人教版高中物理必修2《4.重力势能》教学设计

设计思想

《重力势能》这节课是学生第一次从定量的角度学习能量的具体表达形式。在以后的学习过程中，能量概念的重要性会被学生逐步认识到，因而本节课的内容具有非常重要的意义。就内容的呈现方式来看，本节课有探究课的特点。因而从教学的角度来看，宜采取师生互动、引导、启发的教学方式。

教学目标

知识与技能：

1认识重力做功与路径无关的特点，在此基础上引出重力势能的概念，并会用重力势能的定义进行计算。

2 理解重力做功与重力势能变化的关系。

3 知道重力势能具有相对性。

4 知道重力势能是物体和地球系统所共有。

过程与方法：进一步渗透科学探究的几个要素。

情感态度与价值观：培养学生勇于探索、勇于发现的品质。

教学重点

1 重力势能的相对性。

2 对势能为负的理解。

教学难点

1 理解重力势能的概念，会用重力势能的定义进行计算。

2 理解重力做功与重力势能变化的关系。

教学资源

教材、图片、PPT

教法设计

引导式、启发式、探究式、分组讨论

教学过程

教师活动

学生活动

设计意图

引入：瀑布和雪山都是美景，但是我们为什么不要靠得太近观赏？

大家通过讨论知道：水或雪从较高的位置落下来，会将重力势能转化成动能，如果靠得太近易对人造成伤害。

启事一则：一个鸡蛋的威力！

从本章第一节我们已经听说了势能的概念，也知道势能与物体的位置有关。并且大家都知道物体由于被举高而且有的势能叫做重力势能。也就是说鸡蛋离地越高就意味着鸡蛋的重力势能越大。可见重力势能是与高度有关的。究竟是什么关系呢？

再问大家一个问题：若在天花板上不同的位置分别挂一个铅球和乒乓球，你从下面走的时候有什么不同的心理感受？

联想到上面的问题，大家可以猜到：重力势能与物体的质量也有关系，并且在其它条件相同的情况下，质量越大的物体，它的重力势能也越大。那么重力势能与物体的质量究竟是什么关系？这也是我们这节课的研究目的之一。

板书：重力势能

那么，物体高度发生变化的同时，重力势能在发生变化，同时重力也在做功，看来重力势能和变化和重力做功是同时发生的，那么重力做功与重力势能的变化有什么关系呢？我们先来研究一下

一．重力做功的特点。

PPT：课本图7.4-1

我们一起来计算这个物体沿竖直方向从高度为h1的地方运动到高度为h2的地方的过程中重力所做的功。

PPT：课本图7.4-2

我们接着来计算这个物体沿倾斜直线从高度为h1的地方运动到高度为h2的地方的过程中重力所做的功。

PPT：课本图7.4-3

我们最后来计算这个物体沿任意的曲线从高度为h1的地方运动到高度为h2的地方的过程中重力所做的功。

如何计算第三幅中重力所做的功呢？受第二个图的启发，我们可以把曲线分割成若干小段，当分得足够小的时候，我们就可以认为每一段都是直线，这样求出重力在每一段上所做的功，再把所有的功相加，即得在这个过程中，重力所做的功。

PPT：表达式：

WG=mgΔh1+ mgΔh2+ mgΔh3+…

  =mg(Δh1+Δh2+Δh3+…)

  =mgh

  =mgh1-mgh2

小结：从上面的计算我们可以看出：物体运动时，重力对它做的功只跟它的起点和终点的位置有关，而跟物体的运动路径无关。只要重力做正功，物体的重力势能就减少；只要重力做负功，物体的重力势能就增加。这个结论与物体的运动形式无关，与物体的运动路径也无关。

对比上面的表达式，可以看出：只要重力做正功，mgh这个量就减少，只要重力做负功，mgh这个量就增加。可见，mgh作为一个整体是一个有特殊意义的物理。这个量既与物体的质量有关，也与物体所处位置的高度有关。而这正与我们上面分析的重力势能的基本特征一致。所以我们就把mgh叫做物体的重力势能，通常用字母表示，即：

板书：

二．重力势能Ep=mgh

重力势能是标量，它的单体与功的单位相同，在国际单位制中都是焦耳。

有了重力势能的表达式，重力做功与重力势能的关系写为：

板书：WG=Ep1-Ep2

提问：我手里拿粉笔的高度是多少？

可见，要想描述物体的高度先要确定一个参考平面，同样，确定一个物体的重力势能也要先确定一个参考平面。选定了参考平面之后，物体在参考平面上方则重力势能为正，在参考平面下方则重力势能为负。

提高：+8J的物理意义是什么？-8J的物理意义是什么？+5J和-8J谁大？

三．重力做功与重力势能变化量的关系。

WG=Ep1-Ep2=-ΔEp

(1)    WG>0 重力做正功，Ep减少。

(2)    WG《0重力做负功，Ep增加

教师小结：

可见：重力做功实际上是与物体的重力势能的变化直接相关的。在实际问题中，人们关心的往往是重力势能的变化，谈物体在某位置的重力势能实际意义并不大。

由于物体所处位置的高度具有相对性，这样与此相关的重力势能也具有相对性。那么，重力势能的变化有没有相对性呢？

（分组练习）课本练习3

师生小结：

1 物体在某位置所具有的重力势是相对的，与参考平面的选择有关系。

2 物体从一个位置运动到另一个位置的过程中（物体在两个位置的重力势能的变化）是与参考平面的选择无关的。（提问：与什么有关？）

板书：重力势能的相对性

提问：

1 物体在某个位置的重力势能是否有可能为负？物理意义是什么？

2 物体在两个位置间重力势能的变化是否可能为负？物理意义是什么？

要求学生举例说明。

教师阐述：

重力势能是物体和地球系统所共有。

课堂小结：通过本节课的学习，我们对重力做功的特点有了一定的了解，在此基础上引进了重力势能的定量表达式。进一步得到了重力做功与重力势能改变之间的关系，并体会了重力势能的相对性。

课后思考：

1 P65，说一说

作业：课后练习2、4。

讨论，得出结论

学生思考回答

学生分别计算三种情况下重力所做的功。

分组讨论，得出结论

分组讨论，举例说明。

引导学生知道同一个物体被举得越高，重力势能就越大。

通过日常生活经验，使学生知道重力势能与物体的质量以及所处位置的高度有关。

让学生通过计算知道重力做功的特点。

通过重力做功的表达式来寻找符合重力势能基本特征的物理量。

让学生理解重力势能是相对的，是个标量，正负代表大小。

使学生理解重力势能是相对的，但重力势能的变化是绝对的，与参考平面的选取无关。

板书设计

1.重力做功的特点

2.重力势能

3.重力做功与重力势能改变的关系