2024-2025學(xué)年高中物理第2章能的轉(zhuǎn)化與守恒第2節(jié)勢能的改變教學(xué)設(shè)計2魯科版必修2

PAGEPAGE1第2節(jié)勢能的變更教學(xué)過程（一）重力勢能◆第一層次：探究EP=mgh▲提出問題：重力勢能的大小與什么因素有關(guān)？▲建立假設(shè)師：同學(xué)們可以依據(jù)已有的學(xué)問和閱歷，大膽提出自己的假設(shè)，并且說明你的理由。生：高度有關(guān)。①由定義：地球上的物體由于處于肯定的高度而具有的能量，我們把這種能量叫做重力勢能。②例如，放在地面上的石頭沒有殺傷力，一旦從較高處落下，就會很危急；一個杠鈴放在你的腳邊，你肯定不覺得什么？但是假如把它懸掛在你的頭頂之上，那肯定會讓你如坐針氈?！敖垢呖諕佄铩保桓邔咏ㄖ谑┕r必需有“工程防護網(wǎng)”等。（滲透社會公德教化：預(yù)防高空墜物的危急）生：①與物體的質(zhì)量（重力）有關(guān)。假如懸掛在頭頂之上的是一團棉花，不是杠鈴，就不會覺得可怕。②假如你的頭頂電線下懸掛的不是日光燈，而是200千克的杠鈴，你有何感受？生：與質(zhì)量和高度都有關(guān)系?！?.（老師做好對學(xué)生的即時性評價）▲檢驗假設(shè)①試驗定性檢驗出示試驗器材：透亮玻璃容器（或塑料桶）、報紙、大小相同而質(zhì)量不同的兩個小球。以報紙是否被小球擊破來體現(xiàn)勢能的大小。這樣試驗效果明顯，可見度大。老師演示，要求通過3個試驗步驟，能夠科學(xué)嚴謹?shù)恼f明重力勢能的大小與質(zhì)量和高度之間的定性關(guān)系。[老師引導(dǎo)]前面我們已學(xué)過，物體所具有能量越大，對外做功的本事就越強。得到：同一高度的物體：質(zhì)量越大，重力勢能越大；質(zhì)量相同的物體：高度越高，重力勢能越大。②理論定量推導(dǎo)師：功是能量變更的量度，我們可否通過“力做了多少功，對應(yīng)的重力勢能就有多少發(fā)生變更”的角度，來定量推導(dǎo)重力勢能的表達式。你能設(shè)計一個物理過程來從理論上定量推導(dǎo)重力勢能與重力mg和高度h的關(guān)系。學(xué)生探討、設(shè)計物理過程，并發(fā)表自己的設(shè)想。可能的設(shè)想：（老師順手演示）hmhm圖2hm圖1如圖1，小球做自由落體運動，由動能定理mgh=;由“能量守恒”（動能由重力勢能轉(zhuǎn)化而來）重力勢能等于動能即EP=，所以EP=mgh如圖2，將物體豎直向上勻速抬高h，由平衡條件F=mg；則F做功為WF=Fh=mgh;由功能關(guān)系得到：EP=WF=Fh=mgh▲得出結(jié)論：EP=mgh◆其次層次：理解EP=mgh主要實行講授式①標矢性：標量②單位：焦耳（J）③相對性：Ep與參考平面（零勢能面）的選擇有關(guān)④系統(tǒng)性：重力勢能為地球與物體所共有的，重力勢能具有系統(tǒng)性。為了敘述便利，可以說成是某一物體的重力勢能。[相對性的教學(xué)]?出示電視劇“雪城”主題曲〈心中的太陽〉歌詞片段：…山上有棵小樹山下有棵大樹，我不知道我不知道我不知道，那個更大那個更高…?學(xué)生探討：相對高度和肯定高度的意義?老師引導(dǎo)：零高度的參考平面對應(yīng)零勢能參考平面（說明規(guī)定零勢能參考平面的必要性）?舉例深化：通過的例子（書放在課桌上，分別以地面和桌子作為參考面，探討重力勢能。老師順手演示。）來說明：重力勢能的正負含義；一般狀況下以地面作為零勢能的參考平面。（重新指出：圖1、圖2定量推導(dǎo)時是以地面為參考平面的。使推導(dǎo)更加有科學(xué)性和完整性）過渡語：功是能量變更的量度，有力做功就有對應(yīng)的能量發(fā)生變更，物體重力勢能發(fā)生變更與什么力做功相對應(yīng)呢？生：重力（二）重力做功與重力勢能的變更1．實例探究舉例：一只花盆從16樓窗臺落地，依據(jù)給出數(shù)據(jù)計算填表（事先印發(fā)）。[學(xué)生探討探究]：從表格中能總結(jié)出什么規(guī)律？（分組探討，溝通，老師引導(dǎo)總結(jié)）A：16樓A：16樓B：3樓mm=2kg，h=50m，h1=10m，g=10m/s2規(guī)定的零勢面花盆在各點處的重力勢能花盆僅在重力作用下花盆在重力和阻力作用下重力勢能的變更重力做功重力勢能的變更重力做功地面EPA=1000JEPB=200J-800J800J-800J800J三樓EPA=800JEPB=0-800J800J-800J800J[老師引導(dǎo)的方向]①重力勢能與零勢面選取有關(guān)嗎？物體在某兩點間重力勢能的變更與零勢面選取有關(guān)嗎？（指出變更量是末狀態(tài)量減去初狀態(tài)量）②物體在某兩點間重力勢能的變更與重力做功有什么關(guān)系？與是否有除重力之外的其他力存在或參加做功有關(guān)嗎？[學(xué)生總結(jié)規(guī)律]①重力勢能的具有相對性（相對于不同的參考平面重力勢能的大小不同），確定了參考平面，物體重力勢能才有確定值。重力勢能的變更與零勢能面的選取無關(guān)，具有肯定性②重力勢能的變更與重力做功的關(guān)系?；ㄅ柘侣?，這一過程中重力做正功，重力勢能削減，重力做多少功，重力勢能削減多少；與是否有除重力之外的其他力存在或參加做功無關(guān)。2．變式深化①若用吊籃將花盆從3樓豎直吊回16樓，運動方式有勻速上升、勻加速上升，花盆的重力勢能分別如何變更，重力對花盆做功分別又將如何？②若乘電梯將花盆從3樓運到16樓，花盆的重力勢能如何變更，重力對花盆做功又將如何？3．歸納總結(jié)：重力做功是重力勢能變更的量度物體下落，重力做正功，重力勢能削減，物體上升，重力做負功，重力勢能增加。過渡語：上面我們探討花盆的運動都是在豎直方向，假如某人爬樓梯將花盆從3樓搬到16樓，重力對花盆做功又將如何？（三）重力做功和物體運動路徑的關(guān)系學(xué)生探討：小孩以不同的路徑從某一高度回到地面，重力對小孩做功大小有什么關(guān)系？為什么？老師引導(dǎo)：①從“力做功的兩個要素：力與力方向上的位移”的角度思索。②從功能關(guān)系：重力做功是引起物體重力勢能變更的唯一因素的角度思索。結(jié)論：重力做功只與物體始末位置的高度差有關(guān)，與路徑無關(guān)。（進一步說明：①重力做功的特點確定重力勢能變更的肯定性；②重力勢能的變更只與重力做功有關(guān)，與物體是否受到其他力，和其他力是否做功無關(guān)）(四).課堂練習(xí)，運用重力勢能的學(xué)問解決問題訓(xùn)練1：[新聞圖片，設(shè)置情境]在雅典奧運會舉重男子69公斤級競賽中，中國選手張國政以抓舉160公斤，挺舉187.5公斤，總成果347.5公斤獲得金牌，這也是中國代表團在本屆奧運會上的第11枚金牌。張國政制勝的一舉，挺舉187.5kg，杠鈴被舉高約2m。試求：1、杠鈴的勢能變更多少？2、重力做功多少？（張國政能在短時間內(nèi)爆發(fā)出如此巨大的功率絕非一日之功，為了能為祖國爭得榮譽，運動員在平常的訓(xùn)練中付出心血。）訓(xùn)練2：一位同學(xué)說：若以喜馬拉雅山的山頂為零勢能參考平面，則長江山峽的水庫所儲備的大量水的勢能是負值，所以它就不能發(fā)電了。你認為此同學(xué)的說法對嗎？為什么？訓(xùn)練3：（選做）做豎直上拋運動的物體，在上升到某一高度時，重力勢能的變更量為ΔEP，動能的變更量為ΔEK，物體克服重力做功WG，物體克服空氣阻力做功Wf，則下列關(guān)系正確的是()A.ΔEP=WGB.ΔEP=WG+WfC.ΔEK=-ΔEp-WfD.ΔEK=ΔEp+WG+Wf（五）、彈性勢能（據(jù)課時狀況，可以讓學(xué)生自學(xué)）生活中還有一些物體既沒有運動也沒有很大的高度卻同樣“儲存”著能量，哪怕它只是孩童手里的玩具（圖片：彈弓）。張緊的弓一撒手就會對箭支做功變更它的動能，松弛的弓有這樣的本事嗎？同樣是弓前者具有能量而后者沒有，那么什么狀況下物體才具有這種能量呢？張緊的弓在復(fù)原原狀的過程會對外做功，但是拉斷的弓還能有做功的本事嗎？1．定義：物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能量叫做彈性勢能。2．彈性勢能的大小與哪些因素有關(guān)呢？[小試驗]出示玩具弓箭、可以上發(fā)條的小汽車，讓學(xué)生自己做試驗。弓箭的皮筋拉得越長，復(fù)原原狀時對塑料箭做功越多，塑料箭獲得的動能越大，射得越遠。發(fā)條上的越緊，小車運動的時間越長。[學(xué)生總結(jié)]彈性勢能的大小同彈性形變的大小有關(guān)。彈性形變越大，彈性勢能也越大。[老師強調(diào)]彈簧處與原長時彈性勢能為0；彈簧的伸長和壓縮的長度相同則彈性勢能也相同舉例：生活中還有那些利用彈性勢能的例子呢？拉伸或壓縮的彈簧、球拍、撐桿跳高、跳板跳水等。3、勢能由相互作用的物體的相對位置確定的能量。重力勢能：由地球和物體間相對位置確定。彈性勢能：由發(fā)生形變的各部分的相對位置確定。（六）課堂小結(jié)1．重力勢能是地球和地面上的物體共同具有的。重力勢能的大小具有相對性，確定了參考平面，物體重力勢能才有確定值。但重力勢能的變更是肯定的。2．重力做功與物體的運動路徑無關(guān)，只跟物體運動的始末位置有關(guān)。3．重力做功是重力勢能變更的量度。[老師總結(jié)]關(guān)于人類與重力勢能的相識，是一個從恐驚到挑戰(zhàn)直到利用的過程。人們對重力勢能的恐驚感是與生俱來的（雪崩、泥石流：2006年2月17日但是隨著人們通過生產(chǎn)實踐中對重力勢能的相識的逐步加深，我們起先變得樂于挑戰(zhàn)這種能量（攀巖運動）。甚至在可以限制的范圍內(nèi)享受重力勢能帶給我的種種樂趣（過山車）。但是科學(xué)的意義不僅僅是相識自然，挑戰(zhàn)自然，更在于能動的利用自然！介紹水力發(fā)電（水力發(fā)電的圖片）。【教學(xué)后記】本節(jié)課在教學(xué)設(shè)計上遵循學(xué)生的認知規(guī)律，遵循辯證唯物主義的相識論，使學(xué)生對重力勢能概念的建立和理解有一個從感性到理性，從定性到定量的過程，使學(xué)生對物理概念和規(guī)律的學(xué)習(xí)并不感到突然和困難。本節(jié)課運用“試驗（舉例）——理論探究歸納——實例探討”教學(xué)方法，把“試驗視察、學(xué)生探討、老師講解”融合在一起。本著“學(xué)生主體，老師主導(dǎo)”的原則，在特定情景下的實例探討，讓學(xué)生感到簇新新奇，探討問題主動主動，自主地總結(jié)規(guī)律。貼近生活的實例、小試驗，使學(xué)生的學(xué)習(xí)愛好高漲，體驗社會公德、愛國情感及合理利用自然的科學(xué)相識。本節(jié)課在多媒體、試驗、板書的運用上，相互補充，克服了單一媒體運用的呆板的課堂教學(xué)形式，對整合課堂教學(xué)資源，起到了肯定的作用?；脽羝故镜母鞣N生動、活潑、好玩的圖片，激發(fā)學(xué)生探究學(xué)問的欲望和主動性，也是本節(jié)課的一大亮點