3. 势能教学设计案例

3势能

吴华珊

一、教学目标：

1、知识与技能：

（1）理解重力势能的概念，强调“势”的含义，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）知道重力势能的相对性和系统性。

2、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。

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。

二、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。

三、教学难点：重力势能的相对性和系统性。

四、教学过程：

1、新课引入

图片展示：冰雹砸车、雪崩摧毁村庄。物体在下落之前就具有能量。这种能量的大小与什么有关？物体的高度。高度越高，破坏性越大。物体由于被举高而具有的能量称为重力势能（Ep），用字母Ep表示。重力势能的大小与物体的高度有关，还和质量有关。

2、新课教学

（1）那么重力势能的表达式是怎样的呢？

（2）重力做功——物体从高度h1下落到h2

4

h

h

h

1

h

2

3

hhhh1 1 1 1

h2 h2 h2 h2

路径1 路径2 路径3 路径4

图1

重力做功和路径无关，只与初、末位置的高度差有关。WG=mg(h1 -h2)= mgh1 -mgh2

“mgh”是一个有特殊意义的物理量，重力做功有关，与高度有关，与质量有关，与前面的猜想吻合，说明这就是要寻找的重力势能的表达式。

（3）重力势能（Ep）

①表达式：Ep=mgh

物体的重力势能等于它所受的重力和所处高度的乘积

2②单位：1J=1Kg(m/s)m=1Nm ③重力势能是标量。

④重力势能与重力做功的关系WG= mgh1 -mgh2 = Ep1-Ep2 (Ep1:初位置的重力势能，Ep2:末位置的重力势能)

图2：物体下降

图3：物体上升

讨论重力做功和重力势能的关系：WG= Ep1-Ep2

物体下降

物体上升

重力做功（WG）

重力势能（Ep）的变化

WG与Ep的关系

正功WG>0 负功WG<0 减小

增大

重力做正功，重力势能减小

物体克服物体做功，重力势能增加

（4）重力势能具有相对性

例题：（如图4）物体质量为1Kg，桌面离地面的高度是0.8m，物体在距离桌面的高度是0.4m的位置A，求物体在A位置的重力势能？将物体从A位置移到离地面0.4m的B位置，求物体在B位置的重力势能？（g取10m/s2）

①

重力势能也具有相对性。要确定一个物体的重力势能，先要选择参考平面。

②物体放在参考平面上，重力势能为0；物体在参考平面以上，重力势能为正值；物体在参考平面以下，重力势能为负值。

参考平面

地面

桌面

EpA

EpB

12J 4J 4J –4J WG= EpA-EpB

WG= 12J–4J=8J WG= 4J–(–4J)=8J 重力势能变化量△Ep = EpB-EpA

△Ep=4J–12J=–8J △Ep=–4J–4J=–8J

A

B

图4 图5

③参考平面选择的不同，物体的重力势能是不一样的。但是不会影响到重力做功和重力势能的变化量。

④WG=–△Ep：重力做功的过程就是重力势能改变的过程。

（5）学以致用

问题1：人们在修建水电站时，为什么总要修建高高的水坝？

问题3：汕头将首建市域轻轨，计划设置站点共计31座。某轻轨车站设计方案如图所示，与站台前后连接的部分，轨道都有一个小坡度．请你说明这种设计有什么好处及理由。

（6）重力势能是物体和地球系统所共有的

3、课堂练习

4、课堂小结

五、板书设计：

3．势能

一、重力的功的特点：只与物体初末位置有关，与物体的运动路径无关。WG= mgh1 -mgh2

初

末

二、重力势能

21、表达式：Ep=mgh

2、单位：1J=1Kg(m/s)m=1Nm 3、重力势能是标量 4、重力势能与重力做功的关系WG= mgh1 -mgh2 = Ep1-Ep2 初

末

三、重力势能的相对性

四、重力势能具有系统性，是物体和地球组成的系统所共有的。