《4.1 勢能的變化與機(jī)械功》學(xué)歷案

《4.1勢能的變化與機(jī)械功》學(xué)歷案#4.1勢能的變化與機(jī)械功學(xué)歷案##一、學(xué)習(xí)主題勢能的變化與機(jī)械功##二、設(shè)計者[設(shè)計者姓名]##三、課標(biāo)要求理解勢能的概念，掌握重力勢能與彈性勢能的計算方法，理解機(jī)械功與勢能變化之間的關(guān)系。##四、學(xué)習(xí)目標(biāo)1、**知識與技能**-知道什么是勢能（包括重力勢能和彈性勢能），能說出生活中具有勢能的例子，像水庫里的水、被拉伸的彈簧等。-能夠根據(jù)重力勢能的公式$E_p=mgh$（$E_p$表示重力勢能，$m$是物體質(zhì)量，$g$是重力加速度，$h$是物體相對參考平面的高度）計算物體的重力勢能，并且能說出高度$h$的參考平面是怎么回事。-會計算彈簧彈性勢能大小的變化，理解彈性勢能與彈簧形變量的關(guān)系。-明白機(jī)械功是勢能變化的量度，能說出重力做正功或負(fù)功時重力勢能怎么變化，彈力做正功或負(fù)功時彈性勢能怎么變化。2、**過程與方法**-通過對生活中勢能現(xiàn)象的觀察和分析，像觀察秋千擺動、蹦床運(yùn)動等，提高觀察能力和邏輯思維能力。-能運(yùn)用所學(xué)知識解決一些簡單的關(guān)于勢能變化與機(jī)械功的問題，學(xué)會分析問題和解決問題的方法。3、**情感態(tài)度與價值觀**-體會物理知識在生活中的廣泛應(yīng)用，像建筑工程中的打樁機(jī)利用重力勢能工作，從而提高學(xué)習(xí)物理的興趣。-在小組討論和合作學(xué)習(xí)中，增強(qiáng)與同學(xué)交流合作的能力，培養(yǎng)團(tuán)隊精神。##五、自主學(xué)習(xí)###（一）勢能的概念1、閱讀教材關(guān)于勢能的部分，找出勢能的定義，然后試著用自己的話說說什么是勢能。2、思考生活中有哪些物體具有勢能，寫下來至少三個例子，比如：____________________。###（二）重力勢能1、認(rèn)真學(xué)習(xí)重力勢能的公式$E_p=mgh$（$E_p$表示重力勢能，$m$是物體質(zhì)量，$g$是重力加速度，$h$是物體相對參考平面的高度）。-假設(shè)一個質(zhì)量為$5kg$的物體，放在離地面$3m$高的桌子上（取$g=10m/s^2$），計算這個物體相對于地面的重力勢能是多少呢？（把計算過程寫下來）-如果把參考平面選在桌子上，這個物體的重力勢能又是多少呢？（想一想，寫下來）2、思考當(dāng)物體下落時，重力做正功，重力勢能怎么變化？當(dāng)物體被抬高時，重力做負(fù)功，重力勢能又怎么變化呢？把你的想法寫下來。###（三）彈性勢能1、閱讀教材了解彈性勢能與彈簧形變量的關(guān)系。-有一個彈簧，勁度系數(shù)為$20N/m$，被拉長了$0.5m$，你能根據(jù)所學(xué)知識計算彈簧彈性勢能的變化量嗎？（提示：彈性勢能公式為$E_p=\frac{1}{2}kx^2$，$k$是勁度系數(shù)，$x$是形變量，試著計算一下）-當(dāng)彈簧被壓縮時，彈力做負(fù)功，彈性勢能會怎么變化呢？寫一寫你的理解。##六、合作探究###（一）小組討論1、每個小組（4-5人一組）討論在自主學(xué)習(xí)過程中遇到的問題，比如對勢能概念的理解、公式的運(yùn)用等。-組長負(fù)責(zé)組織討論，確保每個同學(xué)都能發(fā)表自己的看法。-把小組內(nèi)討論后還沒有解決的問題記錄下來，像“重力勢能中高度的參考平面選取不同，計算結(jié)果會有什么不同的物理意義？”###（二）案例分析1、給出一個案例：一個小球從高處的斜面上滾下來，在水平面上運(yùn)動一段距離后停止。-小組一起分析這個過程中小球重力勢能的變化情況，以及重力做了多少功。-討論在小球運(yùn)動過程中有沒有彈性勢能的變化，如果有，是怎么產(chǎn)生的。##七、典型例題###（一）重力勢能相關(guān)例題例1：一個質(zhì)量為$3kg$的物體，從離地面$5m$高的地方下落到地面（取$g=10m/s^2$）。1、求物體初始的重力勢能是多少？2、重力做了多少功？3、物體落地時重力勢能是多少？答案：1、根據(jù)重力勢能公式$E_p=mgh$（$E_p$表示重力勢能，$m$是物體質(zhì)量，$g$是重力加速度，$h$是物體相對參考平面的高度），可得物體初始的重力勢能$E_p=3kg\times10m/s^2\times5m=150J$。2、重力做功$W=mgh=3kg\times10m/s^2\times5m=150J$（重力做正功）。3、物體落地時相對地面高度為$0$，所以重力勢能為$0J$。###（二）彈性勢能相關(guān)例題例2：一根彈簧原長為$0.2m$，勁度系數(shù)為$50N/m$。當(dāng)它被壓縮到$0.1m$時。1、計算彈簧彈性勢能的變化量。2、如果再把彈簧從$0.1m$拉伸到$0.15m$，求這個過程中彈性勢能的變化量。答案：1、根據(jù)彈性勢能公式$E_p=\frac{1}{2}kx^2$（$E_p$表示彈性勢能，$k$是勁度系數(shù)，$x$是形變量），初始彈性勢能為$0$（彈簧原長時彈性勢能最小為$0$），壓縮后的彈性勢能$E_p=\frac{1}{2}\times50N/m\times(0.2m-0.1m)^2=0.25J$，所以彈性勢能變化量為$0.25J$。2、拉伸到$0.15m$時的彈性勢能$E_p=\frac{1}{2}\times50N/m\times(0.15m-0.2m)^2=0.0625J$，從$0.1m$拉伸到$0.15m$過程中彈性勢能變化量為$0.0625J-0.25J=-0.1875J$（彈性勢能減?。?#八、課堂總結(jié)1、請同學(xué)們回顧本節(jié)課學(xué)習(xí)的內(nèi)容，從勢能的概念、重力勢能、彈性勢能以及機(jī)械功和勢能變化的關(guān)系這幾個方面進(jìn)行總結(jié)。-每個同學(xué)先自己思考總結(jié)，然后小組內(nèi)互相交流補(bǔ)充。-請一個小組代表向全班分享小組總結(jié)的內(nèi)容。2、老師根據(jù)同學(xué)們的總結(jié)進(jìn)行補(bǔ)充和完善，強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)內(nèi)容，如勢能概念的理解、公式的正確運(yùn)用以及功和勢能變化關(guān)系的本質(zhì)等。##九、課后作業(yè)###（一）基礎(chǔ)題1、一個質(zhì)量為$2kg$的物體放在離地面$4m$高的陽臺上（取$g=10m/s^2$），它的重力勢能是多少？如果物體從陽臺下落到地面，重力做了多少功？重力勢能減少了多少？2、一根彈簧勁度系數(shù)為$30N/m$，原來長度為$0.3m$，被拉長到$0.4m$，求彈簧彈性勢能的變化量。###（二）提高題1、一個物體從高度為$h_1$的地方下落到高度為$h_2$的地方（$h_1>h_2$），重力加速度為$g$，質(zhì)量為$m$，求這個過程中重力勢能的減少量和重力做的功，并用兩種方法計算（一種用重力勢能公式，一種用功的定義式$W=Fs$）。2、有一個復(fù)雜的彈性系統(tǒng)，由兩根彈簧串聯(lián)組成，勁度系數(shù)分別為$k_1$和$k_2$，當(dāng)這個系統(tǒng)被拉長了$x$時，求系統(tǒng)彈性勢能的變化量。（提示：先求出等效勁度系數(shù)）答案：###（一）基礎(chǔ)題1、重力勢能$E_p=mgh=2kg\times10m/s^2\times4m=80J$；重力做功$W=mgh=2kg\times10m/s^2\times4m=80J$；重力勢能減少量等于重力做的功，為$80J$。2、根據(jù)彈性勢能公式$E_p=\frac{1}{2}kx^2$（$E_p$表示彈性勢能，$k$是勁度系數(shù)，$x$是形變量），形變量為$0.4m-0.3m=0.1m$，則彈性勢能變化量$E_p=\frac{1}{2}\times30N/m\times(0.1m)^2=0.15J$。###（二）提高題1、方法一：重力勢能減少量$\DeltaE_p=mg(h_1-h_2)$；重力做功$W=mg(h_1-h_2)$。方法二：根據(jù)功的定義式$W=Fs$，重力$F=mg$，位移$s=h_1-h_2$，所以$W=mg(h_1-h_2)$，重力勢能減少量等于重力做的功。2