重力勢(shì)能導(dǎo)學(xué)案2

1、4 重力勢(shì)能整體設(shè)計(jì) 重力勢(shì)能及其相對(duì)性是本節(jié)的主要教學(xué)內(nèi)容.教材從分析重力做功與路徑無(wú)關(guān)入手，來(lái)建立重力勢(shì)能的概念.按照“以學(xué)生為主體”新課程標(biāo)準(zhǔn)要求，在這一環(huán)節(jié)，要讓學(xué)生親自動(dòng)手算一算這兩種情況下重力對(duì)物體做了多少功，來(lái)加深對(duì)探究過(guò)程的理解.正是因?yàn)橹亓ψ龉τ羞@樣的特點(diǎn)，才引入重力勢(shì)能的概念，對(duì)這一點(diǎn)學(xué)生會(huì)感覺(jué)比較困難.這一認(rèn)知是逐漸建立起來(lái)的，在這里要求不宜過(guò)高.教師可以幫助學(xué)生回憶，在“追尋守恒量”一節(jié)中，給出了勢(shì)能的定義，“物體勢(shì)能是物體憑借其位置而具有的能量.”啟發(fā)學(xué)生思考，請(qǐng)學(xué)生說(shuō)一說(shuō)重力勢(shì)能應(yīng)該與哪些物理量有關(guān).經(jīng)過(guò)討論，學(xué)生會(huì)得出，重力勢(shì)能應(yīng)跟物體在地球的相對(duì)位置有關(guān)，還應(yīng)與

2、物體受到的重力有關(guān).本節(jié)重點(diǎn)講述重力勢(shì)能及其相對(duì)性，重力勢(shì)能的變化以及與重力做功的關(guān)系.重力做正功時(shí)，重力勢(shì)能減少，克服重力做功(重力做負(fù)功)時(shí)，重力勢(shì)能增加，關(guān)于這個(gè)關(guān)系，學(xué)生往往不易理解，教學(xué)時(shí)最好能結(jié)合一些實(shí)例，從能量轉(zhuǎn)化的角度分析，解開(kāi)學(xué)生的困惑，例如可舉在自由落體運(yùn)動(dòng)中，重力做正功，重力勢(shì)能減少，同時(shí)由動(dòng)能定理可知，動(dòng)能增加,重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，這樣做，也可以為下一節(jié)講解機(jī)械能守恒定律作好準(zhǔn)備. 為了突出重點(diǎn)，突破難點(diǎn)，采用學(xué)生實(shí)際操作、推理和互動(dòng)探究的方法，學(xué)生對(duì)計(jì)算結(jié)果分析，先思索由結(jié)果發(fā)現(xiàn)什么問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，然后由教師層層提出問(wèn)題，分析問(wèn)題，逐步解決問(wèn)題，使學(xué)生理解和

3、掌握本節(jié)的知識(shí).關(guān)于重力做功與路徑無(wú)關(guān)和彈性勢(shì)能的教學(xué)：只要求學(xué)生知道即可.教學(xué)重點(diǎn) 重力勢(shì)能的概念及重力做功跟物體重力勢(shì)能改變的關(guān)系.教學(xué)難點(diǎn) 重力勢(shì)能的系統(tǒng)性和相對(duì)性.課時(shí)安排 1課時(shí)三維目標(biāo)知識(shí)與技能1.理解重力勢(shì)能的概念，會(huì)用重力勢(shì)能的定義式進(jìn)行計(jì)算.2.理解重力勢(shì)能的變化和重力做功的關(guān)系.知道重力做功與路徑無(wú)關(guān).3.知道重力勢(shì)能的相對(duì)性.4.了解彈性勢(shì)能.過(guò)程與方法1.根據(jù)功和能的關(guān)系，推導(dǎo)出重力勢(shì)能的表達(dá)式.2.學(xué)會(huì)從功和能的關(guān)系上解釋和分析物理現(xiàn)象.3.通過(guò)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握科學(xué)的研究方法控制變量法；培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力.4.通過(guò)對(duì)結(jié)果的分析，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散性思維，及分析、推理、歸

4、納的能力.情感態(tài)度與價(jià)值觀1.通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)操作、觀察、討論，以及得出本節(jié)課物理知識(shí)的過(guò)程和方法，激發(fā)學(xué)生探索的興趣和熱愛(ài)科學(xué)的精神.2.滲透從對(duì)生活中有關(guān)物理現(xiàn)象的觀察，得到物理結(jié)論的方法，激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生探索自然規(guī)律的興趣.課前準(zhǔn)備 自制課件、事先搜集各種投影圖片；大小不一的兩個(gè)鐵塊、自制小桌、盛滿沙的盒子等.教學(xué)過(guò)程導(dǎo)入新課故事導(dǎo)入 1994年7月7日，蘇梅克·列維9號(hào)彗星以60 km/s的速度，向木星飛馳而去.第一顆彗核撞上了木星，緊接著，其余的彗核也接二連三地向木星撞擊，這一壯烈的天體碰撞，持續(xù)了5天才告結(jié)束.碰撞產(chǎn)生了相當(dāng)于20億顆原子彈爆炸的威力，產(chǎn)生的火球，直徑達(dá)10 km

5、，溫度達(dá)到7 000 ，產(chǎn)生的光亮在數(shù)億千米外也能拍到，騰起的蘑菇云極為壯觀，形成的塵埃云團(tuán)與地球同樣大小，并存在了幾個(gè)月之久. 教師引導(dǎo)學(xué)生思考討論：為什么彗星撞擊木星時(shí)會(huì)產(chǎn)生如此大的能量呢?情景導(dǎo)入 大屏幕投影展示下面幾幅圖片，讓學(xué)生自己仔細(xì)觀察，并自己提出問(wèn)題來(lái)討論.2002年9月21日上午，俄羅斯高加索北奧塞梯地區(qū)的一個(gè)村莊發(fā)生雪崩，造成至少100人失蹤美國(guó)內(nèi)華達(dá)州亞利桑那隕石坑。這個(gè)隕石坑是5萬(wàn)年前，一顆直徑約為3050米的鐵質(zhì)流星撞擊地面的結(jié)果.據(jù)說(shuō)，坑中可以安放下20個(gè)足球場(chǎng)，四周的看臺(tái)則能容納200多萬(wàn)觀眾參考問(wèn)題：1.我們看到一個(gè)冰天雪地、廣袤無(wú)垠的銀色世界，它帶給人們的是圣

6、潔、平和、寧?kù)o的感受，一種心靈的洗滌.但是一旦大量積雪從高處滑下形成雪崩.一面面白茫茫的雪墻排山倒海而來(lái)，你將感受到大雪崩所帶來(lái)最令人驚心動(dòng)魄的白色恐懼，將對(duì)人們的生命與財(cái)產(chǎn)帶來(lái)災(zāi)難為什么這么漂亮的雪花有如此大的破壞力？發(fā)生的雪崩為什么具有這么大的能量？2.通過(guò)美國(guó)內(nèi)華達(dá)州亞利桑那的隕石坑現(xiàn)象，你能說(shuō)出這么大的能量與哪些因素有關(guān)？實(shí)驗(yàn)引入 教師利用課前準(zhǔn)備好的實(shí)驗(yàn)儀器：自制小桌、鐵塊（一大一小兩個(gè)）、盛滿沙的小盒,如圖.先讓學(xué)生猜測(cè)重力勢(shì)能的影響因素. 通過(guò)學(xué)生分組討論，由學(xué)生代表表述自己的想法，重力勢(shì)能的影響因素有哪些？然后分別設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證學(xué)生的猜想.推進(jìn)新課一、重力的功問(wèn)題：物體的重力勢(shì)

7、能跟哪些影響因素有關(guān)呢？ 通過(guò)重力勢(shì)能的定義，引導(dǎo)學(xué)生找出重力勢(shì)能的影響因素：物體的質(zhì)量與高度.具體的關(guān)系，要求學(xué)生設(shè)計(jì)具體的物理情景來(lái)探討.情境設(shè)置：把自制的物理小桌放在盛滿沙的盒子中，比較質(zhì)量不同的兩個(gè)鐵塊落在小桌上時(shí)小桌陷入的深度；比較同一鐵塊從不同的高度落在桌子上陷入的深度.實(shí)驗(yàn)一：用質(zhì)量不同的兩個(gè)鐵塊從同一高度釋放，觀察小桌陷入沙子中的深度.實(shí)驗(yàn)二：用同一個(gè)鐵塊從不同高度釋放，觀察小桌陷入沙子中的深度. 學(xué)生認(rèn)真操作實(shí)驗(yàn)，并記錄觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.現(xiàn)象：在實(shí)驗(yàn)一中，鐵塊的質(zhì)量越大，小桌陷入沙子中的深度越大；在實(shí)驗(yàn)二中，鐵塊釋放的高度越高，小桌陷入沙子中的深度越大. 通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，

8、學(xué)生深切感受兩個(gè)影響因素對(duì)重力勢(shì)能的影響，并從中總結(jié)具體是怎樣影響的： 物體的質(zhì)量越大，高度越大，重力勢(shì)能就越大. 因此，要研究重力勢(shì)能，就不能脫離對(duì)重力做功的研究.重力做功的特點(diǎn)： 創(chuàng)設(shè)情景，引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)重力做功的特點(diǎn):如圖，提出物體從A到C的幾種情況，讓學(xué)生寫(xiě)出在這幾種情況下，物體從AC，重力做的功： 圖A是物體由A做自由落體到B，再水平運(yùn)動(dòng)到C，容易得出此過(guò)程中，重力做功為mgh； 圖B是物體沿斜面由A滑到C，重力做功為：mgs·sin=mgh； 圖C是物體沿曲面由A滑到C，可以把曲面看成很多段小斜面組成，利用圖B的結(jié)論可以得出，重力做功也為mgh.還可從A到BC面畫(huà)任意路徑讓

9、學(xué)生求重力做功，可以看出結(jié)論都為mgh. 學(xué)生從以上三個(gè)過(guò)程的推導(dǎo)中容易得到重力做功的特點(diǎn)：重力做功與路徑無(wú)關(guān)，只與物體起點(diǎn)和終點(diǎn)位置的高度差有關(guān).思維拓展 重力做功與路徑無(wú)關(guān)，其他力(比如摩擦力)做功是否與路徑有關(guān)？回答是肯定的.可見(jiàn)，重力做功的特點(diǎn)不能亂用，要視具體力而定.同時(shí)提醒學(xué)生，今后學(xué)習(xí)中還會(huì)遇到具有這種特點(diǎn)的力（例如電場(chǎng)力）. 如右圖所示，指導(dǎo)學(xué)生計(jì)算質(zhì)量為m的物體，從A運(yùn)動(dòng)到B的過(guò)程中，重力做的功是多少？小球的質(zhì)量為m，從高度為h1的A點(diǎn)下落到高度為h2的B點(diǎn)，如圖所示，重力所做的功為：WG=mgh=mgh1-mgh2從上面的表達(dá)式，可以看出重力做功的大小等于重力跟起點(diǎn)高度的乘

10、積mgh1與重力跟終點(diǎn)高度的乘積mgh2兩者之差.點(diǎn)評(píng)：引導(dǎo)學(xué)生逐步認(rèn)識(shí)mgh1、mgh2兩個(gè)量是用來(lái)描述初末狀態(tài)能量特點(diǎn)的，為重力勢(shì)能概念的提出作思路引導(dǎo).二、重力勢(shì)能 復(fù)習(xí)勢(shì)能的概念：相互作用的物體憑借其相對(duì)位置而具有的能量，稱為勢(shì)能.mgh這個(gè)物理量具有特殊的物理意義，一方面與重力做功有關(guān)（相互作用），又隨高度的變化而變化（憑借其相對(duì)位置），具有了勢(shì)能的特征.物理學(xué)中，把物理量mgh叫做物體的重力勢(shì)能，用Ep表示.點(diǎn)評(píng)：教師在分析重力做功的基礎(chǔ)上，分析勢(shì)能的兩個(gè)主要特征，mgh同時(shí)具備兩個(gè)主要特征，重力勢(shì)能概念的提出就水到渠成. 師生共同討論，理解Ep=mgh，主要采取講授式：1.標(biāo)矢性

11、：標(biāo)量2.單位：焦耳（J）問(wèn)題:重力做功引起了物體位置的變化，物體位置變化引起重力勢(shì)能變化，重力做功與重力勢(shì)能變化有什么關(guān)系呢？引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)：重力做功也可以寫(xiě)成WG=Ep1-Ep2當(dāng)物體下落時(shí)，重力做正功mgh，WG>0，即Ep1>Ep2，這說(shuō)明，重力做功，重力勢(shì)能Ep減少，減少的值等于重力所做的功. 同理，當(dāng)物體上升時(shí)，重力做負(fù)功-mgh，重力勢(shì)能Ep增加的值等于重力所做的功，要注意的是，重力做負(fù)功也可以說(shuō)成物體克服重力做功.重力做功是重力勢(shì)能變化的量度.三、重力勢(shì)能的相對(duì)性問(wèn)題：將一個(gè)質(zhì)量為5 kg的鐵球放在4樓一張1.5 m高的桌子上，已知每層樓的高度均為2.5 m，求鐵球的

12、重力勢(shì)能. 要求學(xué)生分組計(jì)算，讓各小組代表自由表述自己的計(jì)算結(jié)果，教師暫不作評(píng)價(jià).預(yù)測(cè)學(xué)生的計(jì)算情況，在高度的數(shù)值代入上有不同的意見(jiàn).出現(xiàn)計(jì)算上的矛盾，此時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生感受由于參考面的選取不同，給計(jì)算造成了不便，無(wú)法計(jì)算.因?yàn)闆](méi)有說(shuō)明物體的高度是以什么位置為零高度. 請(qǐng)學(xué)生分別寫(xiě)出上圖中以B和地面C為零點(diǎn)的物體的重力勢(shì)能：Ep1=mgh1，Ep2=mg(h1+h2)，（h1=AB，h2=BC）.總結(jié)：1.重力勢(shì)能具有相對(duì)性，是與零點(diǎn)選取有關(guān)的，因此在表達(dá)重力勢(shì)能時(shí)，要指明勢(shì)能零點(diǎn)的位置.我們把重力勢(shì)能為零的水平面叫做零勢(shì)能面.通常以水平地面為零勢(shì)能面.2.對(duì)選定的參考平面而言，在參考平面上方

13、的物體，高度是正值，重力勢(shì)能也是正值；在參考平面下方的物體，高度是負(fù)值，重力勢(shì)能也是負(fù)值.物體具有負(fù)的重力勢(shì)能，表示物體在該位置具有的重力勢(shì)能比在參考平面上具有的重力勢(shì)能要少.自主學(xué)習(xí)：學(xué)生分別寫(xiě)出以B和地面C為零點(diǎn)情況下，物體落在B和落在地面C上時(shí)與初態(tài)的重力勢(shì)能差：Ep1=-mgh1,Ep2=-mg(h1+h2)，這是與零點(diǎn)選取無(wú)關(guān)的.師生總結(jié)：不論我們?nèi)绾芜x擇參考系，對(duì)于一物理過(guò)程，重力勢(shì)能的改變是一定的.我們今后的學(xué)習(xí)中，更多地是研究某物理過(guò)程中重力勢(shì)能的變化，這時(shí)我們就可以適當(dāng)選擇參考系使問(wèn)題簡(jiǎn)化，而不會(huì)影響結(jié)果.課堂訓(xùn)練1.分析判斷下列幾種說(shuō)法是否正確.（1）物體在末位置的重力勢(shì)能

14、與物體如何運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)；（2）物體在地球表面和月球表面上的重力勢(shì)能相等；（3）一個(gè)靜止的物體重力勢(shì)能為負(fù)值時(shí)，說(shuō)明物體無(wú)做功本領(lǐng).的加速度將質(zhì)量為m的物體勻減速地沿豎直方向提升高度h，則起重機(jī)鋼索的拉力對(duì)物體做的功為多少？物體克服重力做功為多少？物體的重力勢(shì)能變化了多少？3.關(guān)于重力勢(shì)能，下列說(shuō)法中正確的是（ ）A.物體的位置一旦確定，它的重力勢(shì)能的大小也隨之確定B.物體與零勢(shì)面的距離越大，它的重力勢(shì)能也越大C.一個(gè)物體的重力勢(shì)能從-5 J變化到-3 J，重力勢(shì)能減少了參考答案1.第一種說(shuō)法正確.解析：（1）把重力勢(shì)能的決定因素和實(shí)際問(wèn)題的給定條件相比較；（2）正確理解重力勢(shì)能是系統(tǒng)具有的，系統(tǒng)發(fā)

15、生變化時(shí)，重力勢(shì)能如何變化；（3）理解重力勢(shì)能的正、負(fù)與物體做功之間的關(guān)系.2.解析：由題意可知起重機(jī)的加速度a=，物體上升高度h，據(jù)牛頓第二定律得mg-F=ma，所以F=mg-ma=mg-m×方向豎直向上.所以拉力做功WF=Fhcos0°=mgh重力做功WG=mghcos180°=-mgh即物體克服重力做功為mgh又因?yàn)?WG=Ep1-Ep2=-mghWG<0，Ep1<Ep2即物體的重力勢(shì)能增加了mgh.3.D 解析：物體的重力勢(shì)能與參考面的選取有關(guān)，同一物體在同一位置相對(duì)不同的參考面的重力勢(shì)能不同，A選項(xiàng)錯(cuò).物體在零勢(shì)能面以上，距零勢(shì)面的距離越大，

16、重力勢(shì)能越大，物體在零勢(shì)面以下，距零勢(shì)面的距離越大，重力勢(shì)能越小，B選項(xiàng)錯(cuò).重力勢(shì)能中的正、負(fù)號(hào)表示大小，-5 J的重力勢(shì)能小于-3 J的重力勢(shì)能，C選項(xiàng)錯(cuò).重力做的功量度了重力勢(shì)能的變化，D選項(xiàng)正確.四、勢(shì)能是系統(tǒng)所共有的合作探究 引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真研究表達(dá)式Ep=mgh,提出問(wèn)題：重力勢(shì)能到底是誰(shuí)的？物體m的？地球的？甲小組討論結(jié)果：重力勢(shì)能是物體m的,因?yàn)閙g是物體的重力.乙小組討論結(jié)果：重力勢(shì)能是地球的，因?yàn)橹亓Φ氖┝ξ矬w是地球.教師首先肯定甲乙小組的討論成果，然后加以引導(dǎo)：質(zhì)量是物體的固有屬性，而重力的施力物體是地球；沒(méi)有物體，談不上重力勢(shì)能；沒(méi)有地球施加重力，重力勢(shì)能也就不復(fù)存在.師生總

17、結(jié)：重力勢(shì)能是物體跟地球組成的系統(tǒng)所共有的，而不是物體單獨(dú)具有的.素質(zhì)教育：關(guān)于人類與重力勢(shì)能的認(rèn)識(shí)，是一個(gè)從恐懼到挑戰(zhàn)直到合理改造的過(guò)程.人們對(duì)重力勢(shì)能的恐懼感是與生俱來(lái)的（雪崩、泥石流：2006年2月17日泥石流突襲菲律賓2 000人喪生）.但是隨著人們通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐中對(duì)重力勢(shì)能的認(rèn)識(shí)的逐步加深，我們開(kāi)始變得樂(lè)于挑戰(zhàn)這種能量（如攀巖運(yùn)動(dòng)）.甚至在可以控制的范圍內(nèi)享受重力勢(shì)能帶給我的種種樂(lè)趣（如過(guò)山車(chē)）.但是，科學(xué)的意義不僅僅是認(rèn)識(shí)自然，挑戰(zhàn)自然，更在于能動(dòng)地利用自然.介紹水力發(fā)電.課堂小結(jié)本課主要學(xué)習(xí)了以下內(nèi)容：1.勢(shì)能由物體間的相互作用而產(chǎn)生，由它們的相對(duì)位置而決定.2.勢(shì)能是標(biāo)量，單位是

18、焦耳.3.重力對(duì)物體所做的功與物體的運(yùn)動(dòng)路徑無(wú)關(guān)，只跟物體運(yùn)動(dòng)的始、末位置有關(guān)，重力所做的功等于物體始、末位置的重力勢(shì)能之差.4.重力勢(shì)能是地球和地面上的物體共同具有的，一個(gè)物體的重力勢(shì)能的大小與參考平面的選取有關(guān).布置作業(yè)1.教材“問(wèn)題與練習(xí)”第1、2、3、4題.2.從山坡上滾下的大石塊，它有沒(méi)有重力勢(shì)能?在它下滾的過(guò)程中重力勢(shì)能的大小有沒(méi)有變化?為什么?板書(shū)設(shè)計(jì)4 重力勢(shì)能1.重力勢(shì)能：地球上物體由于處于一定的高度而具有的能量.2.重力勢(shì)能具有相對(duì)性.3.重力勢(shì)能是地球跟物體組成的系統(tǒng)所共有的.活動(dòng)與探究課題：騎車(chē)和跑步哪種方式能更好地減少人的能量消耗?方法：學(xué)生利用課下時(shí)間，通過(guò)騎車(chē)和跑

19、步，在平路和上坡兩種情況下進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，親自體驗(yàn).交流：在平路或下坡路上，騎自行車(chē)的最大好處是能減少人的能量消耗.這時(shí)，人只需要提供很少的能量，就能補(bǔ)償由于摩擦而消耗的能量，以保持自行車(chē)的速度.而當(dāng)人在平路上跑步時(shí)，實(shí)際上每跑一步，身體都要做上下運(yùn)動(dòng)以及瞬間停頓.這樣，跑步者有很大一部分能量被無(wú)效地?fù)p耗掉，必須由人體重新提供.由于這些能量比人騎自行車(chē)通過(guò)同一段路程所消耗的能量要多得多，所以，在平路上跑步要比騎自行車(chē)要費(fèi)勁些. 但在上坡時(shí)，由于人體提供的能量主要用來(lái)增加重力勢(shì)能.騎自行車(chē)上坡，人不但要為提高自身的重力勢(shì)能做功，還要提高自行車(chē)的重力勢(shì)能做許多額外功，這時(shí)，自行車(chē)的優(yōu)越性就明顯下降.

20、所以，在上坡時(shí)，騎自行車(chē)并不比跑步輕松.習(xí)題詳解1.證明：設(shè)斜面高度為h，對(duì)應(yīng)于傾角為1、2、3的斜面長(zhǎng)分別為l1、l2、l3.由功的公式可知，在傾角為1的斜面上，重力與位移的夾角為（-1），重力所做的功為：WG=mgl1cos（-1）=mgl1sin1=mgh.同理可證，在傾角為2、3的斜面上，重力所做的功都等于mgh，與斜面傾角無(wú)關(guān).2.解答：（1）足球由位置1運(yùn)動(dòng)到位置2時(shí)，重力所做的功為-mgh，足球克服重力所做的功為mgh，足球的重力勢(shì)能增加了mgh.（2）足球由位置2運(yùn)動(dòng)到位置3時(shí)，重力做的功為mgh，足球的重力勢(shì)能減少了mgh.（3）足球由位置1運(yùn)動(dòng)到位置3時(shí)，重力做功為零，重力勢(shì)能變化為零.3.解答：（1）所選擇的參考平面小球在A點(diǎn)的重力勢(shì)能小球在B點(diǎn)的重力勢(shì)能整個(gè)下落過(guò)程中小球重力做的功整個(gè)下落過(guò)程中小球重力勢(shì)能的變化桌面5.88 J-3.92 J9.8 J減少9.8 J地面9.8 J09.8 J減少9.8 J（2）如果下落過(guò)程中有空氣阻力，表格