必修24.重力势能教学设计及反思

这是一份必修24.重力势能教学设计及反思
重力势能1.重力势能蓬松的白雪，给人以恬静、美丽的感觉。然而雪崩爆发时，以排山倒海之势，摧毁沿途的一切，给人类、给自然界带来灾难。这是因为物体一旦处在一定高度时，就具有了一定的能量：而当它从所处的高处落下时，这些能量就会以做功的方式释放出来。我们把物体由于在重力场中处于一定的高度而具有的能叫做重力势能(gravitational potential energy)：把一个物体举高，要克服重力做功，同时物体的重力势能增加．一个物体从高处下落，重力做功，同时重力势能减小．可见，重力势能跟重力做功有密切联系．实践活动：式计算下面3种情况下小球重力做的功解答：1）在图5.4-1中重力做功为WG＝ｍｇh＝ｍｇ（ｈ１－ｈ２） 图5.4-2中重力做功为WG＝ｍｇlcosθ＝ｍｇh=ｍｇ（ｈ１－ｈ２）3）在图5.4-3中重力做功为WG＝ｍｇΔh1+ｍｇΔh2+ｍｇΔh3+┅=mg(Δh1+Δh2+Δh3+┅)=ｍｇh结论：重力做功只跟起点和终点位置有关与物体运动路径无关。看来ｍｇh是一个重要的物理量，我们把物理量ｍｇh叫物体的重力势能EP=mghEＰ物体的重力势能焦（J）ｍ→物体的质量千克（kg）ｇ→重力加速度→(米每二次方秒)s2/ｍｈ→物体的高度→米（ｍ）重力势能是标量。它的单位与功的单位相同，在国际单位制中都是J。对同一物体，重力势能的大小由物体所处的高度决定。我们必须先选定某一个水平面，并把这个水平面的高度定为零，即取物体在该面上的重力势能也为零，我们把这样的水平面叫做零势能参考平面。例如，选定茶几面为零势能参考平面(图2—13)，当质量为m的物体位于该参考平面以上高度为h1的A处时，它的重力势能就是EPA=mgh1；当物体就放在茶几面上时，它的重力势能即EPB=0；而当物体放在茶几面以下h2的地板上时，它的重力势能则为EPC=－mgh2。物体具有负的重力能，表示它在该位置所具有的重力势能比放在参考平面上所具有的重力势能小。实际上，只有当放在高处的物体下落时，才对外做功，因此，重力势能可以看成是一种被暂时储存起来的潜在能量。在生产、生活中，人们根据需要将重力势能转化成其他形式的能量。例如，建筑工地上的打桩机(图2—14)就是把重力势能转化为动能把桩钉打人地下；在江河中修筑堤坝提高水位，就可以利用水的重力势能来发电(图2—15)。 2.重力做功与重力势能的改变我们已经知道，力做功的过程就是能量转化的过程。物体重力势能的改变可以由哪些力做功引起呢?重力势能的改变与这些力所做的功又有什么关系呢? 我们通过实例来分析这些问题。设两个质量均为m的小球，从高度为h1的A处下落到高度为h2的B处。其中一个小球做自由落体运动，另一个小球则在重力和阻力的共同作用下竖直下落(图2—16)。两个小球从高度A处下落到B处，重力势能的变化均为 △EP=mgh1＋mgh2 两小球从高度A处下落到B处，重力做功均为 WG＝mg(h1＋h2)＝mgh1－mgh2 对比以上两式可以发现，虽然第二种情况中小球受到的重力和阻力同时做功，但重力势能的变化与第一种情况一样。可见，物体重力势能的变化只由重力所做的功决定，与是否存在其他力的作用及有没有其他力做功均无关。因此，重力所做的功与重力势能改变的关系就可以写成WG＝EP1－Ep2式中，EP1＝mgh1，表示物体在初位置时的重力势能；EP2＝mgh2，表示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