人教版高中物理必修二全册教案7.4重力势能教学目标一、知识与技能1．理解重力势能的概念，会用重力势能的定义进行计算。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。二、过程与方法用所学功的概念推导重力做功与路径的关系，亲身感受知识的建立过程。三、情感、态度与价值观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。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。教具铁球、多媒体、课件等。教学过程一、导入新课2002年9月21日上午，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，如左图所示。右图是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，坑中可以安放下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、广袤无垠的银色世界，它带给人们的是圣洁、平和、宁静的感受，一种心灵的洗涤。但是一旦大量积雪从高处滑下形成雪崩，一面面白茫茫的雪墙排山倒海而来，你将感受到大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大的破坏力？发生的雪崩为什么具有这么大的能量？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？二、新课教学（一）重力的功教师：重力做功与什么因素有关呢？我们现在就通过几个例子来探究一下。（多媒体投影教材上的图7.4-1、图7.4-2、图7.4-3，让学生独立推导这几种情况下重力做的功）教师：比较容易做的是哪一个问题？学生：第一个和第二个问题。教师：为什么这两个问题容易研究呢？5
人教版高中物理必修二全册教案学生：因为这两个问题中物体运动的路径是直线，所以在研究重力做功的问题上比较容易研究。教师：那么这两个问题的答案是什么呢？学生：第一个问题中WG＝mgh=mghl－mgh2，第二个问题中WG=mglcosθ=mgh＝mgh1－mgh2，和第一个问题中所求出的答案相同。教师：我们大胆猜想一下，第三个图中重力做的功和前两个是否相等呢？学生：可能是相等的。教师：我们来验证一下我们的猜想，第三个图的困难在哪里？学生：力做功的路径是曲线。教师：我们怎样突破这个难点呢？曲线问题不容易解决，我们可以把这一条曲线看作由很多小的直线组成，这样把每小段直线上重力做的功合起来就是整个过程中重力做的总功。在第三种情况下重力做的功和前两种情况中重力做的功相同。教师：我们可以得到什么样的结论？学生：重力做功与路径无关，与物体的初末位置有关，具体的表达式是WG=mgh1－mgh2，其中hl和h2表示物体所处位置的高度，可见物体的重力mg与它所在位置的高度h的乘积“mgh”是一个具有特殊意义的物理量。教师总结并板书：物体运动时，重力对它做的功只跟它的起点和终点位置有关，而跟物体运动的路径无关。练习：312Ah1.如图所示，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（）。 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答案：Dθv02.如图所示，一个质量为m的木块，以初速度v0冲上倾角为θ的固定斜面，沿斜面上升l的距离后又返回运动。若木块与斜面间的动摩擦因数为μ，求：（1）木块上升过程克服重力做功的平均功率；木块的重力势能变化了多少？（2）木块从开始运动到返回到出发点的过程中，滑动摩擦力做的功是多少？（3）木块从开始运动到返回到出发点的过程中，重力做的功是多少？答案：（1）mgv0sinθ/2mglsinθ（2）2μmglcosθ（3）0（二）重力势能教师演示实验：在一个透明的玻璃容器内装上沙子。实验一：用一个铁球从不同高度释放，观察铁球落在沙子中的深度。实验二：用大小不同的两铁球从同一高度释放，观察铁球落在沙子中的深度。学生观察思考并讨论，教师总结：通过上述演示，我们可以定性得到：重力势能跟物体的质量和高度都有关系，且物体的质量越大，高度越大，重力势能就越大。1.重力势能的概念2.重力势能的表达式：Ep=mgh教师提出问题：重力做功引起了物体位置的变化，物体位置的变化引起重力势能的变化，重力做功与重力势能变化有什么关系呢？引导学生推导，学生回答，教师点评、完善总结。3.重力做功与重力势能变化的关系：5
人教版高中物理必修二全册教案重力做功也可以写成WG=Ep1－Ep2当物体下落时，重力做正功mgh，WG>0，即Ep1>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。即：重力做正功，重力势能减少；重力做负功，重力势能增加。重力势能的变化量与重力做的功数值相等。练习：1．一实心铁球和一实心木球质量相等，将它们放在同一水平面上，下列说法正确的是（）。A．铁球的重力势能大于木球重力势能B．铁球的重力势能等于木球重力势能C．铁球的重力势能小于木球重力势能D．上述三种情况都有可能答案：D2.下列说法正确的是（）。A.物体克服重力做功，物体的重力势能增加B.物体克服重力做功，物体的重力势能减少C.重力对物体做正功，物体的重力势能增加D.重力对物体做负功，物体的重力势能减少答案：A3.物体在运动过程中，克服重力做功50J，则（）。A.物体的重力势能一定为50J B.物体的重力势能一定增加50JC.物体的重力势能一定减少50J D.物体的重力势能可能不变答案：B（三）重力势能的相对性教师提出问题：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，让各小组代表自由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。请学生分别写出上图中以B和地面C为零点的物体的重力势能：Ep1=mgh1，Ep2=mg（h1+h2）（h1=AB，h2=BC）。总结：1.重力势能具有相对性，是与零点选取有关的，因此在表达重力势能时，要指明势能零点的位置。我们把重力势能为零的水平面叫做零势能面。通常以水平地面为零势能面。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；在参考平面下方的物体，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。自主学习：学生分别写出以B和地面C为零势能面情况下，物体落在B和落在地面C5
人教版高中物理必修二全册教案上时与初态的重力势能差：ΔEp1=-mgh1，ΔEp2=-mg（h1+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，对于一物理过程，重力势能的改变是一定的，即物体重力势能的变化与参考系的选取没有关系。我们今后的学习中，更多地是研究某物理过程中重力势能的变化，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。练习：1.将同一物体分两次举高，每次举高的高度相同，则（）。A.不论选取什么参考平面，两种情况中，物体重力势能的增加量相同B.不论选取什么参考平面，两种情况中，物体最后的重力势能相等C.不同的参考平面，两种情况中，重力做功不等D.不同的参考平面，两种情况中，重力最后的重力势能肯定不等答案：A2.井深8m，井上支架高2m，在支架上用一根长3m的绳子系住一个重100N的物体，若以地面为参考平面，则物体的重力势能有；若以井底面为参考平面，则物体的重力势能是。答案：－100J700J（四）势能是系统所共有的教师：请同学们阅读教材P66“势能是系统所共有的”部分，思考讨论势能的系统性。学生：阅读、讨论并理解。教师总结：质量是物体的固有属性，而重力的施力物体是地球；没有物体，谈不上重力势能；没有地球施加重力，重力势能也就不复存在。重力势能是物体跟地球组成的系统所共有的，而不是物体单独具有的。三、课堂小结本课主要学习了以下内容：1.势能由物体间的相互作用而产生，由它们的相对位置而决定。2.势能是标量，单位是焦耳。3.重力对物体所做的功与物体的运动路径无关，只跟物体运动的始、末位置有关，重力所做的功等于物体始、末位置的重力势能之差。4.重力势能是地球和地面上的物体共同具有的，一个物体的重力势能的大小与参考平面的选取有关。四、课堂训练1.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.重力势能恒大于零C.在地面上的物体具有的重力势能一定等于零D.重力势能实际上是物体和地球所共有的2.关于重力势能与重力做功，下列说法正确的是（）。A.物体克服重力做的功等于重力势能的增加B.在同一高度，将物体以初速v0向不同的方向抛出，从抛出到落地过程中，重力做的功相等，物体所减少的重力势能一定相等C.重力势能等于零的物体，不可能对别的物体做功D．用手托住一个物体匀速上举时，手的支持力做的功等于克服重力的功与物体所增加的重力势能之和3．关于重力势能的几种理解，下列说法正确的是（）。A.重力对物体做正功时，物体的重力势能减小B.放在地面上的物体，它的重力势能一定等于零C.在不同高度将某一物体抛出，落地时重力势能相等5
人教版高中物理必修二全册教案D.相对不同的参考平面，物体具有不同数值的重力势能，但并不影响有关重力势能问题4．将一个物体由A移至B，重力做功（）。A.与运动过程中是否存在阻力有关B.与物体沿直线或曲线运动有关C.与物体是做加速、减速或匀速运动有关D.与物体初、末位置高度差有关5．一质量为1kg的物体，位于离地面高1.5m处，比天花板低2.5m。以地面为零势能位置时，物体的重力势能等于__J；以天花板为零势能位置时，物体的重力势能等于____J（g取10m／s2）6．甲、乙两物体，质量大小关系为m甲=5m乙，从很高的同一高度处自由下落2s，重力做功之比为_____，对地面而言的重力势能之比为_____。三、计算题7．如图所示，一条铁链长为2m，质量为10kg，放在水平地面上，拿住一端提起铁链直到铁链全部离开地面的瞬间，物体克服重力做功为多少？物体的重力势能变化了多少？答案：1.D2.AB3.ACD4.D5.15﹣256.5:15:17.在这个过程中铁链重心上升了h=1m，所以，克服重力做功为：=100J，重力势能增加了100J。五、布置作业教材P66、67问题与练习第2、3题。5
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