《2重力勢能》設計

《2.重力勢能》教學設計教學目標與核心素養(yǎng)教學目標1.理解重力勢能的概念，會用重力勢能的定義進行計算；2.理解重力勢能的變化和重力做功的關系，知道重力做功與路徑無關；3.知道重力勢能的相對性。4.理解彈性勢能的概念及其物理意義。5.知道彈性勢能具有相對性。核心素養(yǎng)物理觀念：利用微元法和圖象法計算變力做功的問題，理解重力勢能與零勢能面的選擇有關，是一個相對物理量，大小取決于到零勢能面的高度?？茖W思維：通過重力做功和重力勢能的變化關系，推導出重力勢能的表達式，體驗推導過程中獲得新知的樂趣?？茖W探究：根據功和能的關系，推導出重力勢能的表達式?？茖W態(tài)度與責任：通過探究過程體會物理學的邏輯之美和方法之美，體會數理的巧妙結合，激發(fā)學生求知欲和學習興趣，享受成功的樂趣。教學重點重力勢能的概念及重力做功跟物體重力勢能改變的關系。教學難點重力做功與路徑無關，重力勢能的概念，重力勢能的變化和重力做功的關系。教學過程導入思考：打樁機的重錘從高處落下時，可以把水泥樁打進地里，為什么？出示動畫：重力勢能打樁機的重錘從高處落下時，重錘具有重力勢能。初中我們已經定性地學習了重力勢能，物體的質量越大、所處的位置越高，重力勢能就越大。這一節(jié)我們來進一步定量地研究重力勢能。一、重力做的功功與能是兩個密切聯系的物理量。物體的高度發(fā)生變化，重力勢能發(fā)生變化，重力要做功。出示動畫：球下降物體下降時重力做正功，勢能減?。怀鍪緞赢嫞呵蛏仙矬w被舉高時重力做負功，勢能增大。1.重力做功的特點物體運動時，重力對它做的功只跟它的起點和終點的位置有關，而跟物體運動的路徑無關。2.重力的功功等于物體所受的重力跟起點高度的乘積mgh1與跟終點高度的乘積mgh2兩者之差。WG=mgh1－mgh2h1，h2分別代表始、末兩個位置的高度。重力勢能1.定義：物體由于被舉高而具有的能叫重力勢能。2.決定重力勢能大小的相關因素：物體的重力勢能的大小跟物體的質量和所在的高度有關3.大?。篍=mgh；單位：焦耳（J），是標量，其單位與功的單位相同，在國際單位制中都是焦耳，符號為J。1J＝1kg·m·s-2·m＝1N·m4.重力做功與重力勢能變化的關系重力做功與重力勢能：WG＝Ep1－Ep2其中Ep1表示物體在初位置的重力勢能，Ep2表示物體在末位置的重力勢能。（1）重力做正功，重力勢能減少，重力做了多少正功，重力勢能就減少多少。WG＝Ep1－Ep2WG>0，Ep1>Ep2（2）重力做負功，重力勢能增加，物體克服重力做了多少功，重力勢能就增加多少。WG＝Ep1－Ep2WG<0，Ep1<Ep2（3）重力做的功等于重力勢能的減少量WG＝Ep1－Ep2=-△Ep總結：物體上升，重力做負功，重力勢能Ep增加，物體克服重力做的功等于重力勢能的增加。物體下降，重力做正功，重力勢能Ep減少，物體重力做的功等于重力勢能的增減少。思考討論若重力做的功與路徑有關，即對應于同樣的起點和終點，重力對同一物體所做的功，隨物體運動路徑的不同而不同，我們還能把mgh叫作物體的重力勢能嗎？為什么？參考答案：如果重力做的功與路徑有關時，我們不能把mgh叫作物體的重力勢能。因為重力做功對應著重力勢能的改變。當重力功與路徑有關時則h不能與重力的位移相對應，不能稱為重力勢能。三、重力勢能的相對性由于高度具有相對性，所以重力勢能也具有相對性。1.參考平面物體的重力勢能總是相對于某一水平面來說的，這個水平面叫作參考平面，物體的重力勢能取為0.注意：零勢能面可任意選擇的，選擇哪個平面為參考平面，可視研究問題的方便而定，通常選擇地面或較低的位置作為參考平面。2.重力勢能的正負（1）在參考平面上方的物體，重力勢能是正值；（2）在參考平面下方的物體，重力勢能是負值。以二樓的地面作為參考平面，二樓房間里A處的物體具有正的重力勢能，一樓房間里B處的物體具有負的重力勢能。說明：1.重力勢能是相對的，大小與零勢能位置的選擇有關，而重力勢能的變化是絕對的，它與零勢能位置無關，其變化值是與重力對物體做功多少有關。2.重力勢能是由地球和地面上物體的相對位置決定的，是物體和地球所組成的系統所具有的四、彈性勢能1.物體由于發(fā)生彈性形變每個物體的各部分之間都有力的相互作用，這樣的力叫做彈力。出示圖片：撐竿跳高運動員手中彎曲的竿；拉長或壓縮的彈簧；正在擊球的網球拍2.彈性勢能發(fā)生彈性形變的物體各部分之間由于彈力的相互作用而具有的勢能，叫做彈性勢能。3.彈性勢能跟形變的大小有關系（1）在彈性限度內，彈簧的彈性勢能跟彈簧被拉伸或壓縮的長度有關。被拉伸或壓縮的長度越長，恢復原狀過程中對外做的功就越多，彈簧的彈性勢能就越大。（2）彈簧的彈性勢能還跟彈簧的勁度系數有關。不同的彈簧發(fā)生同樣大小的形變，勁度系數越大，彈簧恢復原狀過程中對外做的功就越多，因而彈簧的彈性勢能就越大。4.彈簧彈力做功與彈性勢能變化的關系（1）彈簧彈