3. 势能教学内容概述

【教材分析】

本节进述了重力做功的特点，重力势能，重力做功和重力势能变化关系以及重力势能的特性。重力势能的表达式得出过程要精心铺设台阶，让学生充分体会概念的得出过程。重力做功和重力势能变化的关系由于与动能定理的表述不一致，学生往往不易理解，教学时最好能结合一些实例，从功能关系、能量转化的角度分析，解开学生的困惑，为后续学习做好准备。

【教学目标】

（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。

（二）过程与方法

1、根据功和能关系，推导出重力势能的表达式。

2、通过对结果的分析，培养学生发散思维，及分析、推理、归纳的能力。

3．体会用实验和理论探究相结合的研究问题的方法

（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．预防高空坠物的社会公德教育，通过实例分析增强民族自豪感和荣誉观念。

【学生分析】

1．高一学生认识事物的特点是：开始从具体的形象思维向抽象逻辑思维过渡，但思维还常常与感性经验直接相联系，仍需具体形象的图片、视频画面来支持。

2．学生在初中时已接触过重力势能的概念，在高中阶段要定量的学习重力势能及体验建立过程。

3．学生已学习了功的概念和计算方法。通过重力做功的计算来判断重力势能的变化。

【重点难点】

重点：重力势能的的概念及重力做功跟重力势能改变的关系。

难点：重力势能的相对性、重力做功跟重力势能改变的关系。

【教学过程】

活动1【导入】一、视频引入，激发兴趣

雪崩—一面面白茫茫的雪墙排山倒海而来，你将感受到大雪崩所带来令人惊心动魄的白色恐惧，雪崩将对人们的生命与财产带来灾难……。

打桩机—举高的重物下落时能将木桩打入地里。

活动2【讲授】二、教学过程

一、重力势能的概念

问题1：结合材料，请你说说什么是重力势能？

生：重力势能：物体由于被举高而具有的能量。

师：请你再回忆下本章前两节提到的势能的概念。

生：势能：相互作用的物体凭借其位置而具有的能量。

师：你能说出视频中是怎么说明被举高的物体具有能量的吗？

生：雪从山上滑下时能将大树连根拔起，打桩机从高处下落时能将木桩打入地里。

师：很好，也就是被举高的物体在下落时能对外做功，我们就说这样的物体具有能量，并称之为重力势能。

师：你能举出些物体由于被举高而具有重力势能的例子吗？

生：被举起的课本具有重力势能……

师：对，这样的例子在生活中随处可见，如放在地面上的物体没有杀伤力，一旦从较高处落下就很危险。

本节课我们将定量研究重力势能，请大家在初中所学的基础上，结合两个小实验思考影响重力势能大小的因数。

二、重力势能大小的影响因素

探究活动一：重力势能的大小的影响因素

实验：

⑴同一课本从不同高度下落到自己手上，感觉……

⑵不同质量的课本从同一高度下落到自己手上，感觉……

生：同一课本从更高的高度下落时，手感觉更痛些，同一高度质量较大的课本下落时，手感觉更痛些

师：由此你得出重力势能大小和什么有关，又是什么关系？

生：质量

高度

质量越大，高度越高，物体重力势能越大。

师：对，的确如此。比如如果你的头顶电线下悬挂的不是日光灯，而是200千克的杠铃，你有何感受？一块大石头放在你的脚边，你一定不觉得什么？但是如果把它悬挂在你的头顶之上，那一定会让你如坐针毡。再比如生活中常见的，“禁止高空抛物”；高层建筑在施工时必须有“工程防护网”等。

师：我们知道，功是能量转化的量度，能量变化的过程同时也是力做功的过程。如举高物体的过程中，重力做负功，该物体从高处下落时，重力做正功，可见，研究重力势能首先得研究重力的功。

如图，是儿童游乐场中常见的情形，小男孩以不同的方式

滑到地面，那么如何求三种情况下重力对小男孩说做的功呢？

探究活动二：重力做功的特点

将实际情形转化为物理模型

思考：如何用功的定义式W=Flcosα计算三种情况下重力所做的功。（结果用mg、h1、h2表示）

学生回答第一、二种情况。

学生活动：分组讨论，由其中两组各推荐一名同学板演第三种情况。

师生总结：不同于前两种情况，对于曲线运动，可将曲线分成若干小段，每段对应的高度差记为△h1、△h2、△h3等。由情况2可知，重力在每段所做的功为mg△hi,那么总功即为WG＝mgΔh1＋mgΔh2 ＋

···

＝mg(Δh1 ＋Δh2 ＋

···) ＝mg△h ＝mgh1－mgh2 三、重力做功的特点

问题2：由此你发现了重力做功的什么特点？△h1 板书：一、重力做功的特点：重力做功只跟它的起点和终点的位置（高度差）有关，与物体运动的路径无关。（ WG＝mg△h）

问题3：由表达式WG ＝mgh1－mgh2，请你结合功和能的关系、势能的概念及影响重力势能大小的因素，说说mgh有什么特殊意义？

生：上式左边是功，右边是mgh的差值，可以反映mgh的变化量，由功是能量转化的量度知，mgh可能是某种形式的能。mg是物体和地球间的相互作用，h反映物体和地球间的相对位置，由势能的概念（相互作用的物体凭借其位置而具有的能量）知mgh很可能是势能。另外，mgh随h、m的变大而变大，这又刚好符合重力势能大小的特征，所以说mgh真的是重力势能的表达式。

师生总结：

四、重力势能

（1）表达式

：Ep = mgh 物体的重力势能等于物体的重力和它的高度的乘积．

（2）单位：焦耳

（J) 1J=1N.m （3）标量

五、重力做功与重力势能变化的关系

问题4：由表达式WG ＝mgh1－mgh2，你能写出关于重力的功和重力势能变化的等式吗？

师：类比△v定义△Ep 生：

表示物体在初位置的重力势能

表示物体在末位置的重力势能

师生活动：

问题1：物体下降，重力做正功还是负功？物体重力势能增加还是减小？

理解1：如果重力做正功，重力势能减少，减少的重力势能等于重力对物体做的功

问题2：若物体上升，情况又怎样？

理解2：如果重力做负功，重力势能增加，增加的重力势能等于物体克服重力做的功

探究活动三：重力势能的特性

问题情境: 如图有一个质量2kg的花盆从桌面以上h1=1.2m处的A点,落到地面上的B点，

桌面离地的高为 h2=0.8m．(g=10m/s2) 试求（1）小球在A、B两点的重力势能。

参考面

花盆在A处的重力势能（J）

花盆在B处的重力势能（J）

整个过程中重力势能变化量(J) 以桌面为零势能面

以地面为零势能面

师生总结：

问题5：由上表你发现重力势能和重力势能变化各有什么特点？计算重力势能时要注意什么？

1、计算重力势能之前需要先选定参考平面

2、参考平面的选取虽是任意的

，但通常选择地面作为参考平面. 3、对选定的参考平面而言，上方物体的重力势能是正值,下方物体的重力势能是负值,参考平面上的物体的重力势能为零。重力势能为负，表示物体在这个位置具有的重力势能比在参考平面上具有的重力势能小。

师：重力势能除具有相对性还具有系统性，并解释。

活动3【练习】七、反馈练习

训练1：[新闻图片，设置情境] 在雅典奥运会举重男子69公斤级比赛中，中国选手张国政以抓举160公斤，挺举187.5公斤，总成绩347.5公斤获得金牌，这也是中国代表团在本届奥运会上的第11枚金牌。

张国政制胜的一举，挺举187.5kg，杠铃被举高约2m。

试求：(1)杠铃的重力势能变化多少？

(2)杠铃的重力做功多少？

（张国政能在短时间内爆发出如此巨大的功率绝非一日之功，为了能为祖国争得荣誉，运动员在平时的训练中付出心血。）

训练2：一位同学说：若以喜马拉雅山的山顶为零势能参考平面，则长江山峡的水库所储备的大量水的势能是负值，所以它就不能发电了。你认为此同学的说法对吗？为什么？

训练3：竖直向上抛出一物体，在上升到某一高度时，重力势能的改变量为ΔEP，动能的改变量为ΔEK ，物体克服重力做功WG，物体克服空气阻力做功Wf，则下列关系正确的是(

) A.ΔEP=WG

B. ΔEP=WG+Wf C. ΔEK= -ΔEp-Wf

D. ΔEK = ΔEp+WG+Wf 活动4【活动】八、小结

一、重力做功的特点：

二、重力势能：

三、重力做功与重力势能变化的关系

四、重力势能具有系统性、相对性

师：学完本节课你还有什么疑问吗？

课外思考题：

如果重力做功与路径有关，即对应于同样的起点和终点，重力对同一物体所做的功，随物体运动的路径的不同而不同，我们还能把mgh叫做物体的重力势能吗？

活动5【活动】【教学反思】

在物理课程中虽大多数探究活动需要进行实验，但是，理论探究尤其是问题式探究教学法在高中物理教学中也具有重要的意义。

猜想

原有知识和经验

现有知识

探究的问题

探究结论

1、问题式探究教学法强调提出问题、建立猜想。

问题是探究的起点，没有问题就没有探究，而发现问题是提出问题的前提，只有发现问题，才可能提出问题。猜想可以启发我们应当设计怎样的实验和获取目标那些信息，它是连接探究问题和探究结论的一座桥梁。观察它们关系图，可以看出，猜想虽不是结果，但它却是探究的中心。根据本节课的实际，侧重结合生活经验和已有知识说明“猜想的理由”，从而养成“以物思理”的习惯。

2、问题式探究教学法注重紧密联系实际的实践性

物理新课改的理念之一是：从生活走向物理，从物理走向社会。在教学中注意联系生活、生产中学生看得到，但没能细想、不完全理解或不懂的实际问题，可以

激发学生的学习兴趣与动机，同时也可以使他们养成善于运用知识、关心生活和生产中实际问题的习惯。比如：在教学中，通过“雪崩”的视频，让学生体验到高处的物体都具有潜在的能量——重力势能。通过实例（花盆坠落和小孩滑滑梯）充分讨论与思考，让学生在已有的认识基础上获得新的认识。

3、问题式探究教学法关注情感、态度和价值观的体验性

新课程注重在教学中渗透情感、态度价值观。但在教学实践中我们不能为情感、态度价值观而刻意的安排内容讲授或有意抒发，我们应该结合教学的内容，将相关的情感、态度价值观教育融合在教学过程中，做到教育无痕。如本课时中，将物理知识应用与生活和生产实践的意识在实例探究中给学生带来感受与体验；社会公德，民族自豪感在物理情景创设和反馈练习中给学生带来感受与体验。

4.重力势能

课时设计

课堂实录

4.重力势能

1第一学时

教学目标

（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。

（二）过程与方法

1、根据功和能关系，推导出重力势能的表达式。

2、通过对结果的分析，培养学生发散思维，及分析、推理、归纳的能力。

3．体会用实验和理论探究相结合的研究问题的方法

（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．预防高空坠物的社会公德教育，通过实例分析增强民族自豪感和荣誉观念。

3．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。

学时重点

重点：重力势能的的概念及重力做功跟重力势能改变的关系。

学时难点

难点：重力势能的相对性、重力做功跟重力势能改变的关系。

教学活动

活动1【导入】一、视频引入，激发兴趣

雪崩—一面面白茫茫的雪墙排山倒海而来，你将感受到大雪崩所带来令人惊心动魄的白色恐惧，雪崩将对人们的生命与财产带来灾难……。

打桩机—举高的重物下落时能将木桩打入地里。

活动2【讲授】二、教学过程

一、重力势能的概念

问题1：结合材料，请你说说什么是重力势能？

生：重力势能：物体由于被举高而具有的能量。

师：请你再回忆下本章前两节提到的势能的概念。

生：势能：相互作用的物体凭借其位置而具有的能量。

师：你能说出视频中是怎么说明被举高的物体具有能量的吗？

生：雪从山上滑下时能将大树连根拔起，打桩机从高处下落时能将木桩打入地里。

师：很好，也就是被举高的物体在下落时能对外做功，我们就说这样的物体具有能量，并称之为重力势能。

师：你能举出些物体由于被举高而具有重力势能的例子吗？

生：被举起的课本具有重力势能……

师：对，这样的例子在生活中随处可见，如放在地面上的物体没有杀伤力，一旦从较高处落下就很危险。

本节课我们将定量研究重力势能，请大家在初中所学的基础上，结合两个小实验思考影响重力势能大小的因数。

二、重力势能大小的影响因素

探究活动一：重力势能的大小的影响因素

实验：

⑴同一课本从不同高度下落到自己手上，感觉……

⑵不同质量的课本从同一高度下落到自己手上，感觉……

生：同一课本从更高的高度下落时，手感觉更痛些，同一高度质量较大的课本下落时，手感觉更痛些

师：由此你得出重力势能大小和什么有关，又是什么关系？

生：质量

高度

质量越大，高度越高，物体重力势能越大。

师：对，的确如此。比如如果你的头顶电线下悬挂的不是日光灯，而是200千克的杠铃，你有何感受？一块大石头放在你的脚边，你一定不觉得什么？但是如果把它悬挂在你的头顶之上，那一定会让你如坐针毡。再比如生活中常见的，“禁止高空抛物”；高层建筑在施工时必须有“工程防护网”等。

师：我们知道，功是能量转化的量度，能量变化的过程同时也是力做功的过程。如举高物体的过程中，重力做负功，该物体从高处下落时，重力做正功，可见，研究重力势能首先得研究重力的功。

如图，是儿童游乐场中常见的情形，小男孩以不同的方式

滑到地面，那么如何求三种情况下重力对小男孩说做的功呢？

探究活动二：重力做功的特点

将实际情形转化为物理模型

思考：如何用功的定义式W=Flcosα计算三种情况下重力所做的功。（结果用mg、h1、h2表示）

学生回答第一、二种情况。

学生活动：分组讨论，由其中两组各推荐一名同学板演第三种情况。

师生总结：不同于前两种情况，对于曲线运动，可将曲线分成若干小段，每段对应的高度差记为△h1、△h2、△h3等。由情况2可知，重力在每段所做的功为mg△hi,那么总功即为WG＝mgΔh1＋mgΔh2 ＋

···

＝mg(Δh1 ＋Δh2 ＋

···) ＝mg△h ＝mgh1－mgh2 三、重力做功的特点

问题2：由此你发现了重力做功的什么特点？△h1 板书：一、重力做功的特点：重力做功只跟它的起点和终点的位置（高度差）有关，与物体运动的路径无关。（ WG＝mg△h）

问题3：由表达式WG ＝mgh1－mgh2，请你结合功和能的关系、势能的概念及影响重力势能大小的因素，说说mgh有什么特殊意义？

生：上式左边是功，右边是mgh的差值，可以反映mgh的变化量，由功是能量转化的量度知，mgh可能是某种形式的能。mg是物体和地球间的相互作用，h反映物体和地球间的相对位置，由势能的概念（相互作用的物体凭借其位置而具有的能量）知mgh很可能是势能。另外，mgh随h、m的变大而变大，这又刚好符合重力势能大小的特征，所以说mgh真的是重力势能的表达式。

师生总结：

四、重力势能

（1）表达式

：Ep = mgh 物体的重力势能等于物体的重力和它的高度的乘积．

（2）单位：焦耳

（J) 1J=1N.m （3）标量

五、重力做功与重力势能变化的关系

问题4：由表达式WG ＝mgh1－mgh2，你能写出关于重力的功和重力势能变化的等式吗？

师：类比△v定义△Ep 生：

表示物体在初位置的重力势能

表示物体在末位置的重力势能

师生活动：

问题1：物体下降，重力做正功还是负功？物体重力势能增加还是减小？

理解1：如果重力做正功，重力势能减少，减少的重力势能等于重力对物体做的功

问题2：若物体上升，情况又怎样？

理解2：如果重力做负功，重力势能增加，增加的重力势能等于物体克服重力做的功

探究活动三：重力势能的特性

问题情境: 如图有一个质量2kg的花盆从桌面以上h1=1.2m处的A点,落到地面上的B点，

桌面离地的高为 h2=0.8m．(g=10m/s2) 试求（1）小球在A、B两点的重力势能。

参考面

花盆在A处的重力势能（J）

花盆在B处的重力势能（J）

整个过程中重力势能变化量(J) 以桌面为零势能面

以地面为零势能面

师生总结：

问题5：由上表你发现重力势能和重力势能变化各有什么特点？计算重力势能时要注意什么？

1、计算重力势能之前需要先选定参考平面

2、参考平面的选取虽是任意的

，但通常选择地面作为参考平面. 3、对选定的参考平面而言，上方物体的重力势能是正值,下方物体的重力势能是负值,参考平面上的物体的重力势能为零。重力势能为负，表示物体在这个位置具有的重力势能比在参考平面上具有的重力势能小。

师：重力势能除具有相对性还具有系统性，并解释。

活动3【练习】七、反馈练习

训练1：[新闻图片，设置情境] 在雅典奥运会举重男子69公斤级比赛中，中国选手张国政以抓举160公斤，挺举187.5公斤，总成绩347.5公斤获得金牌，这也是中国代表团在本届奥运会上的第11枚金牌。

张国政制胜的一举，挺举187.5kg，杠铃被举高约2m。

试求：(1)杠铃的重力势能变化多少？

(2)杠铃的重力做功多少？

（张国政能在短时间内爆发出如此巨大的功率绝非一日之功，为了能为祖国争得荣誉，运动员在平时的训练中付出心血。）

训练2：一位同学说：若以喜马拉雅山的山顶为零势能参考平面，则长江山峡的水库所储备的大量水的势能是负值，所以它就不能发电了。你认为此同学的说法对吗？为什么？

训练3：竖直向上抛出一物体，在上升到某一高度时，重力势能的改变量为ΔEP，动能的改变量为ΔEK ，物体克服重力做功WG，物体克服空气阻力做功Wf，则下列关系正确的是(

) A.ΔEP=WG

B. ΔEP=WG+Wf C. ΔEK= -ΔEp-Wf

D. ΔEK = ΔEp+WG+Wf 活动4【活动】八、小结

一、重力做功的特点：

二、重力势能：

三、重力做功与重力势能变化的关系

四、重力势能具有系统性、相对性

师：学完本节课你还有什么疑问吗？

课外思考题：

如果重力做功与路径有关，即对应于同样的起点和终点，重力对同一物体所做的功，随物体运动的路径的不同而不同，我们还能把mgh叫做物体的重力势能吗？

活动5【活动】【教学反思】

在物理课程中虽大多数探究活动需要进行实验，但是，理论探究尤其是问题式探究教学法在高中物理教学中也具有重要的意义。

猜想

原有知识和经验

现有知识

探究的问题

探究结论

1、问题式探究教学法强调提出问题、建立猜想。

问题是探究的起点，没有问题就没有探究，而发现问题是提出问题的前提，只有发现问题，才可能提出问题。猜想可以启发我们应当设计怎样的实验和获取目标那些信息，它是连接探究问题和探究结论的一座桥梁。观察它们关系图，可以看出，猜想虽不是结果，但它却是探究的中心。根据本节课的实际，侧重结合生活经验和已有知识说明“猜想的理由”，从而养成“以物思理”的习惯。

2、问题式探究教学法注重紧密联系实际的实践性

物理新课改的理念之一是：从生活走向物理，从物理走向社会。在教学中注意联系生活、生产中学生看得到，但没能细想、不完全理解或不懂的实际问题，可以

激发学生的学习兴趣与动机，同时也可以使他们养成善于运用知识、关心生活和生产中实际问题的习惯。比如：在教学中，通过“雪崩”的视频，让学生体验到高处的物体都具有潜在的能量——重力势能。通过实例（花盆坠落和小孩滑滑梯）充分讨论与思考，让学生在已有的认识基础上获得新的认识。

3、问题式探究教学法关注情感、态度和价值观的体验性

新课程注重在教学中渗透情感、态度价值观。但在教学实践中我们不能为情感、态度价值观而刻意的安排内容讲授或有意抒发，我们应该结合教学的内容，将相关的情感、态度价值观教育融合在教学过程中，做到教育无痕。如本课时中，将物理知识应用与生活和生产实践的意识在实例探究中给学生带来感受与体验；社会公德，民族自豪感在物理情景创设和反馈练习中给学生带来感受与体验。