必修 第二册2 重力势能教案设计

这是一份必修 第二册2 重力势能教案设计，共6页。教案主要包含了教材分析，学情分析，教学目标，教学重难点，教学重点，教学难点，新课导入，新课讲解等内容，欢迎下载使用。
（一）教材分析
在复习初中掌握的重力势能有关知识的基础上，进一步根据功的定义，推导出重力势能的计算公式，并通过实例分析，理解重力势能的相对性、正负含义等，并能准确地计算重力势能值。
【学情分析】
（一）学情分析
学生在学习重力势能这一节时，由于有初中的基础，对重力势能的大小与物体高度和质量有关，是有一定认识的。但对于做功与能量变化之间的关系，是模糊的，只记忆了“功是能量转换的量度”这句话，并没有更深层次的理解。其原因在于学生在物理学习中，对给定情景的物体受力做功与能量变化的分析都较少，联系生活中的情景，在功能关系这方面的关注也不多。
所以，从实例入手是必要的。需要不断引导学生从实例到模型，思考重力做功与背后能量变化的关系是什么？其中对于重力做功有什么特点，学生没有认识，重力势能的表达式为什么可以是mgh？其他力做功有这样的特点吗？我们可以用同样别的方式去定义其他能量吗？重力势能为什么具有相对性？这些困惑都是学生在学习中会出现的。这些困惑与他们的生活经验有一定关联，却不能用经验完全解决，需要经历逻辑推导的过程才可以明确。教师要做的。就是帮助学生搭建起生活经验与科学思维的桥梁，帮助他们深刻理解重力势能的表达式，以及其特点。逐步形成做功引起能量转移或转换的观念，为后面能量守恒奠定扎实的基础。这也是学科核心素养中物理观念的要求。
【教学目标】
（一）教学目标
1. 重力势能的概念，会用重力势能的定义进行计算。
2. 重力势能的变化和重力做功的关系，知道重力做功与路径无关。
3. 重力势能的相对性。
【教学重难点】
（一）教学重难点
【教学重点】
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。
【教学难点】
1. 重力势能的系统性和相对性。
【新课导入】
（一）新课导入
由前面的学习我们知道，相互作用的物体凭借其位置而具有的能量叫做势能。
水力发电站是利用水来发电的，水是利用什么来发电的呢？高处的石头欲落下，你为什么害怕，急于要躲开呢？
说明物体由于被举高而具有重力势能。怎么样认识重力势能呢？
功与能是两个密切联系的物理量。物体的高度发生变化，重力势能发生变化，重力要做功。我们认识重力势能，不能脱离重力做功的研究。本节课将定量地学习与重力势能有关的问题。
【新课讲解】
（一）重力做的功
重力做的功
如图所示的情景，
对重力做功的计算过程如下
情景1：WG＝mgh＝mgh1－mgh2
情景2：WG＝mglcs θ＝mgh＝mgh1－mgh2
情景3：WG＝mgΔh1＋mgΔh2＋mgΔh3＋…＝mgh＝mgh1－mgh2
重力做功的特点
(1)重力所做的功跟物体的运动路径无关，跟物体初位置和末位置的高度差有关。
(2)重力是恒力，大小不变，方向总是竖直向下，根据恒力做功的公式可知，重力做功的大小由重力大小和在重力方向上的位移的大小即竖直方向上的高度差决定，与其他因素无关，所以只要起点和终点的位置相同，不论沿着什么路径由起点到终点，重力做功都相同。
重力做功的表达式
WG＝mgh1－mgh2，其中h1、h2分别表示物体起点和终点的高度。
物体下降时重力做正功，物体被举高时重力做负功。
例题1：如图1所示，若物体分别沿不同的路径Ⅰ和Ⅱ从A运动到B，则( )
图1
A．沿路径Ⅰ重力所做的功最大
B．沿路径Ⅱ重力所做的功最大
C．沿路径Ⅰ和Ⅱ重力所做的功一样大
D．条件不足不能判断
解析：选C 物体分别沿不同的路径Ⅰ和Ⅱ从A运动到B，初、末位置相同，重力做功一样大，C对。
练习1.如图2所示，某物块分别沿三条不同的轨道由离地高h的A点滑到同一水平面上，轨道1、2是光滑的，轨道3是粗糙的，则( )
图2
A．沿轨道1滑下重力做功多
B．沿轨道2滑下重力做功多
C．沿轨道3滑下重力做功多
D．沿三条轨道滑下重力做的功一样多
解析：选D 重力做的功等于重力乘以物块沿竖直方向的位移，因此物块沿各个轨道滑下时重力做的功相同，故正确答案为D。
（一）重力势能
重力势能
【学生思考】为什么说 这个物理量有特殊意义？
【教师引导】 的特殊意义在于它一方面与重力做的功密切相关，另一方面它随着高度的增加而增加、随着质量的增加而增加，恰与前述重力势能的特征一致。
【思考与讨论】若重力做的功与路径有关，即对应于同样的起点和终点，重力对同一物体所做的功，随物体运动路径的不同而不同，我们还能把叫做物体的重力势能吗？为什么？

【教师总结】重力做功与重力势能变化关系的理解
（1）无论物体是否受其他力的作用，无论物体做何种运动，重力做功都取决于重力大小和初、末位置的高度差。
（2）重力势能的变化只取决于物体的重力所做功的情况，与物体除重力外是否还受其他力作用以及除重力做功外是否还有其他力做功等因素均无关，与物体做何种运动无关，关系式 总是成立的。
（3）重力做正功，重力势能减少，重力势能的减少量等于重力所做的功 。
重力做负功，重力势能增加，重力势能的增加量等于物体克服重力所做的功 。
（3）重力势能的相对性
【教师引导】物体的重力势能总是相对于某一水平面来说，这个水平面叫做参考平面。在这个水平面上，物体的重力势能取为零。通常选择地面为参考平面。
选择不同的参考平面物体，重力势能的数值是不同的。
（一）重力势能的相对性
重力势能
定义：“mgh”叫做物体的重力势能，以符号EP表示即：
h 表示物体所处的高度，具有相对性。
2．标量，单位同功相同，国际单位制中：焦耳 符号J
关系：
3．性质
⑴．相对性：由高度的相对性得出重力势能的相对性
①参考面：参考面不同，重力势能的值不同，在没有规定零势能面（参考面）的情况下，讨论某一物体的势能是没有意义的。
②正负：参考面以上势能为正参考面以下势能为负，越向下势能越小。
⑵．系统性：重力势能为物体和地球系统所共有，不是物体单独具有的。重力做功和重力势能的关系
1．重力做的功
初位置高度h1，末位置高度h2，则重力的功为
重力势能的变化量
初位置重力势能
末位置重力势能
重力势能的变化量
若从高处到低处，即 h1>h2，
可得 WG>0 且
结论①重力做正功，重力势能减小，重力做了多少功，重力势能就减小多少（重力势能的减小量等于重力所做的功）。
若从低处到高处，即 h1