3. 势能教案和课堂实录

重力势能教学设计

【教材分析】

本节课教学内容为教科版必修2第四章第三节的内容《重力势能》，它是本章的一个重要知识点，为学生进一步学习弹性势能、从做功和能量转化的角度认识动能定理及机械能做好铺垫。本节教材首先从日常生活实例中引入重力势能的基本定义，指出物体由于位于高处而具有的能量为重力势能，接着引出在物体被举高的过程中，伴随着重力做功，在分析重力做功与路径是否有关的过程中，由浅入深从特殊情况推广到一般情况，增强了学生学习物理的兴趣，对于物体沿任意曲线运动的情况，采用了极限的思维，进而加深学生对极限思维的理解，锻炼了学生的物理思维能力，得出了重力做功与路径无关的结论。紧接着得出mgh是具有特殊意义的物理量，得出重力势能的表达式。然后教材又安排了重力势能的相对性、让学生讨论重力做功与重力势能改变的关系以及重力势能是与地球系统共有的特点这部分知识，以便完善和加深学生对重力势能的理解。

【学情分析】

学生初中时已定性地了解了重力势能的概念，他们的认知还处在感性认识阶段，对事物的思维是具体、形象的，而高中阶段要定量的学习重力势能及体验建立过程，需要建立理性认识及抽象的逻辑思维能力，及理论推导能力。本节学生在学习过程中，重力势能的相对性是难点，学生不好理解，同时很容易将重力势能与重力势能的改变混淆。因此，本节设计通过采用图片、视频、学生动手实验操作、理论归纳与讨论、实例的结合的方式，解开学生的困惑。

【设计思想】

本节课以“学生为主体，教师为主导”作为设计指导原则。

通过设置问题、结合有趣的生活实验场景把学生带入课堂，通过设计分组实验来定性探究影响重力势能大小因素，让学生动手实验感受实验探究中的控制变量法和猜想、分析、归纳等思维方法，培养学生细致观察、科学描述及小组合作的能力,最后师生一起找到重力势能与质量和高度的定性关系。 为了探究重力势能的定量关系式，先从重力做功入手，以日常生活为例子创设问题情景，让学生探究、归纳出重力做功的特点；根据做功和能量变化关系引导学生分析mgh是具有特殊意义的物理量，进而得出重力势能的表达式，从而体会“理论探究”的定量研究方法。

为了突破难点——重力势能的相对性，通过设置不同的参照系，引导学生发现在不同参照系下重力势能的数值的变化，得出重力势能具有相对性的结论。

通过设计与实际生活联系的实例，引导学生主动探究重力做功与重力势能改变之间的关系，通过展台展示学生探究结果加以点评，引导学生自主分析、归纳、得出结论，培养学生分析问题、归纳以及解决问题的能力；

最后首尾呼应，让学生以讨论、交流的形式解决课前问题，并引导学生总结这节课你收获到了什么？最后让学生带着问题走出课堂。

[源:Zxxk.Com【教学目标】

1、知识与技能

（1）理解重力势能的概念，会用重力势能的表达式进行计算。[来源:Zxxk.Com]

（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和系统性。

2、过程与方法

（1）根据功和能的关系，推导出重力势能的表达式。

（2）在探究过程中渗透科学的研究方法：控制变量法、实验过程观察法及实验结果分析法。1

3、情感、态度与价值观

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。

【重点难点】

重点：重力势能的定义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。

【教学方法】实验探究法 理论归纳法

情景教学法 设疑法

【课前准备】多媒体素材 课件 塑料管 质量不同的圆柱体2个 【课时安排】

1课时

【教学过程】

［新课导入］

通过PPT图片展示提出问题：

思考：某城市附近有条大河，经考察河流位置A海拔高度是1000米，最大落差为20米；位置B海拔高度为200米，最大落差为50米，问：

现在该城市要建造一座水电站，哪个位置更合适？

师：这个问题等我们学习了本节课的内容就可以解决它了。

［新课教学］

播放视频：

师：一个小小的鸡蛋为什么会把玻璃撞碎了呢？

生：鸡蛋具有重力势能

师：初中的重力势能是怎样定义的？

生：物体处在一定的高度所具有的能量

师：对，鸡蛋掉下来重力势能转变为动能对玻璃做了功，所以玻璃碎了

师：影响重力势能的因素有哪些呢？

生：猜想：与高度、质量有关

师：有什么样的定性关系，我们通过实验来探究

探究一：定性的探究影响重力势能的因素（控制变量法）

教师介绍实验仪器及相关说明

学生活动：

1.保持质量不变，从不同高度自由下落，观察物体撞击活塞下降的长度，进而比较高度与重力势能的关系

2.保持高度不变，用质量不同的物体自由下落，观察物体撞击活塞下降的长度，进而比较质量与重力势能的关系

学生回答观察的现象并得出结论

教师补充：保持物体质量不变，高度越高，

物体具有的重力势能越大。保持高度不变，质量越大，物体具有的重力势能越大。

过渡引言：我们知道功与能密切相关，要弄清重力势能的具体定量关系可从重力做功的角度来找。

探究二：重力做功的特点

学生活动

情景1和2：

如图1所示，一个质量为m的物体，从高度为h1的位置A分别竖直下落和沿斜线运动到高度为h2的位置B. 根据功的公式求出甲、乙两种情况下重力做的功。

[来源:Zxxk.Com]2

图1 生：两种情况重力做功一样都是WG

=mgh1－mgh2

师：推广到一般情况，沿任意曲线下滑呢？完成情景3 情景3：

若物体沿曲线从A运动到B，如图2则重力做的功又是多少？

图2 生：还是一样

师：根据上面计算结果，总结重力做功的特点？ 生总结：重力做功只与物体重力和始末位置的高度差有关，与路径无关。 师生：做功的过程就是能量转变的过程，这个方程式WG

= mgh1－mgh2，等号左边是重力做功，等号右边应该对应某种能量的变化，且mgh1与mgh2只是下角标不同，形式是相同的，则mgh应该就是某种能量，这种能量与重力和高度有关，它就是重力势能

师：请同学们自主梳理以下4点内容：

1、重力势能定义： 。

2、重力势能表达式：EP= ，

3、国际单位制中，重力势能的单位是 。 4、重力势能的变化量ΔEP= 。

师强调：Ep=mgh中各物理量的含义及重力势能变化量的表达。

师：请同学们估一下教室里的日光灯有多高？

生：2.6m 师：我可不可以说它有6m、9m、12m高呢？

生：可以

师：为什么？

生：选择的参考平面不同

师：可见高度具有相对性

探究三：重力势能的相对性

学生活动

情景4：

参考

平面

小球在A点重力势能

小球从A点下落到桌面B点的过程重力势能变化

3

桌面

如右图3所示，质量m=0.5kg的小球，从桌面2地面

以上h1=1.2m的A点落到地面上，桌面高h2=0.8m．请按要求填写下表．(g=10m/s)

图3

学生完成表格后分析结果

生总结：（1）重力势能是 ，选取不同的参考平面,物体的重力势能的数值 。故在计算重力势能之前需要先选定参考平面（又叫“零势能面”），参考平面的选取是 。

(2)

重力势能的变化是 ，与参考平面的选取 。

师：在情景4中，若以桌面为参考平面，小球在地面C处的重力势能又为多少？ 生：-4J 生总结：物体位于参考平面的上方时，重力势能为 ，位于参考平面的下方时，重力势能为 。

师：这个正负表什么？

生：正负表大小，表示比参考面的重力势能大还是小。

师生：重力势能是标量，但有正负，其正负表示大小

师：3J － 5J 生：大于

探究四、重力势能的系统性

师：重力势能是谁具有的? 物体还是物体和地球共同具有的？

生：物体和地球共同具有的

师：为什么？

生：若没有地球物体就不受重力，就谈不上重力势能了。

师：平时我们说物体的重力势能只是一种简化的说法而已。

过渡引言：我们分析了重力做功和重力势能，那它们的具体关系应该是怎样的？

探究五、重力做功与重力势能变化的关系 学生活动

情景5：

塔吊把一质量为m=200kg的物体，从距地面高为h1=10m的高度运到高为h2=3m的地方，2重力做了多少功？物体的重力势能如何变化？ (g=10m/s)

展台展示极个别学生解答的过程，教师加以点评

学生分析计算结果总结

生总结：重力做正功，重力势能减少，重力做了多少的正功，重力势能就减少了多少。

情景6：

塔吊把一质量为m=200kg的物体，从距地面高为h1=3m的高度运到高为h2=10m的地方，重力做了多少功？物体的重力势能如何变化？ (g=10m/s)

展台展示极个别学生解答的过程，教师加以点评

学生分析计算结果总结

4

2

生总结：重力做负功，重力势能增加，重力做了多少的负功（或克服重力做了多少功）

，重力势能就增加了多少。

师：请同学们自主梳理以下内容：

若用Ep1 = mgh1来表示物体在初位置的重力势能；用Ep2 = mgh2来表示物体在末位置的重力势能，WG表示重力所做的功，则有：

1、物体由高处向低处运动时，重力做 ，（填“正功”或“负功”）则WG 0，

EP1 EP2。（填“＞”或“＜”）

，重力势能 （填“减小”或“增加”）。

2、物体由低处向高处运动时，重力做 ，（填“正功”或“负功”）则WG 0，

），重力势能 （填“减小”或“增加”）。

EP1 EP2。（填“＞”或“＜”总结：重力做正功时，重力势能_________；重力做负功时，重力势能_________

重力所做的功与重力势能改变的关系可表达为： 。 PPT展示，学生核对所梳理的内容

课前问题解答：

思考：某城市附近有条大河，经考察河流位置A海拔高度是1000米，最大落差为20米；位置B海拔高度为200米，最大落差为50米，问：

现在该城市要建造一座水电站，哪个位置更合适？

学生讨论交流解决

［小结］师：这节课你收获了什么？请写下来吧

学生梳理知识点

师生共同小结：

一、重力做功的特点：与路径无关，只与起点和终点的高度差有关

二、重力势能 1.表达式：Ep=mgh （相对性：选零势能面） 2.重力势能的变化量

ΔEP=mgh2-mgh1 3.重力势能是相对的

，重力势能的变化是绝对的。 4.重力势能是标量，正负表示大小 5.重力势能的系统性 三、重力做功与重力势能变化的关系：

5

重力做正功，重力势能减少

重力做负功，重力势能增加

具体关系：WG=-ΔEp ［课后思考］

PPT展示

登山者不慎掉落被身上系的弹性绳拉住，他的重力势能减小了，转变成了什么能？

师：最后请同学们遵守社会公德，防止高空坠物

［布置作业］

创新设计1-6题

【板书设计】

一、重力做功

物体运动时，重力对它做的功只跟它的重力和始末位置的高度差有关，与路径无关。 二、重力势能

1．概念：物体处在一定的高度所具有的能量

2．表达式：EP＝mgh

3．单位：在国际单位制中都是焦耳，符号为J。

4．重力势能的变化量ΔEP= mgh2－mgh1

5. 重力势能的相对性

a．重力势能是相对的，选取不同的参考平面，重力势能的数值不同。只有参考平面选定后重力势能才有确定的值；

b．参考平面的选取是任意的，可视研究问题的方便而定。通常选地面为参考平面；

c．某两个位置的重力势能的变化与参考平面的选择无关；

d．重力势能的正负表示比零势能高还是低。

6. 重力势能的系统性

重力势能是地球与物体这一系统所共有的，不是物体单独所有的，通常说某物体的重力势能是多少，只是一种简化的说法。

三、重力做功和重力势能变化的关系

1．重力做功和重力势能变化的定性关系

重力对物体做正功时，重力势能一定减小；重力对物体做负功时，重力势能一定增加。

2．重力做功和重力势能变化的定量关系

WG＝EP1－EP2＝─ΔEP

重力势能变化只与重力做功有关，与其他力做功无关。重力做功等于重力势能的减少量。

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