3. 势能教学设计案例

4.3势能

教学设计思想

首先由重力做功的特点，引入重力势能的概念，这一认知是逐渐建立起来的．

“重力势能是物体凭借其位置而具有的能量”．启发学生思考，请学生说一说重力势能应该与哪些物理量有关．经过讨论，学生会得出，重力势能应跟物体在地球的相对位置有关，还应与物体受到的重力有关．然后让学生体会教材中所写的“看起来，物体所受的重力mg与它所处位置的高度的乘积mgh是一个有特殊意义的物理量”．它的特殊意义在于，它一方面与重力所做的功密切相关，另一方面它随着高度的变化而变化，它恰恰是我们要寻找的重力势能的表达式．

由重力势能的定义分析，重力势能与物体和地球的相对位置有关．重力势能属于物体和地球组成的系统共有的．它的变化量与重力所做的功相对应，所以是标量，其单位与功的单位相同，都是焦耳．

教学内容分析

本教材分析了重力做功与路径无关的问题．教材通过物体从A点到B点的不同路径的计算，得出重力对物体所做的功只跟起点和终点的位置有关，而跟物体运动的路径无关的结论．两个路径计算重力的功并不困难，但是要使学生真正认识到这一点，仍然要学生亲自动手算一算这两种情况下重力对物体做了多少功．对于物体沿任意曲线运动的情况，又一次用到了极限的思想．在有了以前求变速运动的位移的学习经历之后，学生对极限的方法会有一定的印象．该处仍只要求学生能“跟”来，并不要求学生自己去重复．因为这里主要强调的是科学方法，让学生看到我们可以站在更高的角度去处理问题．

与以往教材不同的是，本教材没有生硬地给出“功是能量变化的量度”，而是在探究重力做功、探究弹簧的拉力做功和探究功与物体速度变化关系的过程中，不断渗透这一思想的．

教学目标分析

★知识目标

1．理解重力势能和弹性势能的概念和物理意义，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．知道势能的相对性．

★技能目标

1．根据功和能的关系，推导出重力势能的表达式．

2．学会从功和能的关系上解释和分析物理形象．

★情感目标

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．

★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．

教学准备

Powerpoint设计整个教学流程．

多媒体下载两幅水力发电站的图片．

教学过程设计

步骤

教学内容

方法运用

问题一：大家都知道水力发电站是用水来发电的，水是利用了什么能来发电的呢？为什么要修那么高的大坝？

学生

导

入

新

课

高度．

问题二：什么是重力势能？

学生：物体由于被举高而具有的能量叫重力势能．(初中学过) 今天我们就来学习重力势能的相关知识．

(板书)4.3势能

学生：因为水具有重力势能．修那么高的大坝是为了提升水的观察

提问

思考

回忆

步骤

教学内容

方法运用

一、重力势能

1.重力做功(板书) 物体的高度发生变化时，重力要做功．物体被举高时，重力做负功；物体下降时，重力做正功．因此，认识这种势能，不能脱离对重力做功的研究．

学生

观察

分析

思考

师生

互动

教师

配合

讲解

极限

思想

应用

得出

结论

思考

分析

引出

重力

势能

的概念

①(问)如图7.41，设一个质量为m的物体，从高度是h1的位置，竖直向下运动到高度是h2的位置，这个过程中重力做的功是

新

课

教

学

(学生)答：WG＝mgh＝mgh1－mgh2

②(问)如图7.42，物体沿倾斜直线运动的距离是L，在这一过程中重力所做的功是

(学生)答：WG＝mgcosθ·L＝mgh＝mghl－mgh2

③(思考)如图7.43，假设这个物体沿任一路径由高度是h1的起点A，运动到高度是h2的终点B，在这一过程中重力所做的功是多少？

方法点拨：我们把整个路径分成许多很短的间隔AA1，A1A2，A2A3……

由于每一段都很小很小，它们都可以近似地看做一段倾斜的直线．设每段小斜线的高度差分别是Δh1，Δh2，Δh3，…则物体通过每段小斜线时重力所做的功分别为mgΔh1，mgΔh2，mgΔh3，…物体通过整个路径时重力所做的功，等于重力在每小段上所做的功的代数和，即

WG＝mgΔh1＋mgΔh2＋mgΔh3＋…＝mg(Δh1＋Δh2＋Δh3＋…)

＝mgh＝mgh1－mgh2

重力做功的特点：重力对它做的功只跟它的起点和终点的位置有关，而跟物体运动的路径无关．(板书) 重力做功的大小等于物重跟起点高度的乘积mgh1与物重跟终点高度的乘积mgh2两者之差．看起来，物体所受的重力mg与它所处位置的高度h的乘积“mgh”，是一个具有特殊意义的物理量．

2．重力势能(板书)

mgh这个物理量的特殊意义在于它一方面与重力所做的功密切相关，另一方面它随着高度的变化而变化，它恰恰是我们要寻找的重力势能的表达式．

①重力势能：等于物体所受到的重力和它的高度的乘积．(板书) ②重力势能的公式：Ep＝mgh(板书) ③重力势能与其他形式的能一样，也是标量，其单位与功的单位相同，在国际单位制中都是焦耳，符号为J.(板书) ④重力做功与重力势能变化之间的关系进行讨论：

学生

讨论

得出

结论

续表

步骤

教学内容

教师：我们用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，则WG＝Ep1－Ep2. 学生讨论得到：

a．当物体由高处向低处运动时，h1>h2，WG>0，所以Ep1>Ep2. b．当物体由低处向高处运动时，h1

总结：

方法运用

分析

讨论

a．重力做正功时，重力势能减少，减少的重力势能等于重力做的功．

b．物体克服重力做功(重力做负功)，重力势能增加，增加的重力势

新

课

教

学

能等于物体克服重力所做的功．

3．重力势能的相对性(板书) ①零势能面：物体的重力势能总是相对于某一水平面来说的．把这个水平面的高度取作零，这个水平面叫做参考平面．在参考平面，物体的重力势能为零．

②参考平面的选择：可视研究问题的方便而定．通常选择地面为参考平面．

③重力势能的相对性：选择不同的参考平面，物体的重力势能的数值是不同的．但这并不影响问题的研究，因为在与重力势能相关的问题中，有确定意义的是势能的差值，选择不同的参考平面对这个差值没有影响．

④对选定的参考平面而言，上方物体的高度是正值，重力势能也是

教

师

举

例

拓宽

知识

正值；下方物体的高度是负值，重力势能也是负值．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要少．

二、弹性势能

1.定义：物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能

2.物体的形变越大，弹性势能越大

三、势能是系统所共有的(板书) 重力势能跟重力做功密切相关，而重力是地球与物体之间的相互作用力．也就是说，倘若没有地球，就谈不上重力．所以，严格说来，重力势能是地球与物体所组成的这个“系统”所共有的，而不是地球上的物体单独具有的．

知识拓展：除了重力势能外，还有其他形式的势能．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，或物体内的各部分之间存在相互作用(力)而具有的能，是由各物体的相对位置决定的．例如，分子之间由于存在相互作用而具有的势能，叫做分子势能，由分子间的相对位置决定；电荷之间由于存在相互作用而具有的势能，叫做电势能，由电荷间相对位置决定．分子势能或电势能分别属于分子或电荷组成的系统，不是一个分子或一个电荷单独具有的.

1.沿着高度相同，坡度不同，粗糙程度也不相同的斜面将同一物体分别从底端拉到顶端，下列说法正确的是

A．沿坡度小的斜面运动时物体克服重力做功多

随堂练习

B．沿坡度大，粗糙程度大的斜面运动时物体克服重力做功多

知

识

点

的

延

伸

学生

当堂

练习

C．沿坡度小，粗糙程度大的斜面运动时物体克服重力做功多[ ] 巩固

D．不管沿怎样的斜面运动，物体克服重力做功相同

本节

2．质量是100 g的小球从1.8 m的高处落到水平板上，又弹回到1.25 课内

m 的高处．整个过程中重力对球所做的功是多少？球的重力势能变化了多少？

续表

步骤

教学内容

本节课我们学习了：

小结

1．势能由物体间的相互作用而产生，由它们的相对位置而决定．

2．势能是标量，单位是焦耳．

方法运用

容

3．重力对物体所做的功与物体的运动路径无关，只跟物体运动的始末位置有关，重力所做的功等于物体始、末位置的重力势能之差．

4．重力势能是地球和地面上的物体共同具有的，一个物体的重力势能的大小与参考平面的选取有关.

4.3势能

一、重力势能

1．重力做功——重力做功的特点：重力对它做的功只跟它的起点和终点的位置有关，而跟物体运动的路径无关．

2．重力势能

①重力势能：等于它所受重力与所处高度的乘积．

②重力势能的公式：Ep＝mgh. ③重力势能是标量，其单位与功的单位相同，在国际单位制中都是焦耳，符号为J. 板书设计

④重力做功与重力势能变化之间的关系：

a．重力做正功时，重力势能减少，减少的重力势能等于重力所做的功．

b．物体克服重力做功(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所做的功．

3．重力势能的相对性

①零势能面．

②参考平面的选择：通常选择地面为参考平面．

③重力势能的相对性．

二、弹性势能

三、势能是系统所共有的

作业

导学案