不同数值呢？

学生：由于所选高度的起点不同而造成的。

教师：我们把所选高度的起点处的平面叫参考平面，第一位同学以一楼地面为参考水平面得到物体的重力势能为3mgh，第二位同学是以三楼地面为参考平面，则物体的重力势能为mgh，同理第三位同学是以二楼地面为参考平面，得到的重力势能为2mgh。

板书：①参考平面的选取是任意的；

②选取的参考平不同，物体的重力势能的数值是不同的；

③通常选地面为参考平面。

对于重力势能，其大小由地球和地面上物体的相对位置决定，得到：

势能也叫位能。

势能具有系统性：重力势能是物体和地球组成的系统共有的.

巩固训练

1、关于重力做功和物体的重力势能，下列说法正确的是( )

A、当重力对物体做正功时，物体的重力势能一定减少；

B、物体克服重力做功时，物体的重力势能一定增加；

C、地球上物体一个物体的重力势能都有一个确定值；

D、重力做功的多少与参考平面的选取无关。

2、物体在运动过程中，克服重力做功为50J，则( )

A、重力做功为50J；

B、物体的重力势能一定增加了50J；

C、物体的动能一定减少50J；

D、重力做了50J的负功。

3、以40m/s的初速度竖直向上抛出一个物体，经过t秒后，物体的重力势能是动能的3倍，g=10m/s²，则t的大小为( )

A、2秒； B、3秒； C、4秒； D、5秒。

小 结

本节课我们学习了：

1、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。

2、势能是标量，单位是焦耳。

3、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。

4、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。

板书设计

（一）重力势能

1、物体的重力势能等于物体的重量和它的高度的乘积。

2、重力势能是标量，是状态量。单位：焦（J）

3、重力势能是物体和地球共有的，常称为物体的重力势能。

4、重力势能是具有相对性（相对于参考平面）

5、重力做功与路径无关，与初、末位置有关。