高中物理：07.5.重力勢(shì)能教案新人教版必修1

1、重力勢(shì)能  一、教學(xué)目標(biāo)1理解重力勢(shì)能的概念：(1)知道什么是重力勢(shì)能，強(qiáng)調(diào)“勢(shì)”的含義。(2)通過做功與能量關(guān)系，得到重力勢(shì)能公式Epmgh，知道在國際單位制中，勢(shì)能的單位是焦耳(J)；勢(shì)能是標(biāo)量。(3)了解重力勢(shì)能的相對(duì)性及勢(shì)能差的不變性。2掌握重力做功特點(diǎn)及重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系，應(yīng)用其解決相關(guān)問題。3知道彈性勢(shì)能及其相關(guān)因素。二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析1本節(jié)重點(diǎn)是重力勢(shì)能的表達(dá)，重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系。2對(duì)于勢(shì)能這種潛在做功能力的理解：一旦做了功，勢(shì)能就發(fā)揮出來而減少了。3要強(qiáng)調(diào)重力做功與重力勢(shì)能變化的相反量的關(guān)系，這在初學(xué)時(shí)很容易發(fā)生錯(cuò)誤，所以應(yīng)作為難點(diǎn)強(qiáng)調(diào)。三、教具投

2、影儀及幻燈片(主要用于把課上要舉的例題和圖打出，節(jié)約時(shí)間和黑板空間)。四、主要教學(xué)過程(一)引入新課我們已知道運(yùn)動(dòng)的物體具有動(dòng)能，那么靜止的物體是否有能量？我們又是如何知道它是否具有能量的呢？根據(jù)學(xué)生的回答引出新課內(nèi)容。(二)教學(xué)過程設(shè)計(jì)1重力勢(shì)能利用剛才學(xué)生舉的例子說明，被舉高的重物一旦下落就可以做功，表明處于一定高度的重物“儲(chǔ)存”著一種能量，這就是重力勢(shì)能，即：重力勢(shì)能是由于物體處于一定高度而具有的能量。從重力勢(shì)能的含義可以看出，它與物體的重力和高度有關(guān)，到底是什么關(guān)系呢？2重力勢(shì)能公式功是能量變化的量度，重力勢(shì)能的變化也可用做功表示出來。例如，用一外力把一質(zhì)量為m的物體勻速舉高h(yuǎn)，由于是

3、勻速上升，物體的動(dòng)能不變，外力舉高物體做的功Wmgh全部用于增加物體的重力勢(shì)能。而此過程中克服重力做功亦為mgh，也就是克服重力做了多少功，就獲得了多少重力勢(shì)能。用Ep表示勢(shì)能，則處于高度h處的物體的重力勢(shì)能為：Epmgh即重力勢(shì)能等于物體重力與高度的乘積。從勢(shì)能公式的指導(dǎo)可以看出，它與功一樣，在國際單位制中的單位也是焦耳(J)，而且也是標(biāo)量。它是由物體所處的位置狀態(tài)決定的，所以與動(dòng)能一樣是狀態(tài)量。如圖1，請(qǐng)學(xué)生分別寫出以桌面和地面為零點(diǎn)的小球的重力勢(shì)能：Ep1mgh1，Ep2mg(h1+h2)，可以看出，結(jié)果是與零點(diǎn)選取有關(guān)的，因此在表達(dá)重力勢(shì)能時(shí)，要指明勢(shì)能零點(diǎn)的位置。再請(qǐng)學(xué)生寫出兩種零點(diǎn)

4、選取情況下，小球落在桌面上和落在地面上時(shí)與初態(tài)的重力勢(shì)能差：Ep1-mgh1·Ep2-mg(h1+h2)，這是與零點(diǎn)選取無關(guān)的?？梢?，不論我們?nèi)绾芜x擇參照系，對(duì)于一物理過程，重力勢(shì)能的改變是一定的。我們今后的學(xué)習(xí)中，更多地是研究某物理過程中重力勢(shì)能的變化，這時(shí)我們就可以適當(dāng)選擇參照系使問題簡化，而不會(huì)影響結(jié)果。3重力做功與重力勢(shì)能的變化關(guān)系(1)重力做功的特點(diǎn)如圖2，讓學(xué)生寫出幾種情況下，物體從AC，重力做的功：圖A是物體由A做自由落體到B，再水平運(yùn)動(dòng)到C，容易得出此過程中，重力做功為mgh；圖B是物體沿斜面由A滑到C，重力做功為：mgs·sinmgh；圖C是物體沿曲面由A

5、滑到C，可以把曲面看成很多段小斜面組成，利用圖B的結(jié)論可以得出，重力做功也為mgh。教師還可從A到BC面畫任意路徑讓學(xué)生求重力做功，可以看出結(jié)論都為mgh。讓學(xué)生總結(jié)出規(guī)律。板書：重力做功與路徑無關(guān)，只與物體起點(diǎn)和終點(diǎn)位置的高度差有關(guān)。提問：其他力(比如摩擦力)做功是否與路徑有關(guān)？回答是肯定的?？梢?，重力做功的特點(diǎn)不能亂用，要視具體力而定。同時(shí)提醒學(xué)生，今后學(xué)習(xí)中還會(huì)遇到做功具這個(gè)特點(diǎn)的力，讓學(xué)生在今后遇到新的力時(shí)注意這個(gè)問題。(2)重力做功與重力勢(shì)能的變化教師將手中粉筆頭豎直上拋，然后讓學(xué)生分析其上升和下落過程中重力做功與重力勢(shì)能的變化，如圖3，可以看出，上升過程中，重力做功為-mgh，重力

6、勢(shì)能增加mgh；下落過程中，重力做功為mgh，重力勢(shì)能減少mgh，(或稱增加-mgh)，啟發(fā)學(xué)生總結(jié)出如下結(jié)論：重力做多少正功，重力勢(shì)能就減少多少；重力做多少負(fù)功(或稱克服重力做了多少功)，重力勢(shì)能就增加多少。即重力做功等于重力勢(shì)能的減少量。若用W。表示重力做功，Ep1表示初態(tài)的重力勢(shì)能，Ep2表示末態(tài)的重力勢(shì)能，則上述關(guān)系可表達(dá)為：(板書)WGEp1-Ep2Ep。提醒學(xué)生注意公式中兩個(gè)勢(shì)能的先后位置和Ep前負(fù)號(hào)的意義(-Ep指減少量)。4彈性勢(shì)能(1)什么是彈性勢(shì)能通過舉例看出，發(fā)生彈性形變的物體，在恢復(fù)形變時(shí)能對(duì)外界做功，所以它也具有一種潛在的能量，稱之為彈性勢(shì)能。(2)彈性勢(shì)能與什么因素

7、有關(guān)？以彈簧為例，引導(dǎo)學(xué)生得出彈性勢(shì)能隨彈簧勁度系數(shù)和形變量增大而增大的結(jié)論。對(duì)基礎(chǔ)好的學(xué)生，還可引導(dǎo)其利用彈力與形變關(guān)系的函數(shù)圖象(如圖4)，求出彈力的功，從而得出彈性勢(shì)能的定量表達(dá)式：Ep5例題講解與討論例1圖5表示一個(gè)斜拋物體的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)物體由拋出位置1運(yùn)動(dòng)到最高位置2時(shí)，重力做功是多少？重力勢(shì)能改變了多少？由位置2運(yùn)動(dòng)到跟位置1在同一水平面上的位置3時(shí)，重力做功和重力勢(shì)能的變化是多少？由位置1運(yùn)動(dòng)到位置3呢？解答：由位置12，重力做功-mgh，重力勢(shì)能增大mgh；由位置23，重力做功mgh，重力勢(shì)能減少mgh(增加-mgh)；由位置13，重力做功和勢(shì)能變化均為零。此例的目的是再次強(qiáng)化重力

8、做功、重力勢(shì)能的概念和計(jì)算例2如圖6，光滑斜軌道下端與光滑圓周軌道相接。要使小球進(jìn)入圓周軌道后能經(jīng)過軌道最高點(diǎn)并不落下來，至少應(yīng)使它從斜軌道上多高處由靜止開始下滑？解答：因所有軌道都光滑，所以小球運(yùn)動(dòng)過程中，只有重力做功，要使小球能經(jīng)過軌道最高點(diǎn)而不下落，對(duì)小球此時(shí)速度有一下限，也就是此處動(dòng)能有一下限，利用動(dòng)能定理對(duì)小球從出發(fā)點(diǎn)到圓周軌道最高點(diǎn)的過程列式，有：可以看出，利用重力做功的特點(diǎn)對(duì)全程列式可使問題大大簡化。(可讓分段列式同學(xué)提出自己的解答，然后比較優(yōu)劣。)例3如圖7所示，一物體質(zhì)量m2kg，在傾角37°的斜面上的A點(diǎn)以初速度v03m/s下滑。A點(diǎn)距彈簧上的擋板位置B的距離為A

9、B4m，當(dāng)物體到達(dá)B后，將彈簧壓縮到C點(diǎn)，最大壓縮量為BC0.2m，然后物體又被彈簧彈上去，彈到最高位置D點(diǎn)，D點(diǎn)距A點(diǎn)為AD3m。求：物體跟斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)。(g取10m/s2，彈簧及擋板質(zhì)量不計(jì))分析：此題一看上去似乎很繁，涉及到重力、彈力摩擦力做功的問題。其實(shí)認(rèn)真分析一下就會(huì)發(fā)現(xiàn)，在物體從BC又返回到B時(shí)，彈簧先做負(fù)功，又做了相等數(shù)量的正功?？偣榱?，即彈力功為零；而重力做功根據(jù)其特點(diǎn)，只考慮由A到D的高度差即可；摩擦力做功由于與路徑有關(guān)，須認(rèn)真計(jì)算物體在全程中的位移。可見，對(duì)不同性質(zhì)的力做功要具體分析，才會(huì)既簡化問題又避免發(fā)生錯(cuò)誤。利用動(dòng)能定理對(duì)ABCD全過程列式：五、課堂小結(jié)1對(duì)勢(shì)

10、能的含義和表達(dá)式予以必要重復(fù)。2對(duì)重力做功的特點(diǎn)和重力做功與重力勢(shì)能變化關(guān)系予以強(qiáng)調(diào)。3回憶上節(jié)動(dòng)能定理。結(jié)合本節(jié)知識(shí)，讓學(xué)生課下思考：動(dòng)能定理可變成什么其他形式？又有什么意義？為以后講功能關(guān)系和機(jī)械能守恒定律打下基礎(chǔ)。六、說明1不管是動(dòng)能定理還是本節(jié)所講的重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系，都是過程量與狀態(tài)量變化之間的關(guān)系。因此對(duì)過程分析和狀態(tài)定位非常重要。教師應(yīng)通過例題強(qiáng)調(diào)公式中每個(gè)符號(hào)的物理意義，不要把順序搞錯(cuò)，以免給以后深入研究功能關(guān)系帶來麻煩。2勢(shì)能是一個(gè)較難理解的概念，學(xué)生在一節(jié)課內(nèi)不易全面理解和掌握。因此本節(jié)沒有給出有勢(shì)力的概念，未通過有勢(shì)力做功的特點(diǎn)來定義勢(shì)能，而是直接給出定義和計(jì)算公式，這樣是為了避免給學(xué)生造成理解困難，而淡化了本節(jié)的