【備課參考】山東省2020-2021年高一物理下學期(魯科版)必修2教案-第2章第2節(jié)-勢能的改變2

第2節(jié)勢能的轉變從容說課本節(jié)敘述重力勢能及其相對性，重力勢能的變化以及與重力做功的關系.由于與動能定理的表述不全都，同學往往不易理解，教學時最好能結合一些實例，從能量轉化的角度分析，解開同學的困惑，例如可舉在自由落體運動中，重力做正功，重力勢能削減，同時由動能定理可知，動能增加，重力勢能轉化為動能.這樣做也可以為下一節(jié)講解機械能守恒定律作好預備.關于重力做功與路徑無關和彈性勢能的教學，依據(jù)學校同學的具體狀況，可以適當?shù)亻_放探究，這對提升同學力量是格外有掛念的.同學已把握動能、重力勢能的概念，對本節(jié)來說已有了很好的學問基礎，教學中應大膽放手，使同學對重力做功和重力勢能的轉變的關系進行探究，有利于培育同學的學問探究力量，培育愛好.教學重點重力勢能的概念及重力做功跟物體重力勢能轉變的關系.教學難點重力勢能的系統(tǒng)性和相對性.教具預備球(大小相同的一個鋼球，一個木球)兩個、透亮?????玻璃容器、沙子、投影片等.課時支配1課時三維目標一、學問與技能1.理解重力勢能的概念，會用重力勢能的定義進行計算；2.理解重力勢能的變化和重力做功的關系，知道重力做功與路徑無關；3.知道重力勢能的相對性；4.了解彈性勢能.二、過程與方法1.依據(jù)功和能的關系，推導出重力勢能的表達式；2.學會從功和能的關系上分析和解釋物理現(xiàn)象.三、情感態(tài)度與價值觀滲透從對生活中有關物理現(xiàn)象的觀看，得到物理結論的方法，激發(fā)和培育同學探究自然規(guī)律的愛好.教學過程導入新課放錄像：節(jié)選秀麗的東北雪景，緊接著過渡到大雪山的壯麗，在同學正看得津津有味時，跳到雪山發(fā)生雪崩，大雪以排山倒海之勢，摧毀一切，給人類和自然帶來巨大的災難.老師提問：為什么看起來格外秀麗的雪花會有如此大的破壞力呢？同學回答：由于具有巨大的能量.同學活動：接著觀看錄像，思考問題.重錘把水泥樁打進地里，說明重錘對水泥樁做了功.據(jù)功和能的關系，既然重錘可以對水泥樁做功，表明重錘具有能.推動新課在學校，我們已經學過：物體由于被舉高而具有的能量叫重力勢能.那么重力勢能的大小與什么有關，又如何定量表示呢？除了重力勢能以外還有其他形式的勢能嗎？本節(jié)課我們就來爭辯解決這些問題.一、重力勢能【試驗探究】1.重力勢能與什么因素有關［程序一］演示試驗［演示一］在一個玻璃容器內放入沙子，拿一個鐵球分別從不同的高度釋放，使其落到沙子中，測量鐵球落入的深度.［演示二］把大小相同、質量不同的兩個球從同一高度釋放，測量它們落入沙子中的深度.［程序二］同學敘述試驗現(xiàn)象：（1）當鐵球質量肯定時，釋放點越高，鐵球落入沙子中越深；（2）當釋放高度肯定時，鐵球質量大，鐵球落入沙子中越深.［程序三］據(jù)試驗現(xiàn)象總結：物體的質量越大，高度越大，重力勢能就越大.在物理學中我們就用mgh這個物理量來表示物體的重力勢能.板書：Ep=mghm物體的質量千克（kg）g重力加速度米/秒2（m/s2）h物體的高度米（m）Ep物體的重力勢能焦耳（J）重力勢能是標量，單位：J2.重力勢能的相對性和系統(tǒng)性老師活動：引導同學閱讀課文相關內容.投影閱讀思考題：（1）為什么說重力勢能具有相對性？（2）什么是參考平面？參考平面的選取是唯一確定的嗎？（3）選擇不同的參考平面，物體的重力勢能的數(shù)值是否相同？是否會影響有關重力勢能問題的爭辯？（4）假如物體在參考平面的上方，重力勢能取什么值？表示什么含義？（5）假如物體在參考平面的下方，重力勢能取什么值？表示什么含義？同學活動：帶著問題閱讀教材，然后選出代表發(fā)言.老師活動：聽取同學匯報，總結點評：1.重力勢能總是相對于某個水平面來說的，這個水平面叫參考平面.參考平面選取不同，重力勢能的數(shù)值就不同.可見，重力勢能具有相對性.選擇哪個水平面作為參考平面，可視具體狀況而定，通常選擇地面作為參考平面.2.選擇不同的參考平面，物體的重力勢能的數(shù)值是不同的，但并不影響爭辯有關重力勢能的問題，由于在有關的問題中，有確定意義的是重力勢能的差值，這個差值并不因選擇不同的參考平面而有所不同.3.對選定的參考平面而言，在參考平面上方的物體，高度是正值，重力勢能也是正值，表示物體在該位置具有的重力勢能比在參考平面具有的重力勢能要大.4.在參考平面下方的物體，高度是負值，物體具有負的重力勢能，表示物體在該位置具有的重力勢能比在參考平面上具有的重力勢能要少.【學問拓展】重力勢能和重力有關，而重力是地球施加給物體的，沒有地球，也就談不上重力勢能.可見，重力勢能是“地球和物體”這個系統(tǒng)共有的.同學活動：爭辯對重力勢能“系統(tǒng)性”的理解，并發(fā)表各自的觀點.【課堂鞏固】投影題目1.關于重力勢能的幾種理解，正確的是（）A.重力勢能等于零的物體，肯定不會對別的物體做功B.放在地面上的物體，它的重力勢能肯定等于零C.在不同高度將某一物體拋出，落地時重力勢能相等D.相對不同的參考平面，物體具有不同數(shù)值的重力勢能，但并不影響爭辯有關重力勢能的問題答案：CD2.如圖所示，桌面高為h，質量為m的小球從離桌面高H處自由落下，不計空氣阻力.假設桌面處的重力勢能為0，則小球落到地面前瞬間的重力勢能為（）A.mgh B.mgHC.mg(h+H) D.－mgh思路：重力勢能的大小是相對參考平面而言的，參考平面選擇不同，物體的高度不同，重力勢能的大小則不同.解析：據(jù)題意知，已選定桌面為參考平面，則小球在最高點時的高度為H，小球在桌面的高度為零，小球在地面時的高度為－h(huán)，所以小球落到地面時，它的重力勢能為E下標p=－mgh.答案：D二、重力做功與重力勢能的轉變［程序一］定性爭辯：1.把一個物體舉高，重力做什么功？重力勢能如何變化？2.一個物體從高處下落，重力做什么功？重力勢能如何變化？［程序二］同學匯報爭辯結果：把一個物體舉高，重力做負功，即物體克服重力做功，物體的重力勢能增大；一個物體從高處下落，重力做正功，重力勢能減小.［程序三］老師總結：從剛才的爭辯中可知：重力做正功，重力勢能減?。恢亓ψ鲐摴?，重力勢能增加.把功和能的關系用到此處得到：1.重力勢能的變化跟重力做功有親密聯(lián)系.2.重力做了多少功，重力勢能就轉變多少.［過渡］由此我們可以借助于重力做功來定量爭辯重力勢能.［程序四］推導重力勢能的定量表示式.［投影］一個質量為m的物體從距地高為h1的A點下落到距地高為h2的B點，求重力做的功.在該下落過程中，重力做的功為：WG=mgΔh=mgh1－mgh2.［程序五］爭辯重力做的功與重力勢能轉變之間的關系.投影公式：WG=Ep1－Ep2［說明］WG表示重力做的功；Ep1表示物體初位置的重力勢能；Ep2表示物體末位置的重力勢能.爭辯得到：1.當物體由高處運動到低處時，重力做正功，則WG>0,Ep1>Ep2,表示重力做正功時，重力勢能削減，削減的重力勢能等于重力所做的功.2.當物體由低處運動到高處時，重力做負功，WG<0，Ep1<Ep2，表示物體克服重力做功（重力做負功）時，重力勢能增加，增加的重力勢能等于克服重力所做的功.［推理］物體從A運動到B，路徑有很多條，但不論沿哪條路徑，從A到B重力做的功都等于物體重力勢能的削減量.而物體重力勢能的削減量mgΔh是肯定的，所以沿不同的路徑把物體從一位置移動到另一位置，重力所做的功是肯定的.板書：重力所做的功只跟初位置的高度h1和末位置的高度h2有關，跟物體運動的路徑無關.【老師精講】1.起重機以的加速度將質量為m的物體勻減速地沿豎直方向提上升度h，則起重機鋼索的拉力對物體做的功為多少？物體克服重力做功為多少？物體的重力勢能變化了多少？解析：由題意可知起重機的加速度，物體上上升度h，據(jù)牛頓其次定律得mg－F=ma，所以F=mg－ma=mg－m×g=mg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又由于WG=Ep1－Ep2=－mghWG<0,Ep1<Ep2即物體的重力勢能增加了mgh.2.如圖所示，一條鐵鏈長為2m,質量為10kg，放在光滑的水平地面上，拿住一端勻速提起鐵鏈直到鐵鏈全部離開地面的瞬間，拉力所做的功是多少？解析：由于鐵鏈中各鐵環(huán)之間在未提起時無相互作用，所以勻速提起時的拉力F1總是等于被提起部分鐵環(huán)的重力，即F1=G1=m1g.由于m1是漸漸增大的，所以拉力F1也是漸漸增大的，所以不能用W=Fh由功能關系，鐵鏈從初狀態(tài)到末狀態(tài)，它的重心位置提高了，因而它的重力勢能增加了ΔEp=mgh=mgL/2,又由于鐵鏈是勻速提起，因而它的動能沒有變化，所以拉力F對鐵鏈所做的功就等于鐵鏈重力勢能的增加量.即WF=ΔEp=mgL=×10×9.8×2J=98J.三、彈性勢能的轉變【演示】裝置如圖所示：將一木塊靠在彈簧上，壓縮后松手，彈簧將木塊彈出.分別用一個硬彈簧和一個軟彈簧做上述試驗，分別把它們壓縮后松手，觀看現(xiàn)象.同學活動：觀看并敘述試驗現(xiàn)象.現(xiàn)象一：同一根彈簧，壓縮程度越大時，彈簧把木塊推得越遠.現(xiàn)象二：兩根等長的軟、硬彈簧，壓縮相同程度時，硬彈簧把木塊彈出得遠.師生共同分析，得出結論：上述試驗中，彈簧被壓縮時，要發(fā)生形變，在恢復原狀時能夠對木塊做功，因而具有能量，這種能量叫做彈性勢能.老師活動：多媒體演示（撐桿中的彈性勢能），發(fā)生形變的物體，具有彈性勢能.請同學們再舉幾個物體具有彈性勢能的例子.同學活動：觀看課件演示，體會發(fā)生形變的物體，具有彈性勢能；思考并舉例：a.卷緊的發(fā)條b.被拉伸或壓縮的彈簧c.擊球的網(wǎng)球拍d.拉開的弓.【合作探究】老師活動：彈性勢能的大小與哪些因素有關？彈性勢能的表達式應當是怎樣的？我們就來探究這些問題.我們在學習重力勢能時，是從哪里開頭入手進行分析的？這對我們爭辯彈性勢能有何啟示？同學活動：思考后回答：學習重力勢能時，是從重力做功開頭入手分析的，爭辯彈性勢能應當從彈力做功的分析入手.點評：通過學問的遷移，找到探究規(guī)律的思想方法，形成良好的思維習慣.老師活動：當彈簧的長度為原長時，它的彈性勢能為零，彈簧被拉長或被壓縮后，就具有了彈性勢能，我們只爭辯彈簧拉長的狀況.在探究的過程中，我們要依次解決哪幾個問題呢？請同學們快速閱讀課本，把這幾個問題找出來.同學活動：閱讀教材，找出探究過程中要依次解決的問題，從總體上把握探究的思路.老師活動：傾聽同學回答，進一步引導.（1）重力勢能與高度h成正比，彈性勢能是否也與彈簧的伸長量（或縮短量）成正比？說出你的理由.（2）在高度h相同的狀況下，物體的質量越大，重力勢能越大，對于不同的彈簧，其彈性勢能是否也有類似的情形？（3）對彈性勢能的猜想，并不能告知我們彈性勢能的表達式，這樣的猜想有沒有實際意義？同學活動：思考問題，同學代表發(fā)言.老師活動：聽取同學匯報，點評，解答同學可能提出的問題.提出問題：重力做功，重力勢能發(fā)生變化，重力做功在數(shù)值上等于重力勢能的變化量.那么，彈力做功與彈性勢能的變化之間的關系是怎樣的？同學活動：思考問題，同學代表發(fā)言.老師活動：聽取同學匯報，點評，解答同學可能提出的問題.提出問題：重力是恒力，重力做功等于重力與物體在豎直方向移動距離的乘積.那么，拉伸彈簧時，拉力做功該怎樣計算？并在練習本上自己畫圖，寫出拉力在整個過程中做功的表達式.同學活動：思考拉力做功的計算方法，選出代表發(fā)表自己的見解.點評：通過同學閱讀，培育同學的閱讀理解力量；通過同學探求變力做功的方法，初步形成微分求解變量的物理思想方法.老師活動：聽取同學匯報，投影同學的求解過程，解答同學可能提出的問題.提出問題：怎樣計算拉力做功的求和式？是否可以用F-l圖象下梯形的面積來代表功？同學活動：在練習本上作F-l圖象，推導拉力做功的表達式.老師活動：聽取同學匯報，投影同學的推導過程，解答同學可能提出的問題.點評：在處理勻變速直線運動的位移時，曾利用vt圖象下梯形的面積來代表位移；這里利用F-l圖象下的面積來代表功，可以培育同學學問遷移的力量.但要搞清彈簧長度和伸長量的區(qū)分，l表示伸長量，則F-l圖象下是一個三角形的面積來代表功.【例題剖析】1.對彈性勢能的理解［例1］一豎直彈簧下端固定于水平地面上，小球從彈簧的正上方高為h的地方自由下落到彈簧上端，如圖所示，經幾次反彈以后小球最終在彈簧上靜止于某一點A處.則（）A.h愈大，彈簧在A點的壓縮量愈大B.彈簧在A點的壓縮量與h無關C.h愈大，最終小球靜止在A點時彈簧的彈性勢能愈大D.小球第一次到達A點時彈簧的彈性勢能比最終小球靜止在A點時彈簧的彈性勢能大解析：最終小球靜止在A點時，通過受力分析，小球受自身重力與彈簧的彈力作用，由彈力公式F=kl，即可得出彈簧在A點的壓縮量與h無關，彈簧的彈性勢能與h無關.答案：B2.關于不同能量間的轉化［例2］如圖所示，表示撐桿跳運動的幾個階段：助跑、撐桿起跳、越橫桿.試定性地說明在這幾個階段中能量的轉化狀況.分析：運動員的助跑階段，身體中的化學能轉化為人和桿的動能；起跳時，運動員的動能和身體中的化學能轉化為人的重力勢能和撐桿中的彈性勢能；隨著人體的連續(xù)上升，撐桿中的彈性勢能轉化為人的重力勢能，使人體上升至橫桿以上；越過橫桿后，運動員的重力勢能轉化為動能.老師活動：勢能也叫位能，是由相互作用的物體的相對位置打算的.重力勢能是由地球和地面上物體的相對位置打算的，彈性勢能是由發(fā)生彈性形變的物體各部分的相對位置打算的.我們以后還會學到其他形式的勢能.【學問拓展】［例1］盤在地面上的一根不均勻的金屬鏈重G=30N，長L=