3. 势能主要内容及教案内容

§4.3 势能

【学习目标】： （一）知识与技能

1．理解重力势能的概念，会用重力势能的定义进行计算。

2．理解重力势能的变化和重力做功的关系，知道重力做功与路径无关。

3．知道重力势能的相对性，知道重力势能是物体和地球系统共有的。

4．了解弹性势能的概念，重力势能、弹性势能是系统共有的。

（二）过程与方法：

用所学功的概念推导重力做功与路径的关系，亲身感受知识的建立过程

（三）情感、态度与价值观

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．培养学生遵守社会公德，防止高空坠物。

【教学重点】：重力势能的概念及重力做功跟物体重力势能改变的关系。

【教学难点】：重力势能的系统性和相对性。

【教学方法】：启发、引导、讲练结合

【新课教学】

先请大家看一段视频。

知识回顾：物体能够做功则物体具有能量，做功总是与能量的变化相关，做功的过程就是能量变化．．．．．．的过程。

视频中，高处的积雪具有能量，当它下落时会将这种能量释放出来，就可能对登山者造成伤害。

一、重力势能

1．定义：我们把这种由于物体位于高处而具有的能量叫做重力势能。

[学生分组小实验]（利用这些器材设计一个方案，对影响重力势能的各因素进一步加深印象。）

能击破纸说明小球做的功较多，也就说明小球被释放之前具有的重力势能较大。

这说明重力势能的大小跟物体的质量和所在的高度都有关。这也是我们在初中就已经知道的知识，那么物体的重力势能与物体的质量、高度究竟有着怎样的确切的关系呢？

．．我们知道：做功总是与能量的变化密切相关，做功的过程就是能量变化的过程。为了得到重力势能与质量、高度的确切关系，也就是重力势能的表达式，我们先来看看重力做功有什么特点。

[教师演示实验]

让铁球从倾斜的打磨的很光滑的直轨道和弯曲轨道的同一高度滚下来，木块被撞开的距离大致相同。两次下滑路径是不一样的，但是初末位置是相同的，而木块被撞开的距离大致相同。

通过这个实验，我们是不是可以认为这两种情况下重力做功是相同的呢？那么这是否是一个普遍的结论呢？下面我们通过前面学习过的知识来考察这一点。

[学生讨论交流] 下列几种情况重力做了多少功？

情况一：质量为m的小朋友坐滑梯沿斜面从A运动到B，如图所示，A位置到地面高度为h1，B位置到地面高度为h2，此过程重力做功为多少？

AA B B A

h1

h2

h1

h2

C h1

B

h2

情况二：另一活泼的质量也为m的小朋友从A跳下,再沿平台从C跑到B，则全过程重力做功为多少？

情况三：如果质量为m的小朋友沿曲线从A运动到B，如图所示则全过程重力做功为多少？

从上面三种情况的讨论，我们似乎可以说重力做功与路径无关，仅由物体的质量和初末位置的高度决定，即

WG=mgh1-mgh2 上式左边的WG是过程中重力做的功，那右边呢？我们已知道，从能量转化的角度看，力对物体做了多少功，就有多少能量发生了变化，那么右边的mgh1和mgh2是不是表示的是物体的某种能量的变化呢？如果是，是什么能量的变化呢？右边的两项，形式上完全相同，唯一的不同是其中的h，而我们知道重力势能就是由物体的质量和物体所在的高度决定的，那么mgh就是重力势能的表达式。

2．大小：

Ep=mgh 3．单位：

焦耳（J）

4．重力势能的相对性

如图，把质量为m=1kg的重物放在四楼地板上，设每层楼高为h=3m，该物体的重力势能为多少呢？如果以四楼楼板为参考面,重物的重力势能为多少?如果以五楼楼板为参考面,重物的重力势能又为多少?如果这个重物从四楼搬到了五楼,这个过程重力势能改变了多少? 选择不同的参考平面,物体的重力势能的数值就不相同，即物体的势能是相对的，物体在两个不同位置之间势能的差值是确定的,并不随参考平面的改变而改变。

[学生讨论交流]

重力对物体做功，物体的重力势能会发生变化么？怎样变化？

重力做正功，物体一定是向下方运动的，物体高度要降低，则重力势能一定会减小；

重力做负功，物体一定是向上方运动的，物体高度要升高，则重力势能一定会增大。

[学生活动]

学生阅读教材，自学弹性势能、势能是系统所共有

两部分内容。

作业：教材课后习题