高中物理人教版第七章機(jī)械能守恒定律重力勢(shì)能 全國獲獎(jiǎng)

4重力勢(shì)能文本式教學(xué)設(shè)計(jì)(一)江蘇淮安楚州范集中學(xué)宗建芳本教案獲江蘇新課程教學(xué)創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽二等獎(jiǎng)教學(xué)設(shè)計(jì)思想首先由重力做功的特點(diǎn)，引入重力勢(shì)能的概念，這一認(rèn)知是逐漸建立起來的．通過幫助學(xué)生回憶，在“追尋守恒量”一節(jié)中，給出了勢(shì)能的定義，“重力勢(shì)能是物體憑借其位置而具有的能量”．啟發(fā)學(xué)生思考，請(qǐng)學(xué)生說一說重力勢(shì)能應(yīng)該與哪些物理量有關(guān)．經(jīng)過討論，學(xué)生會(huì)得出，重力勢(shì)能應(yīng)跟物體在地球的相對(duì)位置有關(guān)，還應(yīng)與物體受到的重力有關(guān)．然后讓學(xué)生體會(huì)教材中所寫的“看起來，物體所受的重力mg與它所處位置的高度的乘積mgh是一個(gè)有特殊意義的物理量”．它的特殊意義在于，它一方面與重力所做的功密切相關(guān)，另一方面它隨著高度的變化而變化，它恰恰是我們要尋找的重力勢(shì)能的表達(dá)式．接著教材中給出了圖和圖，可以根據(jù)這一問題情景，編制具體的問題，讓學(xué)生算一算，重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系．這樣可以使學(xué)生體會(huì)到，物體向上運(yùn)動(dòng)，重力做負(fù)功，重力勢(shì)能增加；重力做了多少功，重力勢(shì)能就增加多少．物體向下運(yùn)動(dòng)，重力做正功，重力勢(shì)能減少；重力做了多少功，重力勢(shì)能就減少多少其次由教材中給出的圖分析出重力勢(shì)能的大小與零勢(shì)能面的位置有關(guān)，而這個(gè)參考面可以任意規(guī)定，所以重力勢(shì)能具有相對(duì)性．一般以解決問題時(shí)簡便為原則來選取零勢(shì)能面．最后由重力勢(shì)能的定義分析，重力勢(shì)能與物體和地球的相對(duì)位置有關(guān)．重力勢(shì)能屬于物體和地球組成的系統(tǒng)共有的．它的變化量與重力所做的功相對(duì)應(yīng)，所以是標(biāo)量，其單位與功的單位相同，都是焦耳教學(xué)內(nèi)容分析與以往教材相比，本教材分析了重力做功與路徑無關(guān)的問題．教材通過物體從A點(diǎn)到B點(diǎn)的不同路徑的計(jì)算，得出重力對(duì)物體所做的功只跟起點(diǎn)和終點(diǎn)的位置有關(guān)，而跟物體運(yùn)動(dòng)的路徑無關(guān)的結(jié)論．學(xué)生對(duì)圖和圖兩個(gè)路徑計(jì)算重力的功并不困難，但是要使學(xué)生真正認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，仍然要學(xué)生親自動(dòng)手算一算這兩種情況下重力對(duì)物體做了多少功．對(duì)于物體沿任意曲線運(yùn)動(dòng)的情況，又一次用到了極限的思想．在有了以前求變速運(yùn)動(dòng)的位移的學(xué)習(xí)經(jīng)歷之后，學(xué)生對(duì)極限的方法會(huì)有一定的印象．該處仍只要求學(xué)生能“跟”來，并不要求學(xué)生自己去重復(fù)．因?yàn)檫@里主要強(qiáng)調(diào)的是科學(xué)方法，讓學(xué)生看到我們可以站在更高的角度去處理問題．與以往教材不同的是，本教材沒有生硬地給出“功是能量變化的量度”，而是在探究重力做功、探究彈簧的拉力做功和探究功與物體速度變化關(guān)系的過程中，不斷滲透這一思想的．教學(xué)目標(biāo)分析★知識(shí)目標(biāo)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．★技能目標(biāo)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)系上解釋和分析物理形象．★情感目標(biāo)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)生探索自然規(guī)律的興趣．★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．教學(xué)準(zhǔn)備Powerpoint設(shè)計(jì)整個(gè)教學(xué)流程．多媒體下載兩幅水力發(fā)電站的圖片．教學(xué)過程設(shè)計(jì)步驟教學(xué)內(nèi)容方法運(yùn)用導(dǎo)入新課問題一：大家都知道水力發(fā)電站是用水來發(fā)電的，水是利用了什么能來發(fā)電的呢？為什么要修那么高的大壩？學(xué)生：因?yàn)樗哂兄亓?shì)能．修那么高的大壩是為了提升水的高度．問題二：什么是重力勢(shì)能？學(xué)生：物體由于被舉高而具有的能量叫重力勢(shì)能．(初中學(xué)過)今天我們就來學(xué)習(xí)重力勢(shì)能的相關(guān)知識(shí)．(板書)四、重力勢(shì)能學(xué)生觀察提問思考回憶續(xù)表步驟教學(xué)內(nèi)容方法運(yùn)用新課教學(xué)1.重力做功(板書)物體的高度發(fā)生變化時(shí)，重力要做功．物體被舉高時(shí)，重力做負(fù)功；物體下降時(shí)，重力做正功．因此，認(rèn)識(shí)這種勢(shì)能，不能脫離對(duì)重力做功的研究．①(問)如圖，設(shè)一個(gè)質(zhì)量為m的物體，從高度是h1的位置，豎直向下運(yùn)動(dòng)到高度是h2的位置，這個(gè)過程中重力做的功是(學(xué)生)答：WG＝mgh＝mgh1－mgh2②(問)如圖，物體沿傾斜直線運(yùn)動(dòng)的距離是L，在這一過程中重力所做的功是(學(xué)生)答：WG＝mgcosθ·L＝mgh＝mghl－mgh2③(思考)如圖，假設(shè)這個(gè)物體沿任一路徑由高度是h1的起點(diǎn)A，運(yùn)動(dòng)到高度是h2的終點(diǎn)B，在這一過程中重力所做的功是多少？方法點(diǎn)撥：我們把整個(gè)路徑分成許多很短的間隔AA1，A1A2，A2A由于每一段都很小很小，它們都可以近似地看做一段傾斜的直線．設(shè)每段小斜線的高度差分別是Δh1，Δh2，Δh3，…則物體通過每段小斜線時(shí)重力所做的功分別為mgΔh1，mgΔh2，mgΔh3，…物體通過整個(gè)路徑時(shí)重力所做的功，等于重力在每小段上所做的功的代數(shù)和，即WG＝mgΔh1＋mgΔh2＋mgΔh3＋…＝mg(Δh1＋Δh2＋Δh3＋…)＝mgh＝mgh1－mgh2重力做功的特點(diǎn)：重力對(duì)它做的功只跟它的起點(diǎn)和終點(diǎn)的位置有關(guān)，而跟物體運(yùn)動(dòng)的路徑無關(guān)．(板書)重力做功的大小等于物重跟起點(diǎn)高度的乘積mgh1與物重跟終點(diǎn)高度的乘積mgh2兩者之差．看起來，物體所受的重力mg與它所處位置的高度h的乘積“mgh”，是一個(gè)具有特殊意義的物理量．2．重力勢(shì)能(板書)mgh這個(gè)物理量的特殊意義在于它一方面與重力所做的功密切相關(guān)，另一方面它隨著高度的變化而變化，它恰恰是我們要尋找的重力勢(shì)能的表達(dá)式．①重力勢(shì)能：等于它所受重力與所處高度的乘積．(板書)②重力勢(shì)能的公式：Ep＝mgh(板書)③重力勢(shì)能與其他形式的能一樣，也是標(biāo)量，其單位與功的單位相同，在國際單位制中都是焦耳，符號(hào)為J.(板書)④重力做功與重力勢(shì)能變化之間的關(guān)系進(jìn)行討論：學(xué)生觀察分析思考師生互動(dòng)教師配合講解極限思想應(yīng)用得出結(jié)論思考分析引出重力勢(shì)能的概念學(xué)生討論得出結(jié)論續(xù)表步驟教學(xué)內(nèi)容方法運(yùn)用新課教學(xué)教師：我們用Ep1＝mgh1來表示物體在初位置的重力勢(shì)能，用Ep2＝mgh2來表示物體在末位置的重力勢(shì)能，則WG＝Ep1－Ep2.學(xué)生討論得到：a．當(dāng)物體由高處向低處運(yùn)動(dòng)時(shí)，h1>h2，WG>0，所以Ep1>Ep2.b．當(dāng)物體由低處向高處運(yùn)動(dòng)時(shí)，h1<h2，WG<0，所以Ep1<Ep2總結(jié)：a．重力做正功時(shí)，重力勢(shì)能減少，減少的重力勢(shì)能等于重力做的功．b．物體克服重力做功(重力做負(fù)功)，重力勢(shì)能增加，增加的重力勢(shì)能等于物體克服重力所做的功．3．重力勢(shì)能的相對(duì)性(板書)①零勢(shì)能面：物體的重力勢(shì)能總是相對(duì)于某一水平面來說的．把這個(gè)水平面的高度取作零，這個(gè)水平面叫做參考平面．在參考平面，物體的重力勢(shì)能為零．②參考平面的選擇：可視研究問題的方便而定．通常選擇地面為參考平面．③重力勢(shì)能的相對(duì)性：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．但這并不影響問題的研究，因?yàn)樵谂c重力勢(shì)能相關(guān)的問題中，有確定意義的是勢(shì)能的差值，選擇不同的參考平面對(duì)這個(gè)差值沒有影響．④對(duì)選定的參考平面而言，上方物體的高度是正值，重力勢(shì)能也是正值；下方物體的高度是負(fù)值，重力勢(shì)能也是負(fù)值．重力勢(shì)能為負(fù)，表示物體在這個(gè)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．4．勢(shì)能是系統(tǒng)所共有的(板書)重力勢(shì)能跟重力做功密切相關(guān)，而重力是地球與物體之間的相互作用力．也就是說，倘若沒有地球，就談不上重力．所以，嚴(yán)格說來，重力勢(shì)能是地球與物體所組成的這個(gè)“系統(tǒng)”所共有的，而不是地球上的物體單獨(dú)具有的．知識(shí)拓展：除了重力勢(shì)能外，還有其他形式的勢(shì)能．任何形式的勢(shì)能，都是相應(yīng)的物體系統(tǒng)由于其中各物體之間，或物體內(nèi)的各部分之間存在相互作用(力)而具有的能，是由各物體的相對(duì)位置決定的．例如，分子之間由于存在相互作用而具有的勢(shì)能，叫做分子勢(shì)能，由分子間的相對(duì)位置決定；電荷之間由于存在相互作用而具有的勢(shì)能，叫做電勢(shì)能，由電荷間相對(duì)位置決定．分子勢(shì)能或電勢(shì)能分別屬于分子或電荷組成的系統(tǒng)，不是一個(gè)分子或一個(gè)電荷單獨(dú)具有的.分析討論教師舉例拓寬知識(shí)知識(shí)點(diǎn)的延伸隨堂練習(xí)1.沿著高度相同，坡度不同，粗糙程度也不相同的斜面將同一物體分別從底端拉到頂端，下列說法正確的是A．沿坡度小的斜面運(yùn)動(dòng)時(shí)物體克服重力做功多B．沿坡度大，粗糙程度大的斜面運(yùn)動(dòng)時(shí)物體克服重力做功多C．沿坡度小，粗糙程度大的斜面運(yùn)動(dòng)時(shí)物體克服重力做功多D．不管沿怎樣的斜面運(yùn)動(dòng)，物體克服重力做功相同2．質(zhì)量是100g的小球從1.8m的高處落到水平板上，又彈回到1.25學(xué)生當(dāng)堂練習(xí)鞏固本節(jié)課內(nèi)容續(xù)表步驟教學(xué)內(nèi)容方法運(yùn)用小結(jié)本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了：1．勢(shì)能由物體間的相互作用而產(chǎn)生，由它們的相對(duì)位置而決定．2．勢(shì)能是標(biāo)量，單位是焦耳．3．重力對(duì)物體所做的功與物體的運(yùn)動(dòng)路徑無關(guān)，只跟物體運(yùn)動(dòng)的始末位置有關(guān)，重力所做的功等于物體始、末位置的重力勢(shì)能之差．4．重力勢(shì)能是地球和地面上的物體共同具有的，一個(gè)物體的重力勢(shì)能的大小與參考平面的選取有關(guān).板書設(shè)計(jì)四、重力勢(shì)能1．重力做功——重力做功的特點(diǎn)：重力對(duì)它做的功只跟它的起點(diǎn)和終點(diǎn)的位置有關(guān)，而跟物體運(yùn)動(dòng)的路徑無關(guān)．2．重力勢(shì)能①重力勢(shì)能：等于它所受重力與所處高度的乘積．②重力勢(shì)能的公式：Ep＝mgh.③重力勢(shì)能是標(biāo)量，其單位與功的單位相同，在國際單位制中都是焦耳，符號(hào)為J.④重力做功與重力勢(shì)能變化之間的關(guān)系：a．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．b．物體克服重力做功(重力做負(fù)功)，重力勢(shì)能增加，增加的重力勢(shì)能等于物體克服重力所做的功．3．重力勢(shì)能的相對(duì)性①零勢(shì)能面．②參考平面的選擇：通常選擇地面為參考平面．③重力勢(shì)能的相對(duì)性．4．勢(shì)能是系統(tǒng)所共有的作業(yè)教材“問題與練習(xí)”第2～4題文本式教學(xué)設(shè)計(jì)(二)山東省濟(jì)寧嘉祥二中丁延禮教學(xué)目標(biāo)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，知道重力勢(shì)能是物體和地球所組成的系統(tǒng)共有的．過程與方法用所學(xué)功的概念推導(dǎo)重力做功與路徑的關(guān)系，親身感受知識(shí)的建立過程．情感、態(tài)度與價(jià)值觀1．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)生探索自然規(guī)律的興趣．2．培養(yǎng)學(xué)生遵守社會(huì)公德，防止高空墜物．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)能變化的關(guān)系．教學(xué)難點(diǎn)重力勢(shì)能的系統(tǒng)性和相對(duì)性．教學(xué)方法啟發(fā)、引導(dǎo)、講練結(jié)合．教學(xué)過程新課導(dǎo)入有句話是“搬起石頭砸自己的腳”，從物理學(xué)的角度看待這一問題，搬起的石頭有了做功的本領(lǐng)，它就具有了能，這種能我們稱為重力勢(shì)能．我們今天就來學(xué)習(xí)重力勢(shì)能．新課教學(xué)物體重力勢(shì)能發(fā)生變化時(shí)，必然牽扯到重力做功，物體下降時(shí)，重力做正功，重力勢(shì)能減小；物體被舉高時(shí)，重力做負(fù)功，重力勢(shì)能增大．因此認(rèn)識(shí)重力勢(shì)能，不能脫離對(duì)重力做功的研究．1．重力做的功重力做功與什么因素有關(guān)呢？我們現(xiàn)在就通過下列三種例子來探究一下．圖甲物體豎直向圖乙物體沿傾斜直圖丙物體沿任意路徑下運(yùn)動(dòng)，高度從線向下運(yùn)動(dòng)，向下運(yùn)動(dòng)高度，h1降為h2高度從h1降為h2從h1降為h2(圖中沒有畫出重力的方向)思考：你認(rèn)為這三種情形中哪個(gè)比較容易做呢？圖甲：重力做功WG＝mgΔh＝mgh1－mgh2圖乙：重力做功WG＝mglcosθ＝mgΔh＝mgh1－mgh2圖丙：本圖中小球做曲線運(yùn)動(dòng)，怎樣來求解呢？聯(lián)系我們是如何推導(dǎo)出勻變速直線運(yùn)動(dòng)的公式的．重力做功WG＝mgΔh1＋mgΔh2＋mgΔh3＋…＋mgΔhn＝mgΔh＝mgh1－mgh2這三種情形中重力做功有什么特點(diǎn)，我們得到的結(jié)論：重力做功只跟它的起點(diǎn)與終點(diǎn)的位置有關(guān)，而跟物體運(yùn)動(dòng)的路徑無關(guān)．表達(dá)式WG＝mgh1－mgh2.練習(xí)1：下圖表示一個(gè)做斜拋運(yùn)動(dòng)的物體，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？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)，重力做功是多少？由位置1運(yùn)動(dòng)到位置3重力做功是多少呢？由位置1運(yùn)動(dòng)至位置2重力做功－mgh由位置2運(yùn)動(dòng)至位置3重力做功mgh由位置1運(yùn)動(dòng)至位置3重力做功為零物體所受的重力mg與它所處位置的高度h的乘積mgh是一個(gè)具有特殊意義的物理量．它一方面與重力所做的功密切相關(guān)，另一方面它隨著高度的變化而變化恰與勢(shì)能的基本特征一致．因此，我們把物理量mgh叫做重力勢(shì)能．2．重力勢(shì)能重力勢(shì)能的定義Ep＝mgh物體的重力勢(shì)能等于它所受重力與所處高度的乘積．重力勢(shì)能是矢量？還是標(biāo)量？與所有的能量一樣，是標(biāo)量．重力勢(shì)能的單位：焦耳，符號(hào)是J.重力做功與重力勢(shì)能之間的關(guān)系WG＝Ep1－Ep2.即物體由高處運(yùn)動(dòng)到低處時(shí)，重力做正功，重力勢(shì)能減少；由低處運(yùn)動(dòng)到高處時(shí)重力做負(fù)功，重力勢(shì)能增加．思考與討論：閱讀課本P65說一說，并回答上面有關(guān)問題．如果重力做功與運(yùn)動(dòng)路徑有關(guān)，能量變化不能表示重力做的功．3．重力勢(shì)能的相對(duì)性和系統(tǒng)性討論歌詞：“山上有棵小樹，山下有棵大樹，我不知道，不知道哪棵更高”這是說高度具有相對(duì)性．重力勢(shì)能與高度有關(guān)，重力勢(shì)能也有相對(duì)性．在研究重力勢(shì)能時(shí)應(yīng)該選擇參考平面．在參考平面上，物體的重力勢(shì)能為零；在參考平面上方物體的重力勢(shì)能為正的，表示重力勢(shì)能比零勢(shì)能面的勢(shì)能大；在參考平面下方物體的重力勢(shì)能為負(fù)的，表示重力勢(shì)能比零勢(shì)能面的勢(shì)能?。畢⒖计矫娴倪x擇是任意的，選不同的參考平面，重力勢(shì)能是否相等？重力勢(shì)能的差值是否相同？例如根據(jù)圖，m＝kg，h1＝1.2m，h2＝0.8參考平面的選擇小球在A處的重力勢(shì)能小球在B處的重力勢(shì)能整個(gè)下落過程中重力做的功整個(gè)下落過程中重力勢(shì)能的增量桌面地面重力勢(shì)能是物體與地球所組成的系統(tǒng)共同具有的．1在離地80m處無初速釋放一小球，小球質(zhì)量為m＝200g，不計(jì)空氣阻力，g取10m/s(1)在第2s末小球的重力勢(shì)能；(2