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    《势能及其改变 第1课时》示范公开课教学设计【物理鲁科版高中必修第二册(新课标)】
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    高中第4节 势能及其改变第1课时教案设计

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    这是一份高中第4节 势能及其改变第1课时教案设计,共6页。教案主要包含了重力势能,重力做功与重力势能改变的关系,弹性势能及其改变等内容,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、重力势能
    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。
    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。
    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。
    二、重力做功与重力势能改变的关系
    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
    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
    式中,Ep1= mgh1,表示物体在初位置时的重力势能;Ep2= mgh2,表示物体在末位笠时的重力势能。
    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。
    三、弹性势能及其改变
    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
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