人教版 (2019)必修 第二册2 重力势能教案设计

基于大单元教学设计的高中物理教案

课题名称：必修 第二册 8.2《重力势能》教案      

课型：新授课

一、核心素养

物理观念：利用微元法和图象法计算变力做功的问题，理解重力势能与零势能面的选择有关，是一个相对物理量，大小取决于到零势能面的高度。

科学思维：通过重力做功和重力势能的变化关系，推导出重力势能的表达式，体验推导过程中获得新知的乐趣。

科学探究：根据功和能的关系，推导出重力势能的表达式。

科学态度与责任：通过探究过程体会物理学的逻辑之美和方法之美，体会数理的巧妙结合，激发学生求知欲和学习兴趣，享受成功的乐趣。

二、教学重难点

重点：

1. 重力势能的概念及重力做功跟物体重力势能改变的关系。

2. 弹性势能的概念和弹性势能大小变化。

3. 重力势能的相对性。

难点：1.重力势能的系统性和相对性。

2.重力做功与路径无关，重力势能的概念，重力势能的变化和重力做功的关系。

三、教学环节

[新课导入]

展示图片：

问题：若有人让你站在图中石头下面，你愿意吗？为什么？

生1：不愿意.石头掉下来，会砸到人。

师：石头掉下来了吗？

生1：石头对人有潜在的威胁。

师：“潜在威胁”是什么意思？

生1：石头的位置很高，蕴含着很大的能量.

师：是什么能量？

生1：重力势能。

问题：重力势能与什么因素有关？你能举例说明吗？

情境1：站在高处的石头下面，人会害怕，但站在地面上的石头旁边，人不会害怕。高处的石头具有很大的重力势能，重力势能与高度有关。

情景2：水力发展点储蓄很高的水位，重力势能越多，转化为更多的电能。

情境3：将等大的塑料球和钢球分别放在学生头顶。放置钢球时学生会出现闪躲动作。钢球的重力质量大，重力势能大。

[主干知识导引]

[概念梳理 夯实基础]

1．重力做的功

(1)特点：只跟物体运动的起点和终点的位置有关，而跟物体运动的路径无关．

物体下降时重力做正功；物体被举高时重力做负功，也可以说成物体克服重力做功．

(2)表达式：WG＝mgh＝mg(h1－h2)，其中h表示物体起点和终点的高度差．h1、h2分别表示物体起点和终点的高度．

2．重力势能

(1)定义：物体由于位于高处而具有的能量．

(2)大小：等于物体所受重力与所处高度的乘积，表达式为Ep＝mgh.其中h表示物体(重心)的高度．

(3)单位：焦耳，与功的单位相同．

(4)重力做功与重力势能变化的关系

①表达式：WG＝Ep1－Ep2.

②重力做正功，重力势能减小，重力做负功，重力势能增加．

3.重力势能的相对性和系统性

(1)相对性

参考平面：物体的重力势能总是相对于某一水平面来说的，这个水平面叫作参考平面．在参考平面上，物体的重力势能取作0.

(2)重力势能的相对性

选择不同的参考平面，物体重力势能的数值是不同的．

对选定的参考平面，上方物体的重力势能是正值，下方物体的重力势能是负值，负号表示物体在这个位置具有的重力势能要比在参考平面上具有的重力势能小．

（3）系统性

重力势能是地球与物体所组成的系统共有的．

4.弹性势能

(1)弹性势能的概念

发生弹性形变的物体的各部分之间，由于有弹力的相互作用而具有的势能．

(2)决定弹性势能大小的相关因素

弹性势能与弹簧的形变量l和劲度系数k有关，在弹簧的形变量l相同时，弹簧的劲度系数k越大，弹簧的弹性势能越大．在弹簧劲度系数k相同时，弹簧形变量越大，弹簧弹性势能越大．

[典型例题]
例1、关于重力势能，下列说法中正确的是（    ）

A．某一物体的位置一旦确定，它的重力势能的大小也随之确定

B．重力势能的减少量等于重力对物体做的功

C．一个物体的重力势能从-5J变化到-3J，重力势能减少了

D．物体与零势能面的距离越大，它的重力势能也越大

答案：B

例2、物体在运动过程中，重力做功50J，则下列说法正确的是（    ）

A．物体的高度一定是降低了

B．物体的高度一定是升高了

C．物体的重力势能一定是50J

D．物体的重力势能一定增加50J

答案：A

例3、关于重力势能，下列说法正确的是（）

A．重力势能的大小只由重物本身决定

B．一物体的重力势能从-6J变为-2J，重力势能变小了

C．在地面上的物体，它具有的重力势能一定等于零

D．距地面有一定高度的物体，其重力势能可能为零

答案：D

例4：质量m的小球(视为质点)被长L的轻质细线拴着从图示位置运动到最低点.重力加速度为g。求：

(1)重力对小球做的功；

(2)若阻力为 f，求重力做功.

(3)重力势能变化了多少？

[课堂总结]

一、重力做的功

1.特点：重力做功和路径无关，只和初末位置有关.

2.做功：W=mgh1-mgh2

二、重力势能

1.含义

2.表达式：Ep=mgh

3.标量

4.单位：焦耳 (J)

5.重力做功与重力势能关系

WG=Ep1-EP2=-ΔEp   重力势能变化量： ΔEp =Ep2-Ep1

6.重力势能的相对性

三、弹性势能

1.弹性势能含义

2.影响因素：k、x