人教版高中物理必修2《4.重力势能》教学设计2

七章　机械能守恒定律

第四节　重力势能

一、          教材分析

重力势能是机械能守恒定律的知识基础，是本章的一个重要知识点.同时在高中物理学习中，学生还会遇到的势能有电势能，分子势能等，重力势能的学习对以后相关概念的了解至关重要。本节涉及了功能关系，加深了学生对做功的理解，为下节学习奠定了良好的基础，有重要的承上启下的作用。

二、学情分析

学生在初中物理学习中已经知道,重力势能的大小跟物体的质量有关, 跟物体所处的高度有关。但却不知道重力势能与这些因素之间的定量关系。这节课让学生对重力势能从定性认识上升到定量的认识。前面已经学习了功的概念和计算方法。通过重力做功的计算来判断重力势能的变化。

三、教学目标

　知识与技能

(1)理解重力势能的定义及定义式。

（2）知道重力势能具有相对性, 知道重力势能正负号的含义。

(3)理解重力做功与重力势能的关系,知道重力做功与运动路径无关。

过程与方法

(1)体会用“实验法”和“理论推导”相互验证研究问题的方法。

（2）通过实验探究，体会“控制变量法”在实验中的应用。

情感态度与价值观

（1）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。

(2)体验科学不仅仅是认识自然，挑战自然，更在于能动的改造自然。

四、教学重难点

重点：重力势能的概念及重力做功跟重力势能改变的关系。

难点：重力势能的相对性、重力做功与重力势能变化的关系。

五、教学方法

教法：实验探究法、演绎推理法、设疑法、讲授法等。

学法：交流合作式学习、自主学习、分析归纳式学习等方法。

六、教学过程

　（一）、创设情境、激趣导入

　　利用生活常见事例，创设问题情景，激发学生兴趣。

前两天我看到一个非常有意思的视频，来和大家分享一下。

播放视频：举重

问题：为什么放在地面上的杠铃没有将地面击穿，而举起的杠铃会将地面击穿？

学生：因为举起的杠铃具有了能量。下落过程中就会将这些能量释放出来。

引出重力势能的概念：物体由于被举高而具有的能量。

今天老师就带领大家你学习重力势能。

（二）、新课教学

老师：看了刚才的视频我们想一想重力势能和哪些因素有关？

学生：与质量和高度有关。

老师：我们研究一个物理量与多个因素有关，我们采取的探究方法是？

学生：控制变量法。那我们就用实验验证重力势能的大小与质量和高度的关系。

1、实验：重力势能与那些因素有关（控制变量法）

实验器材：三根铁钉、泡沫板、两个高度不同的圆柱筒、两个质量不同的铁锤。

请同学们利用这些器材设计一个实验来验证重力势能的大小与与质量高度有关。（具体的实验步骤）

实验一：用一个质量相同的砝码从不同高度释放，观察钉子在泡沫中的深度。

实验二：用的两个质量不同的砝码从同一高度释放，观察钉子在泡沫中的深度。

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。

那么我们怎么定量的表示重力势能呢？（让学生思考一会）

2、重力势能

投影片出示问题：让质量为ｍ的小球从高度为h1的A点匀速下落到高度为ｈ2的B点，重力所做的功为多少?

重力所做的功为：

WG=mg(h1-h2)=mgh1-mgh2

让学生研究上式的物理意义：

重力所做的功等于mgh这个量的变化，力做功伴随着能量发生变化，mgh就是一种能量，是什么能？从A运动到B过程中重力势能发生变化，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：重力势能公式：EＰ＝mgh

1、定义：物体所受重力mg与所处高度h的乘积叫做物体的重力势能。用Ep表示。

2、表达式：Ep = mgh

3、单位：焦耳，符号为J

4、标矢性：无方向，是标量。

5、特征：相对性、系统性

老师：我们知道了重力势能的表达式，现在我们就用这个表达式计算一下物体的重力势能，比如老师手里的重锤，它在这个位置的重力势能是多大？我们要计算重锤的重力势能都要知道哪些物理量？

学生：质量和高度

老师：质量我们可以测出来，那么这个高度是测物体到哪里的高度？

这时学生会说地面和桌面

[ 教师引导]同一物体处于同一位置重力势能的大小不同，重力势能的大小跟参考平面的选取有关，重力势能具有相对性

 [ 教师引导] 选择一个参考平面, 参考平面上高度h=0重力势能也为零，这个水平面叫做零势能参考平面，通常也叫零势能面。参考平面的选取是任意的，选择哪个水平面做参考平面，可是研究问题的方便而定，通常选择地面为参考平面。

选择不同的零势能面，重力势能不同，h是指所处位置的平面到参考水平面的距离。物体位于参考平面的上方，重力势能是正值。物体为=位于参考平面的下方，重力势能为负值。正号表示物体在参考平面的上方;负号表示物体在参考平面的下方。

　势能是系统性

[ 教师] 重力势能跟重力做功密切相关, 而重力是地球与物体间的引力作用;没有地球对物体的引力作用就没有重力势能.因此重力势能为地球与物体所共有.平常所说的“某一物体” 的重力势能, 只是一种习惯的简化说法.

3、重力做功与重力势能变化的关系

重力势能的变化与重力做功到底是怎样的定量关系？

利用前面的物理情景来推导两者的关系

重力所做的功为：

WG=mg(h1-h2)=mgh1-mgh2

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WG= EP1 -EP2

学生讨论得到：
　　当物体由高处运动到低处时，ｈ１>ｈ2，WＧ>０  ∴
　   　当物体由低处运动到高处时，ｈ１<ｈ2，WＧ<０  ∴

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、考察重力做功的特点

思考与讨论：如图，质量为m的小球从高为h1的初位置沿三种不同的路径运动到高为h2的末位置。请计算三种情况下重力做的功分别是多少？根据计算结果你能总结出重力做功的特点吗？先独立思考，然后小组内交流，讨论完成后各组长发言。

根据功的计算公式W=F S cosθ

1、重力做功为WG =mgΔh =mg(h1 -h2).

2、设斜面长为l, 与竖直方向的夹角为θ,

重力做功为WG =mglcosθ=mgΔh =mg(h1 -h2).

第三种情况我们可以分为两个阶段，从A运动到B点重力做的功等于这两个阶段的和，即WG =mgΔh1 +mgΔh2 =mgΔh =mg(h1 -h2)

 [教师引导] 能否从上面的几个例子中分析归纳重力做功的特点?

[学生归纳总结] 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, 而跟物体运动的路径无关。

[板书]

WG =mg h =mg(h1 -h2)=mgh1 -mgh2

注意：h指物体初末位置的高度差，与前面重力势能表达式中的h的区别

5、学以致用

练一练: 如图有一个质量1kg的小球从桌面以上高h1=1m的A点落到地面上的B点，桌面的高为h2=0.5 m。请按要求填写下表 (g=10m/s2)。

比较、分析表格中的数据，有何特点？

1、选取不同的参考平面,物体的重力势能的数值不同

2、WG、△Ep与参考面的选取无关。

6、课堂小结

一、重力势能

Ep = mgh

二、重力做功和重力势能变化的关系

WG= EP1 -EP2

三、重力做功的特点

重力对它做的功只跟它的初末位置的高度差有关, 而跟物体运动的路径无关。

WG =mg h =mg(h1 -h2)=mgh1 -mgh2

七、板书设计

一、重力势能

1、定义：物体受到的重力mg和物体所处的高度h的乘积。

2、表达式：Ep = mgh

3、单位：焦耳，符号为J

4、标矢性：无方向，是标量。

5、特征：相对性、系统性

二、重力做功和重力势能变化的关系

WG= EP1 -EP2

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。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。

三、重力做功的特点

重力对它做的功只跟它的初末位置的高度差有关, 而跟物体运动的路径无关。

WG =mg h =mg(h1 -h2)=mgh1 -mgh2