魯科版必修二2.2《勢(shì)能的改變》WORD教案03

1、2.2 勢(shì)能的改變本節(jié)講述重力勢(shì)能及其相對(duì)性，重力勢(shì)能的變化以及與重力做功的關(guān)系.由于與動(dòng)能定理的表述不一致，學(xué)生往往不易理解，教學(xué)時(shí)最好能結(jié)合一些實(shí)例，從能量轉(zhuǎn)化的角度分析，解開學(xué)生的困惑，例如可舉在自由落體運(yùn)動(dòng)中，重力做正功，重力勢(shì)能減少，同時(shí)由動(dòng)能定理可知，動(dòng)能增加，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能.這樣做也可以為下一節(jié)講解機(jī)械能守恒定律作好準(zhǔn)備.關(guān)于重力做功與路徑無關(guān)和彈性勢(shì)能的教學(xué)，根據(jù)學(xué)校學(xué)生的具體情況，可以適當(dāng)?shù)卣归_探究，這對(duì)提升學(xué)生能力是非常有幫助的.學(xué)生已掌握動(dòng)能、重力勢(shì)能的概念，對(duì)本節(jié)來說已有了很好的知識(shí)基礎(chǔ)，教學(xué)中應(yīng)大膽放手，使學(xué)生對(duì)重力做功和重力勢(shì)能的改變的關(guān)系進(jìn)行探索，有利于培養(yǎng)學(xué)

2、生的知識(shí)探究能力，培養(yǎng)興趣.教學(xué)重點(diǎn) 重力勢(shì)能的概念及重力做功跟物體重力勢(shì)能改變的關(guān)系.教學(xué)難點(diǎn) 重力勢(shì)能的系統(tǒng)性和相對(duì)性.教具準(zhǔn)備 球(大小相同的一個(gè)鋼球，一個(gè)木球)兩個(gè)、透明玻璃容器、沙子、投影片等.課時(shí)安排1課時(shí)三維目標(biāo)一、知識(shí)與技能1.理解重力勢(shì)能的概念，會(huì)用重力勢(shì)能的定義進(jìn)行計(jì)算；2.理解重力勢(shì)能的變化和重力做功的關(guān)系，知道重力做功與路徑無關(guān)；3.知道重力勢(shì)能的相對(duì)性；4.了解彈性勢(shì)能.二、過程與方法1.根據(jù)功和能的關(guān)系，推導(dǎo)出重力勢(shì)能的表達(dá)式；2.學(xué)會(huì)從功和能的關(guān)系上分析和解釋物理現(xiàn)象.三、情感態(tài)度與價(jià)值觀滲透從對(duì)生活中有關(guān)物理現(xiàn)象的觀察，得到物理結(jié)論的方法，激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生探索自然

3、規(guī)律的興趣.教學(xué)過程導(dǎo)入新課放錄像：節(jié)選美麗的東北雪景，緊接著過渡到大雪山的壯觀，在學(xué)生正看得津津有味時(shí)，跳到雪山發(fā)生雪崩，大雪以排山倒海之勢(shì)，摧毀一切，給人類和自然帶來巨大的災(zāi)難.教師提問：為什么看起來非常漂亮的雪花會(huì)有如此大的破壞力呢？學(xué)生回答：由于具有巨大的能量.學(xué)生活動(dòng)：接著觀看錄像，思考問題.重錘把水泥樁打進(jìn)地里，說明重錘對(duì)水泥樁做了功.據(jù)功和能的關(guān)系，既然重錘可以對(duì)水泥樁做功，表明重錘具有能.推進(jìn)新課在初中，我們已經(jīng)學(xué)過：物體由于被舉高而具有的能量叫重力勢(shì)能.那么重力勢(shì)能的大小與什么有關(guān)，又如何定量表示呢？除了重力勢(shì)能以外還有其他形式的勢(shì)能嗎？本節(jié)課我們就來研究解決這些問題.一、重

4、力勢(shì)能【實(shí)驗(yàn)探究】1.重力勢(shì)能與什么因素有關(guān)程序一演示實(shí)驗(yàn)演示一在一個(gè)玻璃容器內(nèi)放入沙子，拿一個(gè)鐵球分別從不同的高度釋放，使其落到沙子中，測(cè)量鐵球落入的深度.演示二把大小相同、質(zhì)量不同的兩個(gè)球從同一高度釋放，測(cè)量它們落入沙子中的深度.程序二學(xué)生敘述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：（1）當(dāng)鐵球質(zhì)量一定時(shí)，釋放點(diǎn)越高，鐵球落入沙子中越深；（2）當(dāng)釋放高度一定時(shí)，鐵球質(zhì)量大，鐵球落入沙子中越深.程序三據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象總結(jié)：物體的質(zhì)量越大，高度越大，重力勢(shì)能就越大.在物理學(xué)中我們就用mgh這個(gè)物理量來表示物體的重力勢(shì)能.板書：Ep=mghm物體的質(zhì)量千克（kg）g重力加速度米/秒2（m/s2）h物體的高度米（m）Ep物體的重力勢(shì)

5、能焦耳（J）重力勢(shì)能是標(biāo)量，單位：J2.重力勢(shì)能的相對(duì)性和系統(tǒng)性教師活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生閱讀課文相關(guān)內(nèi)容.投影閱讀思考題：（1）為什么說重力勢(shì)能具有相對(duì)性？（2）什么是參考平面？參考平面的選取是唯一確定的嗎？（3）選擇不同的參考平面，物體的重力勢(shì)能的數(shù)值是否相同？是否會(huì)影響有關(guān)重力勢(shì)能問題的研究？（4）如果物體在參考平面的上方，重力勢(shì)能取什么值？表示什么含義？（5）如果物體在參考平面的下方，重力勢(shì)能取什么值？表示什么含義？學(xué)生活動(dòng)：帶著問題閱讀教材，然后選出代表發(fā)言.教師活動(dòng)：聽取學(xué)生匯報(bào)，總結(jié)點(diǎn)評(píng)：1.重力勢(shì)能總是相對(duì)于某個(gè)水平面來說的，這個(gè)水平面叫參考平面.參考平面選取不同，重力勢(shì)能的數(shù)值就不同

6、.可見，重力勢(shì)能具有相對(duì)性.選擇哪個(gè)水平面作為參考平面，可視具體情況而定，通常選擇地面作為參考平面.2.選擇不同的參考平面，物體的重力勢(shì)能的數(shù)值是不同的，但并不影響研究有關(guān)重力勢(shì)能的問題，因?yàn)樵谟嘘P(guān)的問題中，有確定意義的是重力勢(shì)能的差值，這個(gè)差值并不因選擇不同的參考平面而有所不同.3.對(duì)選定的參考平面而言，在參考平面上方的物體，高度是正值，重力勢(shì)能也是正值，表示物體在該位置具有的重力勢(shì)能比在參考平面具有的重力勢(shì)能要大.4.在參考平面下方的物體，高度是負(fù)值，物體具有負(fù)的重力勢(shì)能，表示物體在該位置具有的重力勢(shì)能比在參考平面上具有的重力勢(shì)能要少.【知識(shí)拓展】重力勢(shì)能和重力有關(guān)，而重力是地球施加給物體

7、的，沒有地球，也就談不上重力勢(shì)能.可見，重力勢(shì)能是“地球和物體”這個(gè)系統(tǒng)共有的.學(xué)生活動(dòng)：討論對(duì)重力勢(shì)能“系統(tǒng)性”的理解，并發(fā)表各自的觀點(diǎn).【課堂鞏固】投影題目1.關(guān)于重力勢(shì)能的幾種理解，正確的是（）A.重力勢(shì)能等于零的物體，一定不會(huì)對(duì)別的物體做功B.放在地面上的物體，它的重力勢(shì)能一定等于零C.在不同高度將某一物體拋出，落地時(shí)重力勢(shì)能相等D.相對(duì)不同的參考平面，物體具有不同數(shù)值的重力勢(shì)能，但并不影響研究有關(guān)重力勢(shì)能的問題答案：CD2.如圖所示，桌面高為h，質(zhì)量為m的小球從離桌面高H處自由落下，不計(jì)空氣阻力.假設(shè)桌面處的重力勢(shì)能為0，則小球落到地面前瞬間的重力勢(shì)能為（）A.mghB.mgHC.m

8、g(h+H)D.mgh思路：重力勢(shì)能的大小是相對(duì)參考平面而言的，參考平面選擇不同，物體的高度不同，重力勢(shì)能的大小則不同.解析：據(jù)題意知，已選定桌面為參考平面，則小球在最高點(diǎn)時(shí)的高度為H，小球在桌面的高度為零，小球在地面時(shí)的高度為h，所以小球落到地面時(shí)，它的重力勢(shì)能為E下標(biāo)p=mgh.答案：D二、重力做功與重力勢(shì)能的改變程序一定性討論：1.把一個(gè)物體舉高，重力做什么功？重力勢(shì)能如何變化？2.一個(gè)物體從高處下落，重力做什么功？重力勢(shì)能如何變化？程序二學(xué)生匯報(bào)討論結(jié)果：把一個(gè)物體舉高，重力做負(fù)功，即物體克服重力做功，物體的重力勢(shì)能增大；一個(gè)物體從高處下落，重力做正功，重力勢(shì)能減小.程序三教師總結(jié)：從

9、剛才的討論中可知：重力做正功，重力勢(shì)能減??；重力做負(fù)功，重力勢(shì)能增加.把功和能的關(guān)系用到此處得到：1.重力勢(shì)能的變化跟重力做功有密切聯(lián)系.2.重力做了多少功，重力勢(shì)能就改變多少.過渡由此我們可以借助于重力做功來定量研究重力勢(shì)能.程序四推導(dǎo)重力勢(shì)能的定量表示式.投影一個(gè)質(zhì)量為m的物體從距地高為h1的A點(diǎn)下落到距地高為h2的B點(diǎn)，求重力做的功.在該下落過程中，重力做的功為：WG=mgh=mgh1mgh2.程序五討論重力做的功與重力勢(shì)能改變之間的關(guān)系.投影公式：WG=Ep1Ep2說明WG表示重力做的功；Ep1表示物體初位置的重力勢(shì)能；Ep2表示物體末位置的重力勢(shì)能.討論得到：1.當(dāng)物體由高處運(yùn)動(dòng)到低

10、處時(shí)，重力做正功，則WG>0,Ep1>Ep2,表示重力做正功時(shí)，重力勢(shì)能減少，減少的重力勢(shì)能等于重力所做的功.2.當(dāng)物體由低處運(yùn)動(dòng)到高處時(shí)，重力做負(fù)功，WG<0，Ep1<Ep2，表示物體克服重力做功（重力做負(fù)功）時(shí)，重力勢(shì)能增加，增加的重力勢(shì)能等于克服重力所做的功.推理物體從A運(yùn)動(dòng)到B，路徑有無數(shù)條，但不論沿哪條路徑，從A到B重力做的功都等于物體重力勢(shì)能的減少量.而物體重力勢(shì)能的減少量mgh是一定的，所以沿不同的路徑把物體從一位置移動(dòng)到另一位置，重力所做的功是一定的.板書：重力所做的功只跟初位置的高度h1和末位置的高度h2有關(guān)，跟物體運(yùn)動(dòng)的路徑無關(guān).【教師精講】1.起重

11、機(jī)以的加速度將質(zhì)量為m的物體勻減速地沿豎直方向提升高度h，則起重機(jī)鋼索的拉力對(duì)物體做的功為多少？物體克服重力做功為多少？物體的重力勢(shì)能變化了多少？解析：由題意可知起重機(jī)的加速度，物體上升高度h，據(jù)牛頓第二定律得mgF=ma，所以F=mgma=mgm×g=mg方向豎直向上.所以拉力做功WF=Fhcos0°=mgh重力做功WG=mghcos180°=mgh即物體克服重力做功為mgh又因?yàn)閃G=Ep1Ep2=mghWG<0,Ep1<Ep2即物體的重力勢(shì)能增加了mgh.2.如圖所示，一條鐵鏈長(zhǎng)為2 m,質(zhì)量為10 kg，放在光滑的水平地面上，拿住一端勻速提起鐵

12、鏈直到鐵鏈全部離開地面的瞬間，拉力所做的功是多少？解析：由于鐵鏈中各鐵環(huán)之間在未提起時(shí)無相互作用，所以勻速提起時(shí)的拉力F1總是等于被提起部分鐵環(huán)的重力，即F1=G1=m1g.由于m1是逐漸增大的，所以拉力F1也是逐漸增大的，所以不能用W=Fhcos求解.由功能關(guān)系，鐵鏈從初狀態(tài)到末狀態(tài)，它的重心位置提高了，因而它的重力勢(shì)能增加了Ep=mgh=mgL/2,又由于鐵鏈?zhǔn)莿蛩偬崞?，因而它的?dòng)能沒有變化，所以拉力F對(duì)鐵鏈所做的功就等于鐵鏈重力勢(shì)能的增加量.即WF=Ep=mgL=×10×9.8×2 J=98 J.三、彈性勢(shì)能的改變【演示】裝置如圖所示：將一木塊靠在彈簧上，壓

13、縮后松手，彈簧將木塊彈出.分別用一個(gè)硬彈簧和一個(gè)軟彈簧做上述實(shí)驗(yàn)，分別把它們壓縮后松手，觀察現(xiàn)象.學(xué)生活動(dòng)：觀察并敘述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.現(xiàn)象一：同一根彈簧，壓縮程度越大時(shí)，彈簧把木塊推得越遠(yuǎn).現(xiàn)象二：兩根等長(zhǎng)的軟、硬彈簧，壓縮相同程度時(shí)，硬彈簧把木塊彈出得遠(yuǎn).師生共同分析，得出結(jié)論：上述實(shí)驗(yàn)中，彈簧被壓縮時(shí)，要發(fā)生形變，在恢復(fù)原狀時(shí)能夠?qū)δ緣K做功，因而具有能量，這種能量叫做彈性勢(shì)能.教師活動(dòng)：多媒體演示（撐桿中的彈性勢(shì)能），發(fā)生形變的物體，具有彈性勢(shì)能.請(qǐng)同學(xué)們?cè)倥e幾個(gè)物體具有彈性勢(shì)能的例子.學(xué)生活動(dòng)：觀察課件演示，體會(huì)發(fā)生形變的物體，具有彈性勢(shì)能；思考并舉例：a.卷緊的發(fā)條b.被拉伸或壓縮的彈簧c.

14、擊球的網(wǎng)球拍d.拉開的弓.【合作探究】教師活動(dòng)：彈性勢(shì)能的大小與哪些因素有關(guān)？彈性勢(shì)能的表達(dá)式應(yīng)該是怎樣的？我們就來探究這些問題.我們?cè)趯W(xué)習(xí)重力勢(shì)能時(shí)，是從哪里開始入手進(jìn)行分析的？這對(duì)我們討論彈性勢(shì)能有何啟示？學(xué)生活動(dòng)：思考后回答：學(xué)習(xí)重力勢(shì)能時(shí)，是從重力做功開始入手分析的，討論彈性勢(shì)能應(yīng)該從彈力做功的分析入手.點(diǎn)評(píng)：通過知識(shí)的遷移，找到探究規(guī)律的思想方法，形成良好的思維習(xí)慣.教師活動(dòng)：當(dāng)彈簧的長(zhǎng)度為原長(zhǎng)時(shí)，它的彈性勢(shì)能為零，彈簧被拉長(zhǎng)或被壓縮后，就具有了彈性勢(shì)能，我們只研究彈簧拉長(zhǎng)的情況.在探究的過程中，我們要依次解決哪幾個(gè)問題呢？請(qǐng)同學(xué)們快速閱讀課本，把這幾個(gè)問題找出來.學(xué)生活動(dòng)：閱讀教材

15、，找出探究過程中要依次解決的問題，從總體上把握探究的思路.教師活動(dòng)：傾聽學(xué)生回答，進(jìn)一步引導(dǎo).（1）重力勢(shì)能與高度h成正比，彈性勢(shì)能是否也與彈簧的伸長(zhǎng)量（或縮短量）成正比？說出你的理由.（2）在高度h相同的情況下，物體的質(zhì)量越大，重力勢(shì)能越大，對(duì)于不同的彈簧，其彈性勢(shì)能是否也有類似的情形？（3）對(duì)彈性勢(shì)能的猜測(cè)，并不能告訴我們彈性勢(shì)能的表達(dá)式，這樣的猜測(cè)有沒有實(shí)際意義？學(xué)生活動(dòng)：思考問題，學(xué)生代表發(fā)言.教師活動(dòng)：聽取學(xué)生匯報(bào)，點(diǎn)評(píng)，解答學(xué)生可能提出的問題.提出問題：重力做功，重力勢(shì)能發(fā)生變化，重力做功在數(shù)值上等于重力勢(shì)能的變化量.那么，彈力做功與彈性勢(shì)能的變化之間的關(guān)系是怎樣的？學(xué)生活動(dòng)：思考

16、問題，學(xué)生代表發(fā)言.教師活動(dòng)：聽取學(xué)生匯報(bào)，點(diǎn)評(píng)，解答學(xué)生可能提出的問題.提出問題：重力是恒力，重力做功等于重力與物體在豎直方向移動(dòng)距離的乘積.那么，拉伸彈簧時(shí)，拉力做功該怎樣計(jì)算？并在練習(xí)本上自己畫圖，寫出拉力在整個(gè)過程中做功的表達(dá)式.學(xué)生活動(dòng)：思考拉力做功的計(jì)算方法，選出代表發(fā)表自己的見解.點(diǎn)評(píng)：通過學(xué)生閱讀，培養(yǎng)學(xué)生的閱讀理解能力；通過學(xué)生探求變力做功的方法，初步形成微分求解變量的物理思想方法.教師活動(dòng)：聽取學(xué)生匯報(bào)，投影學(xué)生的求解過程，解答學(xué)生可能提出的問題.提出問題：怎樣計(jì)算拉力做功的求和式？是否可以用F-l圖象下梯形的面積來代表功？學(xué)生活動(dòng)：在練習(xí)本上作F-l圖象，推導(dǎo)拉力做功的表

17、達(dá)式.教師活動(dòng)：聽取學(xué)生匯報(bào)，投影學(xué)生的推導(dǎo)過程，解答學(xué)生可能提出的問題.點(diǎn)評(píng)：在處理勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移時(shí)，曾利用vt圖象下梯形的面積來代表位移；這里利用F-l圖象下的面積來代表功，可以培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)遷移的能力.但要搞清彈簧長(zhǎng)度和伸長(zhǎng)量的區(qū)別，l表示伸長(zhǎng)量，則F-l圖象下是一個(gè)三角形的面積來代表功.【例題剖析】1.對(duì)彈性勢(shì)能的理解例1一豎直彈簧下端固定于水平地面上，小球從彈簧的正上方高為h的地方自由下落到彈簧上端，如圖所示，經(jīng)幾次反彈以后小球最終在彈簧上靜止于某一點(diǎn)A處.則（）A.h愈大，彈簧在A點(diǎn)的壓縮量愈大B.彈簧在A點(diǎn)的壓縮量與h無關(guān)C.h愈大，最終小球靜止在A點(diǎn)時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能愈大D.

18、小球第一次到達(dá)A點(diǎn)時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能比最終小球靜止在A點(diǎn)時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能大解析：最終小球靜止在A點(diǎn)時(shí)，通過受力分析，小球受自身重力與彈簧的彈力作用，由彈力公式F=kl，即可得出彈簧在A點(diǎn)的壓縮量與h無關(guān)，彈簧的彈性勢(shì)能與h無關(guān).答案：B2.關(guān)于不同能量間的轉(zhuǎn)化例2如圖所示，表示撐桿跳運(yùn)動(dòng)的幾個(gè)階段：助跑、撐桿起跳、越橫桿.試定性地說明在這幾個(gè)階段中能量的轉(zhuǎn)化情況.分析：運(yùn)動(dòng)員的助跑階段，身體中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為人和桿的動(dòng)能；起跳時(shí)，運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)能和身體中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為人的重力勢(shì)能和撐桿中的彈性勢(shì)能；隨著人體的繼續(xù)上升，撐桿中的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為人的重力勢(shì)能，使人體上升至橫桿以上；越過橫桿后，運(yùn)動(dòng)員的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能.教師活動(dòng)：勢(shì)能也叫位能，是由相互作用的物體的相對(duì)位置決定的.重力勢(shì)能是由地球和地面上物體的相對(duì)位置決定的，彈性勢(shì)能是由發(fā)生彈性形變的物體各部分的相對(duì)位置決定的.我們以后還會(huì)學(xué)到其他形式的勢(shì)能.【知識(shí)拓展】例1盤在地面上的