3. 势能教案设计（一等奖）

教科版物理必修2 第四章

机械能和能源 第三节

势能

【设计思想】

本节是概念规律课，本节课以功是能量转化的量度这一结论为基础，强调了势能的概念、重力势能公式的得出过程，以及重力做功与重力势能变化的定量关系。虽然学生在初中已经对重力势能的概念有初步的了解，但仅仅是对重力势能的相关因素的简单了解，对重力势能的定量公式还没有深入认识。《普通高中物理课程标准》课程具体目标中指出，通过物理概念和规律的学习过程，了解物理学的研究方法，认识物理实验、物理模型和数学工具在物理学发展过程中的作用。本节课主要以在概念得出过程中尽量还原思维的过程，渗透了科学家在得出重力势能这一概念时的思考。本节课通过微元法得到重力做功特点，通过功能关系找到重力势能的公式，不单纯以落实知识为主要目标，而注重了过程与方法的渗透，注重了人文物理的渗透。

【教学背景分析】

教材分析：《势能》是必修2第四章第三节内容，是高中物理力学中机械能的重要组成部分。承接前两节功和功率的内容，本节课重点研究重力势能和弹性势能，推导重力做功特点，通过功能关系得到重力势能的公式。本节课功能关系的思想和微元的研究方法非常重要，对学生的物理素养的培养起到潜移默化的作用。

学情分析：学生在初中的学习中，对重力势能的概念有了初步的了解，但仅仅是对重力势能的相关因素的简单了解，对重力势能的定量公式还没有深入认识。基于学生的认知水平，本节重点放在对微元法的应用和重力势能公式的推导上。

【教学目标】

（一）知识与技能

1、理解重力势能的概念，运用功能关系导出重力势能的定义式。并会用定义式计算重力势能

2、理解重力势能的变化与重力做功的关系。知道重力做功与路径无关及重力势能的相对性。

3、了解弹性势能的概念

（二）过程与方法

1、用所学功的概念推导重力做功与路径的关系，亲身感受重力势能概念的建立过程．

2、根据功和能的关系，推导出重力势能的表达式；

3、学会从功和能的关系上解释和分析物理形象。

（三）情感态度价值观

1、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。

2、体验科学不仅仅是认识自然，挑战自然，更在于能动的改造自然。

【教学重点、难点分析】

教学重点：运用功能关系导出重力势能的定义式

教学难点：重力势能概念及其相对性

【教学方法】实验观察法、分析归纳法、讲练法

【教学准备】实验教具、多媒体设备

1

【教学过程】

教学教师活动

过程

一、观看图片：高空拓展

创设

情提问：站在高空拓展设备上有什么感觉？为什么会有境、这种感觉？ 引入观看图片：花盆坠落，砸伤行人

新课

抵制不文明行为！

板书：势能

物体一旦处在一定高度时，就具有了一定的能量。而当它从所处的高处落下时，这些能量就会以重力做功的方式释放出来。

二、提问：请回忆，重力势能大小和哪些因素有关？

新课

教学

大家思考一下重力势能大小和这些量有什么关系呢？

利用动能、势能演示器简单的验证

h一定时：m越大，重力势能越大；

m一定时：h越大，重力势能越大。

刚才我们回忆了重力势能大小的相关因素：m和h，那么重力势能大小的定量公式是什么样的？在前面我们学习了功是能量转化的量度，要想研究重力势能的定量公式我们可以通过研究重力做功来获得，重力做功有什么特点呢？

一、重力做功特点

（1）一质量为m的小球从离地面h1高度A处下落到离地h2高度B处，再平移到与B同一高度的C处，重力做功为多少?

W= mgh1- mgh2

（2）一质量为m的小球从离地面h1高度A处沿斜面下落到离地h2高度C处，重力做功为多少?

W= mglcosθ= mgh1- mgh2

（3）一质量为m的小球从离地面h1高度A处沿曲面下落到离地h2高度C处，重力做功为多少?

2 学生活动

回答：恐惧

会掉下去

观察、思考

思考、回答：物体的质量、高度

质量越大，重力势能越大；高度越高，重力势能越大。

学生思考

学生计算，得出结论

学生计算，得出结论

通过教师引导，逐步推设计意图

引出课题

培养学生的分析能力

培养学生的分析能力

应用微元法：

W= mg△H1+ mg△H2+ mg△H3······= mgh1- mgh2

由以上各类情况，你能得到什么结论？

解释微元法在物理学上的应用

总结：

重力做功只跟它的起点与终点的位置有关，而与运动路径无关。

表达式：W= mgh1- mgh2

二、重力势能

1、定义

结合功和能的关系，我们可以分析得到重力所做的功等于物体重力势能的变化，并且经过推导又得到重力所做的功等于mgh这个量的变化，所以在物理学中就用mgh这个式子来表示物体的重力势能。

2、相对性

提问：粉笔盒在讲台上有重力势能吗？

在地板上放一个薄木板，薄木板有重力势能吗？

我们教室在二楼，薄木板有重力势能吗？

为什么同一种情形，有不同的答案？

在研究重力势能时应该选择参考平面

。在参考平面上，物体的重力势能为零；在参考平面上方物体的重力势能为正的，表示重力势能比零势能面的势能大；在参考平面下方物体的重力势能为负的，表示重力势能比零势能面的势能小。

一般选地面为零势能面。

练习：如图所示，天花板下用细绳悬挂一个质量为m的物块，物块离桌面的高度为h1，桌面的高度为h2。若以地面为参考平面，物块的重力势能为

；若以桌面为参考平面，物块的重力势能为

。

3、系统性

提问：那么重力势能是谁具有的呢?

3 导

总结规律

思考、总结

回答：有

回答：没有

回答：有

思考

学生思考、分析、解决问题

回答：当然是物体具有

培养学生总结规律的能力

培养学生的分析能力

培养学生的知识应用能力

培养学生

提问：如果没有地球，就有没有重力，还有没有重力势能呢?

提问：那么重力势能到底是谁具有的呢?

小结：其实不只是重力势能，任何形式的势能，都是相应的物体系统由于其中各物体之间存在相互作用而具有的能，是由各物体的相对位置决定的，所以一定是物体系统所共有的。

4、重力做功与重力势能变化的关系

把粉笔盒提起、下降

WG = mgh1-mgh2= Ep1 - Ep2

重力做重力势重力做功和重力势能

功WG

能Ep 变化的关系

物体上物体克服重力做的功负

增加

升

等于重力势能的增加

物体下落

正

减少

重力做的功等于重力势能的减少

WG = —△Ep 注意：

（1）重力势能是标量

（2）单位：J（焦耳）

三、弹性势能

图片展示：弓箭、弹簧片、弹簧、皮筋等

这些物体绷紧后具有对外做功的本领，所以具有能量，叫弹性势能。

1、定义：

物体由于发生弹性形变而具有的能量叫弹性势能。

形变越大，弹性势能越大。

2、弹性势能的系统性

弹性势能是弹力装置与受弹力作用的物体组成的系统共有的。

例题：

1．将质量为5kg的物体放在地面上时的重力势能设为零，则把这个物体放在2m高的平台上时具有重力势能______J，把它放在深为2m的井底时它的重力势能为______J．

4 的．

答：当然没有。

答：重力势能应该是物体与地球组成的系统共同具有的，而不是地球上某一个物体单独具有的。

学生观察、思考、填表

分析、总结

学生观察、思考

学生观察、思考

学生分析、思考

的分析能力

培养学生的知识应用总结、分析能力

培养学生的观察、总结能力

培养学生的知识应用、总

学生分析、思考

1．质量为60kg的人，爬上高出地面20m的平台，他

克服重力做功_____J，他的重力势能增加______J．

2．粗细均匀，长为5m，质量为60kg的电线杆横放在水平地面上，如果要把它竖直立起，至少要做

J的功（g10m/s2）

三、在生活中利用势能的地方有哪些？由于势能而引发学生观察、知识灾难的有哪些？

思考

拓

展：

四、请搜集一下生活中还有那些形式的能量？

作业

五、下面我们小结一下今天所研究的内容，今天的内容给学生总结、小结

你留下了哪些印象？

思考

【板书设计】

练习：

结、分析能力

理论联系实际

总结提高

总结提高

势

能一、重力做功特点

重力做功只跟它的起点与终点的位置有关，而与运动路径无关。

二、重力势能

1、定义

2、相对性

一般选地面为零势能面。

3、系统性

4、重力做功与重力势能变化的关系

WG = —△Ep 注意：

（1）重力势能是标量

（2）单位：J（焦耳）

三、弹性势能

1、定义：

物体由于发生弹性形变而具有的能量叫弹性势能

2、弹性势能的系统性

弹性势能是弹力装置与受弹力作用的物体组成的系统共有的。

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