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物理必修24.重力势能教案设计
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这是一份物理必修24.重力势能教案设计
一、内容及其解析1、内容：(1)阐述重力势能为负值的物理意义.(2)了解做功与路径无关是引入势能概念的前提.(3)初步建立势能是系统共有的概念.2、解析：前面学到相互作用的物体凭借其位置而具有的能量叫做势能，那么地球跟它周围的物体有相吸引的作用，凭借其相对位置也一定决定了一种形式的势能，这就是重力势能.同时，物体的重力做功只跟它的起点和终点的位置有关，而跟物体运动的路径无关，即WG=mgh1-mgh2.我们看到mgh这个量与重力势能的基本特征一致，于是就把它叫做物体的重力势能.理解重力势能的相对性与系统性.二、目标及其解析1.认识重力做功与路径无关的特点.2.知道重力势能的符号、表达式及其单位.3.知道重力势能的相对性，能根据所确定的参考平面计算物体的重力势能，知道重力势能的变化与参考平面无关.4.掌握重力做功与重力势能变化的关系.三、教学问题诊断分析 学生很难理解“势能是系统所共有的”这句话。四、教学支持条件分析 求物体竖直向下运动、沿斜面直线向下运动及曲面向下运动三种情况下重力对物体所做的功，然后通过对比发现中力做功只与初末位置的高度差有关，与运动路径无关。五、教学过程设计1、教学基本流程求重力做功→学生总结重力做功的特点 →强调重力势能的相对性和系统性→ 练习、小结2、教学情景问题 1：小华和小明分别提着同样的水桶上楼.小华乘电梯从地面到三层，而小明则是走楼梯到三层.两种情况下重力对水桶做功相同吗？问题2：重力势能的正负有什么含意？问题3：重力做功与重力势能变化的关系能不能写为WG=ΔEp的形式？为什么？例1：如图所示，求质量为m的小球在从位置A运动到位置B的过程中重力所做的功.设计意图：知道重力做功的特点解析： 由于重力做功与通过的路径无关，只决定于物体的重力mg和物体初末位置的高度差，所以物体由A位置运动到B位置，虽然先运动到地面再回到B高度，但初末位置的高度差是H-h，那么重力做功为W=mg（H-h）.答案： mg（H-h）思维总结：重力做功仅由重力和初末位置的高度差决定.误区警示：重力做功与物体受到几个力的作用以及物体做什么性质的运动等因素无关.拓展练习1-1： 若小球沿不同的山坡Ⅰ和Ⅱ从A滑到B，如图所示，则重力所做的功为（ ）A.沿山坡Ⅰ重力做功大B.沿山坡Ⅱ重力做功大C.沿山坡Ⅰ和Ⅱ重力做功一样大D.条件不足，不能判断例2：如图所示，桌面距地面0.8 m，一物体质量为2 kg，放在距桌面0.4 m 的支架上.（1）以地面为参考平面，计算物体具有的重力势能，并计算物体由支架下落到桌面的过程中，重力势能减少了多少？（2）以桌面为参考平面，计算物体具有的重力势能，并计算物体由支架下落到桌面的过程中，重力势能减少了多少？设计意图：重力势能的计算思路分析： 计算重力势能时，应找到参考平面，然后找到物体相对参考平面的高度，由Ep=mgh计算.解析： （1）以地面为参考平面，物体的高度h1=1.2 m，因而物体的重力势能为Ep1=mgh1=2×9.8×1.2 J=23.52 J物体落至桌面时重力势能为Ep2=mgh2=2×9.8×0.8 J=15.68 J物体重力势能的减少量ΔEP=Ep1-Ep2=7.84 J（2）同理以桌面为参考平面时：Ep1′=7.84 J，Ep2′=0，故物体落至桌面时重力势能的减少量ΔEp′=7.84 J.答案： （1）23.52 J 重力势能减少量为7.84 J（2）7.84 J 重力势能减少7.84 J思维总结：重力势能的大小具有相对性，与参考平面的选取有关，而重力势能的变化是末状态的重力势能与初状态的重力势能之差.与参考平面的选取无关，是绝对的.拓展练习2-1： 如图，质量为m的小球，从离桌面H高处由静止下落，桌面离地高度为h.若以桌面为参考平面，那么小球落地时的重力势能及整个过程中重力势能的变化分别是 （ ）A.mgh 减少mg（H-h）B.mgh 增加mg（H+h）C.-mgh 增加mg（H-h）D.-mgh 减少mg（H+h）例3：如图所示，在水平地面上平铺n块砖，每块砖的质量为m，厚度为h，如将砖一块一块地叠放起来，至少需要做多少功？设计意图：重力做功和重力势能变化的关系思路分析： 把砖由平放地面上到把它们一块块地叠放起来做的功至少等于砖增加的重力势能，可用整体法和归纳法两种方法求解.解析：法一： 整体法取n块砖的整体为研究对象，如图7-4-7所示叠放起来后整体重心距地面nh，原来距地面，故有：W=ΔEp=nmg·（nh）-nmg·（h）= n（n-1）mgh.法二： 归纳法第1块砖增加的重力势能为0第2块砖增加的重力势能为mgh第3块砖增加的重力势能为2mgh第n块砖增加的重力势能为（n-1）mgh则n块砖共增加的重力势能为ΔEp=mgh［1+2+3+…+（n-1）］= mgh即至少需要做的功为mgh.答案： mgh误区警示：（1）用整体法解题时，初末状态的重心位置距地面高度为和nh，而不是h和nh.（2）用归纳法解题时，第n块砖增加的重力势能是（n-1）mgh，而不是nmgh.拓展练习3-1： 一根长2 m，质量为20 kg的均匀细铁棒横卧在水平地面上，人若要把它完全竖立起来，人对铁棒所做的功不能少于多少？（g=10 m/s2）六、目标检测1、物体的高度发生变化时，重力要做功：物体被举高时，重力做 功，物体下降时，重力做 功.2、物体运动时，重力对它做的功只跟 有关，而跟物体运动的 无关，可见物体所受的重力mg与它所处位置的高度h的乘积mgh，具有特殊意义.3、重力势能具有 .只有选定 后，才能具体确定重力势能的量值，故Ep=mgh中的h是物体相对于 的高度.重力势能是 与 所组成的这个物体“系统”所共有的.4、重力做功与重力势能的关系式是 ，当物体的重力做正功时，WG＞0，即Ep1 Ep2，重力势能 ；当物体的重力做负功时，WG＜0，即Ep1 Ep2，重力势能 .配餐作业从下列三组题中任意选择两组题完成，建议选择AB或BCA组题1.关于重力势能的说法正确的有（ ）A.重力势能只由重物决定B.重力势能不能有负值C.重力势能是相对的D.重力做功时重力势能一定增加2.关于重力势能的理解，下列说法正确的是（ ）A.重力势能是一个定值B.当重力对物体做正功时，物体的重力势能减少C.放在地面上的物体，它的重力势能一定等于0D.重力势能是物体和地球共有的，而不是物体单独具有的3.离地面高度相同的两物体甲和乙，已知m甲＞m乙，则（以地面为参考平面） （ ）A.甲物体的势能大B.乙物体的势能大C.甲、乙两物体势能相等D.不能判断4.一个实心铁球与一实心木球质量相等，将它们放在同一水平地面上，下列结论中正确的是（选地面为参考平面）（ ）A.铁球的重力势能大于木球的重力势能B.铁球的重力势能等于木球的重力势能C.铁球的重力势能小于木球的重力势能D.上述三种情况都有可能设计意图：基础知识练习B组题1.下列说法正确的是（ ）A.重力做正功，重力势能增加B.重力做负功，重力势能增加C.物体走的路径越长，重力做功越多D.重力势能的改变量与零势能点选取有关2.用绳子吊起质量为m的物体，使它以加速度a匀加速升高h，在此过程中，物体增加的重力势能为（ ）A.mgh B.mgh+mahC.m（g-a）h D.mah3.质量为m的物体，沿倾角为α的光滑斜面由静止下滑，下滑t s重力势能减少量为（ ）A.mg2t2sin α B.mg2t2C.mg2t2 D.mg2t2sin2 α4.如图所示，一物体从A点沿粗糙斜面AB与光滑斜面AC分别滑到同一水平面上的B点与C点，则下列说法中正确的是（ ）A.沿AB面重力做功多B.沿两个面重力做的功相同C.沿AB面重力势能减少多D.沿两个面减少的重力势能相同5.一只100 g的球从1.8 m的高处落到一个水平板上又弹回到1.25 m的高度，则整个过程中重力对球所做的功及球的重力势能的变化是（ ）A.重力做功为1.8 JB.重力做了0.55 J的负功C.物体的重力势能一定减少0.55 JD.物体的重力势能一定增加1.25 J6.关于重力做功和重力势能的变化，下列叙述正确的是（ ）A.竖直向上抛出的物体，在上升阶段，重力做负功，重力势能减少B.做自由落体运动的物体，重力势能不断减少C.做自由落体运动的物体，重力做负功D.只要物体高度降低了，重力势能就减少了设计意图：提高学生对基础知识的理解、运用能力C组题1.如图所示，有一段长1.8 m，质量为2.4 kg的链条，放在高1.0 m的水平桌面上，有吊在桌面边缘，以地面为零势能参考平面，计算链条的重力势能.（g取9.8 m/s2）2.如图所示，起重机以的加速度将质量为m的物体匀减速地沿竖直方向提升高度h，则起重机钢索的拉力对物体做的功为多少？物体克服重力做功为多少？物体的重力势能变化了多少？（空气阻力不计）设计意图：提高部分学生的能力教学反思教学设计：高中课程标准.物理（人教版）必修2 主 备 人：王仕丰 学科长审查签名：
一、内容及其解析1、内容：(1)阐述重力势能为负值的物理意义.(2)了解做功与路径无关是引入势能概念的前提.(3)初步建立势能是系统共有的概念.2、解析：前面学到相互作用的物体凭借其位置而具有的能量叫做势能，那么地球跟它周围的物体有相吸引的作用，凭借其相对位置也一定决定了一种形式的势能，这就是重力势能.同时，物体的重力做功只跟它的起点和终点的位置有关，而跟物体运动的路径无关，即WG=mgh1-mgh2.我们看到mgh这个量与重力势能的基本特征一致，于是就把它叫做物体的重力势能.理解重力势能的相对性与系统性.二、目标及其解析1.认识重力做功与路径无关的特点.2.知道重力势能的符号、表达式及其单位.3.知道重力势能的相对性，能根据所确定的参考平面计算物体的重力势能，知道重力势能的变化与参考平面无关.4.掌握重力做功与重力势能变化的关系.三、教学问题诊断分析 学生很难理解“势能是系统所共有的”这句话。四、教学支持条件分析 求物体竖直向下运动、沿斜面直线向下运动及曲面向下运动三种情况下重力对物体所做的功，然后通过对比发现中力做功只与初末位置的高度差有关，与运动路径无关。五、教学过程设计1、教学基本流程求重力做功→学生总结重力做功的特点 →强调重力势能的相对性和系统性→ 练习、小结2、教学情景问题 1：小华和小明分别提着同样的水桶上楼.小华乘电梯从地面到三层，而小明则是走楼梯到三层.两种情况下重力对水桶做功相同吗？问题2：重力势能的正负有什么含意？问题3：重力做功与重力势能变化的关系能不能写为WG=ΔEp的形式？为什么？例1：如图所示，求质量为m的小球在从位置A运动到位置B的过程中重力所做的功.设计意图：知道重力做功的特点解析： 由于重力做功与通过的路径无关，只决定于物体的重力mg和物体初末位置的高度差，所以物体由A位置运动到B位置，虽然先运动到地面再回到B高度，但初末位置的高度差是H-h，那么重力做功为W=mg（H-h）.答案： mg（H-h）思维总结：重力做功仅由重力和初末位置的高度差决定.误区警示：重力做功与物体受到几个力的作用以及物体做什么性质的运动等因素无关.拓展练习1-1： 若小球沿不同的山坡Ⅰ和Ⅱ从A滑到B，如图所示，则重力所做的功为（ ）A.沿山坡Ⅰ重力做功大B.沿山坡Ⅱ重力做功大C.沿山坡Ⅰ和Ⅱ重力做功一样大D.条件不足，不能判断例2：如图所示，桌面距地面0.8 m，一物体质量为2 kg，放在距桌面0.4 m 的支架上.（1）以地面为参考平面，计算物体具有的重力势能，并计算物体由支架下落到桌面的过程中，重力势能减少了多少？（2）以桌面为参考平面，计算物体具有的重力势能，并计算物体由支架下落到桌面的过程中，重力势能减少了多少？设计意图：重力势能的计算思路分析： 计算重力势能时，应找到参考平面，然后找到物体相对参考平面的高度，由Ep=mgh计算.解析： （1）以地面为参考平面，物体的高度h1=1.2 m，因而物体的重力势能为Ep1=mgh1=2×9.8×1.2 J=23.52 J物体落至桌面时重力势能为Ep2=mgh2=2×9.8×0.8 J=15.68 J物体重力势能的减少量ΔEP=Ep1-Ep2=7.84 J（2）同理以桌面为参考平面时：Ep1′=7.84 J，Ep2′=0，故物体落至桌面时重力势能的减少量ΔEp′=7.84 J.答案： （1）23.52 J 重力势能减少量为7.84 J（2）7.84 J 重力势能减少7.84 J思维总结：重力势能的大小具有相对性，与参考平面的选取有关，而重力势能的变化是末状态的重力势能与初状态的重力势能之差.与参考平面的选取无关，是绝对的.拓展练习2-1： 如图，质量为m的小球，从离桌面H高处由静止下落，桌面离地高度为h.若以桌面为参考平面，那么小球落地时的重力势能及整个过程中重力势能的变化分别是 （ ）A.mgh 减少mg（H-h）B.mgh 增加mg（H+h）C.-mgh 增加mg（H-h）D.-mgh 减少mg（H+h）例3：如图所示，在水平地面上平铺n块砖，每块砖的质量为m，厚度为h，如将砖一块一块地叠放起来，至少需要做多少功？设计意图：重力做功和重力势能变化的关系思路分析： 把砖由平放地面上到把它们一块块地叠放起来做的功至少等于砖增加的重力势能，可用整体法和归纳法两种方法求解.解析：法一： 整体法取n块砖的整体为研究对象，如图7-4-7所示叠放起来后整体重心距地面nh，原来距地面，故有：W=ΔEp=nmg·（nh）-nmg·（h）= n（n-1）mgh.法二： 归纳法第1块砖增加的重力势能为0第2块砖增加的重力势能为mgh第3块砖增加的重力势能为2mgh第n块砖增加的重力势能为（n-1）mgh则n块砖共增加的重力势能为ΔEp=mgh［1+2+3+…+（n-1）］= mgh即至少需要做的功为mgh.答案： mgh误区警示：（1）用整体法解题时，初末状态的重心位置距地面高度为和nh，而不是h和nh.（2）用归纳法解题时，第n块砖增加的重力势能是（n-1）mgh，而不是nmgh.拓展练习3-1： 一根长2 m，质量为20 kg的均匀细铁棒横卧在水平地面上，人若要把它完全竖立起来，人对铁棒所做的功不能少于多少？（g=10 m/s2）六、目标检测1、物体的高度发生变化时，重力要做功：物体被举高时，重力做 功，物体下降时，重力做 功.2、物体运动时，重力对它做的功只跟 有关，而跟物体运动的 无关，可见物体所受的重力mg与它所处位置的高度h的乘积mgh，具有特殊意义.3、重力势能具有 .只有选定 后，才能具体确定重力势能的量值，故Ep=mgh中的h是物体相对于 的高度.重力势能是 与 所组成的这个物体“系统”所共有的.4、重力做功与重力势能的关系式是 ，当物体的重力做正功时，WG＞0，即Ep1 Ep2，重力势能 ；当物体的重力做负功时，WG＜0，即Ep1 Ep2，重力势能 .配餐作业从下列三组题中任意选择两组题完成，建议选择AB或BCA组题1.关于重力势能的说法正确的有（ ）A.重力势能只由重物决定B.重力势能不能有负值C.重力势能是相对的D.重力做功时重力势能一定增加2.关于重力势能的理解，下列说法正确的是（ ）A.重力势能是一个定值B.当重力对物体做正功时，物体的重力势能减少C.放在地面上的物体，它的重力势能一定等于0D.重力势能是物体和地球共有的，而不是物体单独具有的3.离地面高度相同的两物体甲和乙，已知m甲＞m乙，则（以地面为参考平面） （ ）A.甲物体的势能大B.乙物体的势能大C.甲、乙两物体势能相等D.不能判断4.一个实心铁球与一实心木球质量相等，将它们放在同一水平地面上，下列结论中正确的是（选地面为参考平面）（ ）A.铁球的重力势能大于木球的重力势能B.铁球的重力势能等于木球的重力势能C.铁球的重力势能小于木球的重力势能D.上述三种情况都有可能设计意图：基础知识练习B组题1.下列说法正确的是（ ）A.重力做正功，重力势能增加B.重力做负功，重力势能增加C.物体走的路径越长，重力做功越多D.重力势能的改变量与零势能点选取有关2.用绳子吊起质量为m的物体，使它以加速度a匀加速升高h，在此过程中，物体增加的重力势能为（ ）A.mgh B.mgh+mahC.m（g-a）h D.mah3.质量为m的物体，沿倾角为α的光滑斜面由静止下滑，下滑t s重力势能减少量为（ ）A.mg2t2sin α B.mg2t2C.mg2t2 D.mg2t2sin2 α4.如图所示，一物体从A点沿粗糙斜面AB与光滑斜面AC分别滑到同一水平面上的B点与C点，则下列说法中正确的是（ ）A.沿AB面重力做功多B.沿两个面重力做的功相同C.沿AB面重力势能减少多D.沿两个面减少的重力势能相同5.一只100 g的球从1.8 m的高处落到一个水平板上又弹回到1.25 m的高度，则整个过程中重力对球所做的功及球的重力势能的变化是（ ）A.重力做功为1.8 JB.重力做了0.55 J的负功C.物体的重力势能一定减少0.55 JD.物体的重力势能一定增加1.25 J6.关于重力做功和重力势能的变化，下列叙述正确的是（ ）A.竖直向上抛出的物体，在上升阶段，重力做负功，重力势能减少B.做自由落体运动的物体，重力势能不断减少C.做自由落体运动的物体，重力做负功D.只要物体高度降低了，重力势能就减少了设计意图：提高学生对基础知识的理解、运用能力C组题1.如图所示，有一段长1.8 m，质量为2.4 kg的链条，放在高1.0 m的水平桌面上，有吊在桌面边缘，以地面为零势能参考平面，计算链条的重力势能.（g取9.8 m/s2）2.如图所示，起重机以的加速度将质量为m的物体匀减速地沿竖直方向提升高度h，则起重机钢索的拉力对物体做的功为多少？物体克服重力做功为多少？物体的重力势能变化了多少？（空气阻力不计）设计意图：提高部分学生的能力教学反思教学设计：高中课程标准.物理（人教版）必修2 主 备 人：王仕丰 学科长审查签名：
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