4重力势能整体设计重力势能及其相对性是本节的主耍教学内容•教材从分析重力做功与路径无关入手，来建立重力势能的概念•按照“以学生为主体”新课程标准要求，在这一环节，要让学生亲自动手算一算这两种情况下重力对物体做了多少功，来加深对探究过程的理解.正是因为重力做功有这样的特点，才引入重力势能的概念，对这一点学生会感觉比较困难.这一认知是逐渐建立起来的，在这里要求不宜过高.教师可以帮助学牛回忆，在“追寻守恒量”一节中，给出了势能的定义，“物体势能是物体凭借其位置而具有的能量［启发学牛思考，请学生说一说亜力势能应该与哪些物理量有关.经过讨论，学生会得出，重力势能应跟物体在地球的相对位置有关，还应与物体受到的重力有关.木节重点讲述重力势能及其相对性，重力势能的变化以及与重力做功的关系.重力做正功吋，重力势能减少，克服重力做功（重力做负功）吋，重力势能增加，关于这个关系，学牛往往不易理解，教学时最好能结合一些实例，从能量转化的角度分析，解开学牛的困惑，例如可举在自山落体运动中，重力做正功，重力势能减少，同时山动能定理可知，动能增加，重力势能转化为动能，这样做，也可以为下一节讲解机械能守恒定律作好准备.为了突出重点，突破难点，采用学生实际操作、推理和互动探究的方法，学生对计算结果分析，先思索由结果发现什么问题，激发学生的学习热情，然后由教师层层提出问题，分析问题，逐步解决问题，使学生理解和掌握木节的知识•关于重力做功与路径无关和弹性势能的教学：只要求学生知道即可.教学重点重力势能的概念及重力做功跟物体重力势能改变的关系.教学难点重力势能的系统性和相对性.课时安排1课时三维目标知识与技能1.理解重力势能的概念，会用重力势能的定义式进行计算.2.理解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.知道重力势能的相对性.4.了解弹性势能.过程与方法1.根据功和能的关系，推导出重力势能的表达式.2.学会从功和能的关系上解释和分析物理现彖.3.通过实验，使学生掌握科学的研究方法——控制变量法；培养学生的实际操作能力.4.通过对结果的分析，培养学牛发散性思维，及分析、推理、归纳的能力.情感态度与价值观1.通过对实验操作、观察、讨论，以及得出本节课物理知识的过程和方法，激发学生探索的兴
趣和热爱科学的精神.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.课前准备自制课件、事先搜集各种投影图片；犬小不一的两个铁块、自制小桌、盛满沙的盒子等.教学过程导入新课故事导入1994年7月7日，苏梅克•列维9号彗星以60km/s的速度，向木星飞驰而去.第一颗彗核撞上了木星，紧接着,其余的彗核也接二连三地向木星撞击,这一壮烈的天体碰撞，持续了5天才告结朿.碰撞产牛了相当于20亿颗原子弹爆炸的威力，产牛的火球，直径达10km,温度达到7000°C,产牛的光亮在数亿T米外也能扑【到，腾起的蘑菇云极为壮观，形成的尘埃云团与地球同样大小，并存在了儿个月之久.教师引导学生思考讨论：为什么彗星撞击木星时会产生如此人的能量呢？情景导入人屏幕投影展示下而儿幅图片，让学生自己仔细观察，并自己提出问题来讨论.2002年9月21H上午，俄罗斯高加索北奥塞梯地区的一个村庄发生雪崩，造成至少100人失踪美国内华达州亚利桑那陨石坑。这个陨石坑是5万年前，一颗直径约为30-50米的铁质流星撞击地面的结果•据说，坑屮可以安放卞20个足球场，四周的看台则能容纳200多万观众参考问题：1.我们看到一个冰天雪地、广袤无垠的银色壯界，它带给人们的是圣洁、平和、宁静的感受，--种心灵的洗涤•但是一口大量积雪从高处滑下形成雪崩•一而而口茫茫的雪墙排山倒海而来，你将感受到人雪崩所带来最令人惊心动魄的白色恐惧，将对人们的生命与财产带来灾难……为什么这么漂亮的雪花有如此人的破坏力？发生的雪崩为什么具有这么人的能量？2.通过美国内华达州亚利桑那的陨石坑现象，你能说出这么大的能量与哪些因素有关？实验引入教师利用课前准备好的实验仪器：自制小桌、铁块（一人一小两个）、盛满沙的小盒，如图.
先让学生猜测重力势能的影响因索.■Fl通过学牛分组讨论，由学牛代表表述口己的想法，重力势能的影响因素有哪些？然后分别设计实验，验证学牛的猜想.推进新课一、重力的功问题：物体的重力势能跟哪些影响因素有关呢？通过重力势能的定义，引导学牛找出重力势能的影响因素：物体的质量与高度•具体的关系，要求学牛设计具体的物理情景來探讨.情境设置：把自制的物理小桌放在盛满沙的盒子中，比较质量不同的两个铁块落在小桌上时小桌陷入的深度；比较同一铁块从不同的高度落在桌子上陷入的深度.实验一：用质量不同的两个铁块从同一•高度释放，观察小桌陷入沙子中的深度.实验二：用同一个铁块从不同高度释放，观察小桌陷入沙子屮的深度.学生认真操作实验，并记录观察到的实验现象.现象：在实验一中，铁块的质量越大，小桌陷入沙子中的深度越大；在实验二中，铁块释放的高度越高，小桌陷入沙子中的深度越大.通过以上实验的进行，学牛深切感受两个影响因素对亜力势能的影响，并从中总结具体是怎样影响的：物体的质量越大，高度越大，重力势能就越大.因此，要研究重力势能，就不能脱离对重力做功的研究.重力做功的特点：创设情景，引导学牛推导重力做功的特点:如图，提出物体从A到C的儿种情况，让学牛写出在这儿种情况下，物体从A->C,重力做的功：ABC图A是物体rtlA做口rh落体到B,再水平运动到C,容易得出此过程中，重力做功为mgh；图B是物体沿斜而由A滑到C,重力做功为：mgs・sin洁mgh；图C是物体沿曲血由A滑到C,可以把曲面看成很多段小斜血组成，利用图B的结论可以得岀，重力做功也为mgh.还可从A到BC而画任意路径让学生求重力做功，可以看出结论都为mgh.学生从以上三个过程的推导中容易得到重力做功的特点：重力做功与路径无关，只与物体起点和终点位置的高度差有关.思维拓展重力做功与路径无关，其他力（比如摩擦力）做功是否与路径有关？冋答是肯定的•可见，重
力做功的特点不能乱用，耍视具体力而定•同时提醉学牛，今后学习中还会遇到具有这种特点的力（例如电场力）.如右图所示，指导学生计算质量为m的物体，从A运动到B的过程中，重力做的功是多小球的质量为m,从髙度为h】的A点下落到高度为h2的B点，如图所示，重力所做的功为：WG=mgAh=mghrmgh2从上而的表达式，可以看出重力做功的大小等于重力跟起点高度的乘积mghi与重力跟终点高度的乘积mgh2两者之差.点评：引导学生逐步认识mgh,.mgh?两个量是用来描述初末状态能量特点的，为重力势能概念的提出作思路引导.二、垂力势能复习势能的概念：相互作用的物体凭借其相对位置而具有的能量，称为势能.mgh这个物理量具有特殊的物理意义，一方面少重力做功有关（相互作用），又随高度的变化而变化（凭借其相对位置），具有了势能的特征.物理学中，把物理量mgh叫做物体的重力势能,用Ep表示.点评：教师在分析垂力做功的基础上，分析势能的两个主要特征，mgh同时具备两个主要特征,重力势能概念的提出就水到渠成.师生共同讨论，理解Ep=mgh,主要采取讲授式：1.标矢性：标量2.单位：焦耳（J）问题:重力做功引起了物体位置的变化，物体位置变化引起重力势能变化，重力做功与重力势能变化有什么关系呢？引导学生推导：重力做功也可以写成WG=Epl-Ep2当物体下落时,重力做正功mgh,WG>0,即Epl>Ep2,这说明,重力做功,重力势能Ep减少,减少的值等于重力所做的功.同理，当物体上升时，重力做负功-mgh,重力势能Ep增加的值等于重力所做的功，要注意的是，重力做负功也可以说成物体克服重力做功•重力做功是重力势能变化的量度.三、重力势能的相对性问题:将一个质量为5kg的铁球放在4楼一张1.5m高的桌子上，已知每层楼的高度均为2.5m,求铁球的重力势能.
要求学生分组计算，让各小组代衣自山表述自己的计算结果，教师暂不作评价.预测学生的计算情况，在高度的数值代入上有不同的意见.出现计算上的矛盾，此时，教师引导学生感受由于参考面的选取不同，给计算造成了不便，无法计算.因为没有说明物体的高度是以什么位置为零高度.请学主分别写出上图中以B和地血C为零点的物休的重力势能:Epi=mgh|,Ep2二mg（h|+h2）,（hj=AB,h2=BC）.总结:力势能具有相对性，是与零点选収有关的，因此在表达巫力势能时，要指明势能零点的位置我们把重力势能为零的水平而叫做零势能而.通常以水平地而为零势能而.2.对选定的参考平面而言，在参考平面上方的物体，高度是正值，重力势能也是正值；在参考平而下方的物体，高度是负值，重力势能也是负值•物体具有负的重力势能，表示物体在该位置具有的重力势能比在参考平面上具有的重力势能要少.口主学习：学牛分别写出以B和地面C为零点情况下，物体落在B和落在地面C上时与初态的重力势能差：△Epi=-mghMEp2=-mg（hi+h2）,这是与零点选取无关的.师生总结：不论我们如何选择参考系，对于-•物理过程，重力势能的改变是一定的.我们今后的学习屮，更多地是研究某物理过程屮重力势能的变化，这时我们就可以适当选择参考系使问题简化，而不会影响结果.课堂训练1.分析判断下列几种说法是否止确.（1）物体在末位置的亜力势能■物体如何运动无关；（2）物体在地球表面和刀球表面上的重力势能相等；（3）—个静止的物体重力势能为负值时，说明物体无做功本领.2.起重机以§的加速度将质量为m的物体匀减速地沿竖直方向提升高度h,则起重机钢索的拉4力对物体做的功为多少？物体克服重力做功为多少？物体的重力势能变化了多少？3.关于重力势能，下列说法中正确的是（）A.物体的位置一旦确定，它的重力势能的人小也随之确定B.物体与零势面的距离越人，它的重力势能也越人C.一个物体的重力势能从-5J变化到-3J,重力势能减少了D.重力势能的减少量筹于重力对物体做的功参考答案1.第一种说法正确.解析：（1）把重力势能的决定因素和实际问题的给定条件相比较；（2）正确理解重力势能是系统具冇的，系统发生变化时，重力势能如何变化；（3）理解重力势能的正、负与物体做功Z间的关系.2•解析：由题意可知起重机的加速度a=§,物体上升高度h,4
据牛顿第二定律得13mg-F=ma,所以F=mg-ma=m^-mx—g=一mg〜〜〜44方向竖直向上.3所以拉力做功WF=FhcosO°=—mgh4〜重力做功WG=mghcosl80°=-mgh即物体克服巫力做功为mgh乂因为WG=EpI-Ep2=-mghWg
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