粤教版 (2019)必修 第二册第四节 势能教案

这是一份粤教版 (2019)必修 第二册第四节 势能教案，共6页。教案主要包含了重力做功，重力势能的相对性，弹性势能等内容，欢迎下载使用。

1. 知道重力势能的概念，掌握重力势能的表达式。
2. 理解重力势能是相对的，知道重力势能是物体和地球共有的。
3. 理解重力做功与物体的具体运动过程无关，只与物体的初末状态有关。
4. 理解重力做功与重力势能变化量的关系。
5. 知道弹性势能的特点及影响弹性势能大小的因素。
教学重难点
教学重点
重力势能的表达式、重力做功的特点、重力势能的特点、弹性势能及其影响因素
教学难点
重力做功的特点、重力势能的特点
教学准备
多媒体课件
教学过程
新课引入
教师活动：展示雪景的图片和雪崩的视频。
教师活动：根据雪景的图片和雪崩的视频引入重力势能的话题。
白雪却嫌春色晚，故穿庭树作飞花。诗人用拟人的手法勾勒出一幅有关雪景的美丽图画。
但现实中，白雪带给人们的并不总是诗情画意的浪漫，还有可能是雪崩。发生雪崩时，高山上的积雪会瞬时获得速度，并且还经常夹杂着碎石向山下冲去，以排山倒海之势将山下的区域掩埋。
那么问题来了，发生雪崩时，原来静止的积雪是怎样获得速度的？经过初中的学习，我们知道，这要用重力势能来解释。那么问题又来了，我们应怎样定量地描述雪崩中的一块碎石的重力势能？
讲授新课
一、重力做功
教师活动：播放滑雪的视频。
教师口述：我们通过对滑雪模型的建构来研究
将滑雪者视为质量为m的物体（质点），物体从A点滑向C点，位移为l，与竖直方向的夹角为0，A点的高度为h1，C点的高度为h2。根据功的定义，物体从A点到C点过程中，重力做功为
W= mglcsθ =mg(h2-h1) =mgh2-mgh1 MACROBUTTON MTPlaceRef \* MERGEFORMAT SEQ MTEqn \h \* MERGEFORMAT ( SEQ MTEqn \c \* Arabic \* MERGEFORMAT 1)
上式的结果正好等于物体从A点竖直下落到B点过程中重力所做的功。这表明，从A点到B点和从A点到C点，虽然路径不同，但重力做的功是相同的。
教师设问：如果滑雪者以图中的曲线路径下滑，重力所做的功是怎样的？
学生活动：学生之间思考老师所提问题，然后举手回答。
教师活动：理答。
微元法将曲线路径细分，每一段小到可看成一条直线，然后再计算每一小段路径中重力所做的功，最后将这些小段相加。
教师活动：讲解重力做功与重力势能改变的关系。
由重力做功的特点可知，重力做功与重力势能改变的关系为
WG= Ep1-Ep2=-ΔEp MACROBUTTON MTPlaceRef \* MERGEFORMAT SEQ MTEqn \h \* MERGEFORMAT ( SEQ MTEqn \c \* Arabic \* MERGEFORMAT 2)
式中，Ep1= mgh1，表示物体在初位置时的重力势能；Ep2= mgh2，表示物体在末位置时的重力势能。
教师设问：物体从高处下落的过程中，重力做功的正负是怎样的，重力势能又是怎样变化的，是增大还是减小？物体被抬高的过程中，重力做功的正负是怎样，重力势能又是怎样变化的，是增大还是减小？
学生活动：学生之间讨论老师所提问题，然后举手回答。
教师活动：理答。
教师活动：讲解重力势能的概念。
物理学中，把物体因为处于一定的高度而具有的能量称为重力势能。
教师设问：影响重力势能的因素有哪些，我们通过一个实验来回顾一下。
教师活动：播放视频《影响重力势能的因素》。
教师口述：在初中，我们已经知道物体的质量越大，它的重力势能就越大，速度越大，重力势能就越大。但这些描述只是定性的描述，怎样才能描述物体的重力势能呢？
教师活动：讲解重力势能的表达式。
从公式 GOTOBUTTON ZEqnNum103388 \* MERGEFORMAT REF ZEqnNum103388 \* Charfrmat \! \* MERGEFORMAT (1)中，可以看到出物体所处的高度越大，其做功的“潜力”或“势力”越大；其质量越大，其做功的“潜力”或“势力”越大。在物理学中，物体的重力势能EP表示为
EP=mgh
重力势能是标量。它的单位与功的单位相同，在国际单位制中都是焦耳，符号为J。
二、重力势能的相对性
教师活动：讲解重力势能的相对性。
对同一物体，重力势能的大小由物体所处的高度决定。物体所处的高度总是相对一定的水平面而言，相对于不同的水平面，物体所处的高度是不同的。
师生活动：教师以教室内的实物为例，选择不同的楼层为0势能参考面，让学生说出相应的重力势能。
三、弹性势能
教师活动：播放有关蹦床运动的视频。
教师活动：讲解弹性势能的概念。
物理学中，把物体因为发生弹性形变而具有的能量称为弹性势能。
教师活动：结合具体的运动过程，分析弹性床和运动员组成的系统的弹性势能、动能、重力势能的转化。
教师设问：请从力与运动的角度弹性床的形变和运动员的运动。
教师活动：展示撑竿跳高的图片，让学生分别从力与运动、功与能的角度分析撑竿的形变和运动员的运动。
教师活动：讲解影响弹性势能大小的因素。
典题剖析
例1 在高处的某一点将三个质量相同的小球以相同的速率v0分别上抛、平抛、斜抛，那么以下说法正确的是( )
A．从抛出到落地过程中，重力对它们所做的功都相等
B．因物体的轨迹不同，重力做功不相等
C．从抛出到落地过程中，重力对它们做功的平均功率都相等
D．如果考虑空气阻力，则从抛出到落地过程中，重力做功不相等
答案：A
解析：由于重力做功与路径无关，只与初、末位置高度差有关，三个小球初、末位置的高度差相同，所以重力做功都相等，A正确，B、D错误；三个小球在空中运动时间不一样，所以平均功率不相等，C错误。
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高的支架(图上未画出)上。(g取10 m/s2)
(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，重力势能变化了多少？
(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，重力势能变化了多少？
解：(1)以地面为参考平面，物体的高度
h1＝(0.4＋0.8)m＝1.2 m
因而物体具有的重力势能为
Ep1＝mgh1＝2×10×1.2 J＝24 J
物体落至桌面时，重力势能
Ep2＝mgh2＝2×10×0.8 J＝16 J
物体重力势能的变化量为
ΔEp＝Ep2－Ep1＝16 J－24 J＝－8 J
即重力势能减少了8 J。
(2)以桌面为参考平面，物体距参考平面的高度h1′＝0.4 m，因而物体具有的重力势能为
Ep1′＝mgh1′＝2×10×0.4 J＝8 J
物体落至桌面时，重力势能Ep2′＝0。物体重力势能的变化量为
ΔEp′＝Ep2′－Ep1′＝－8 J
即重力势能减少了8 J。
课堂小结