2020年高中物理教学设计(新人教必修二)7.4《重力势能》4.docx

第4节 重力势能
新课教学
（一）重力势能
◆第一层次：探究EP=mgh
▲程序一：提出问题：重力势能的大小与什么因素有关？（老师引导：假如我们要进一步对重力势能定量的争辩，你需要解决什么问题）
▲程序二：建立假设
师：同学们可以依据已有的学问和阅历，大胆提出自己的假设，并且说明你的理由。
生：高度有关。①由定义：地球上的物体由于处于肯定的高度而具有的能量，我们把这种能量叫做重力势能。②例如，放在地面上的石头没有杀伤力，一旦从较高处落下，就会很危急；一个杠铃放在你的脚边，你肯定不觉得什么？但是假如把它悬挂在你的头顶之上，那肯定会让你如坐针毡。“禁止高空抛物”；高层建筑在施工时必需有“工程防护网”等。（渗透社会公德训练：预防高空坠物的危急）
生：①与物体的质量（重力）有关。假如悬挂在头顶之上的是一团棉花，不是杠铃，就不会觉得可怕。②假如你的头顶电线下悬挂的不是日光灯，而是200千克的杠铃，你有何感受？
生：与质量和高度都有关系。 …..（老师做好对同学的即时性评价）
▲程序三：检验假设
①试验定性检验
出示试验器材：塑料桶、报纸（蒙上塑料桶口）、大小相同而质量不同的两个小球。以报纸是否被小球击破来体现势能的大小。这样试验效果明显，可见度大。
老师演示，要求通过3个试验步骤，能够科学严谨的说明重力势能的大小与质量和高度之间的定性关系。
前面我们已学过，物体所具有能量越大，对外做功的本事就越强。
h
m
图1
图2
h
m
得到：同一高度的物体：质量越大，重力势能越大；
质量相同的物体：高度越高，重力势能越大。
②理论定量推导
师：功是能量变化的量度，我们可否通过“力做了多少功，从而使重力势能发生多少变化”的角度，来定量推导重力势能的表达式。
问题：你能设计一个物理过程来从理论上定量推导重力势能与重力mg和高度h的关系？
同学争辩、设计物理过程，并发表自己的设想。
可能的设想：（老师可顺手演示）
如图1，小球做自由落体运动，由动能定理mgh= ;由“能量守恒与转化思想”（动能由重力势能转化而来）重力势能等于动能即EP=，所以EP=mgh
如图2，将物体竖直向上匀速抬高h，由平衡条件F=mg ；则F做功为WF=Fh=mgh;
由功能关系得到：EP=WF=Fh=mgh
▲程序四：得出结论：EP=mgh
◆其次层次：理解EP=mgh
主要实行讲授式
①标矢性：标量 ②单位：焦耳（J）
③相对性：Ep与参考平面（零势能面）的选择有关
④系统性：重力势能为地球与物体所共有的，重力势能具有系统性。为了叙述便利，可以说成是某一物体的重力势能。

☻出示：2005年我国公布世界第一高峰--珠穆朗玛峰海拔高度的最新测量结果为8844.43米 ；某同学的身高1.75m. 问：他们分别以什么平面作为起始高度来计算的？
☻师生争辩：确定高度需要零高度参考平面的必要性。
☻老师引导：零高度的参考平面对应零势能参考平面（说明规定零势能参考平面的必要性）
☻举例深化：通过的例子（书放在课桌上，分别以地面和桌子作为参考面，争辩重力势能。老师顺手演示。）来说明：重力势能的正负含义；一般状况下以地面作为零势能的参考平面。（重新指出：图1、图2定量推导时是以地面为参考平面的。使推导更加有科学性和完整性）
A ：16楼
B ：3楼
过渡语：功是能量变化的量度，合外力做功是物体动能变化的量度，物体重力势能发生变化与什么力做功相对应呢？
（二）重力做功与重力势能的转变
1．实例探究
设置情景：一只花盆从16楼窗台落地，争辩花盆从A下落到B的过程。已知：m=2kg，h=50m，h1=10m，g=10m/s2 依据给出数据计算填表（可事先印发）。
：从表格中能总结出什么规律？（分组争辩，沟通，老师引导总结）
①重力势能与零势面选取有关吗？物体在某两点间重力势能的转变与零势面选取有关吗？（指出转变量是末状态量减去初状态量）
②物体在某两点间重力势能的转变与重力做功有什么关系？与是否有除重力之外的其他力存在或参与做功有关吗？

规定的零势面
花盆在各点处的重力势能
花盆仅在重力作用下
花盆在重力和阻力作用下
重力势能的转变
重力做功
重力势能的转变
重力做功
地面
EPA=1000J
EPB =200J
-800J
800J
-800J
800J
三楼
EPA=800J
EPB =0
-800J
800J
-800J
800J

①重力势能的具有相对性（相对于不同的参考平面重力势能的大小不同），确定了参考平面，物体重力势能才有确定值。重力势能的变化与零势能面的选取无关，具有确定性
②重力势能的变化与重力做功的关系。
花盆下落，这一过程中重力做正功，重力势能削减，重力做多少功，重力势能削减多少；与是否有除重力之外的其他力存在或参与做功无关。
2．变式深化
①若用吊篮将花盆从3楼竖直吊回16楼，运动方式有匀速上升、匀加速上升，花盆的重力势能分别如何变化，重力对花盆做功分别又将如何？
②若乘电梯将花盆从3楼运到16楼，花盆的重力势能如何变化，重力对花盆做功又将如何？
3．归纳总结：重力做功是重力势能变化的量度
物体下落，重力做正功，重力势能削减，
物体上升，重力做负功，重力势能增加。

过渡语：上面我们争辩花盆的运动都是在竖直方向，假如某人爬楼梯将花盆从3楼搬到16楼，重力对花盆做功又将如何？
（三）重力做功和物体运动路径的关系
同学争辩：
小孩以不同的路径从某一高度回到地面，重力对小孩做功大小有什么关系？为什么？
老师引导：①从“力做功的两个要素：力与力方向上的位移”的角度思考。
②从功能关系：重力做功是引起物体重力势能变化的唯一因素的角度思考。
结论：重力做功只与物体始末位置的高度差有关，与路径无关。（进一步说明：①重力做功的特点打算重力势能变化的确定性；②重力做功的计算更加简洁）
（四）、弹性势能（据课时状况，可以让同学自学）
生活中还有一些物体既没有运动也没有很大的高度却同样“储存”着能量，哪怕它只是孩童手里的玩具（图片：弹弓）。张紧的弓一撒手就会对箭支做功转变它的动能，松弛的弓有这样的本事吗？同样是弓前者具有能量而后者没有，那么什么状况下物体才具有这种能量呢？张紧的弓在恢复原状的过程会对外做功，但是拉断的弓还能有做功的本事吗？
1．定义：物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能。
2．弹性势能的大小与哪些因素有关呢？
出示玩具弓箭、可以上发条的小汽车，让同学自己做试验。
弓箭的皮筋拉得越长，恢复原状时对塑料箭做功越多，塑料箭获得的动能越大，射得越远。发条上的越紧，小车运动的时间越长。
弹性势能的大小同弹性形变的大小有关。弹性形变越大，弹性势能也越大。
弹簧处与原长时弹性势能为0；弹簧的伸长和压缩的长度相同则弹性势能也相同
举例：生活中还有利用弹性势能的例子。拉伸或压缩的弹簧、球拍、撑杆跳高、跳板跳水等。
3、势能
由相互作用的物体的相对位置打算的能量。
重力势能：由地球和物体间相对位置打算。
弹性势能：由发生形变的各部分的相对位置打算。
(五).反馈练习
训练1：
在雅典奥运会举重男子69公斤级竞赛中，中国选手张国政以抓举160公斤，挺举187.5公斤，总成果347.5公斤获得金牌，这也是中国代表团在本届奥运会上的第11枚金牌。
张国政制胜的一举，挺举187.5kg，杠铃被举高约2m。
试求：(1)杠铃的重力势能变化多少？ (2)杠铃的重力做功多少？
（张国政能在短时间内爆发出如此巨大的功率绝非一日之功，为了能为祖国争得荣誉，运动员在平常的训练中付出心血。）
训练2：一位同学说：若以喜马拉雅山的山顶为零势能参考平面，则长江山峡的水库所储备的大量水的势能是负值，所以它就不能发电了。你认为此同学的说法对吗？为什么？
训练3：竖直向上抛出一物体，在上升到某一高度时，重力势能的转变量为ΔEP，动能的转变量为ΔEK ，物体克服重力做功WG，物体克服空气阻力做功Wf，则下列关系正确的是( )
A.ΔEP=WG B. ΔEP=WG+Wf
C. ΔEK= -ΔEp-Wf D. ΔEK = ΔEp+WG+Wf
（六）课堂小结
1．重力势能是地球和地面上的物体共同具有的。重力势能的大小具有相对性，确定了参考平面，物体重力势能才有确定值。但重力势能的转变是确定的。
2．重力做功与物体的运动路径无关，只跟物体运动的始末位置有关。
3．重力做功是重力势能变化的量度。
关于人类与重力势能的生疏，是一个从恐惊到挑战直到合理改造的过程。
人们对重力势能的恐惊感是与生俱来的（雪崩、泥石流：2006年2月17日泥石流突袭菲律宾2000人丧生。图片）。
但是随着人们通过生产实践中对重力势能的生疏的逐步加深，我们开头变得乐于挑战这种能量（攀岩运动的图片）。
甚至在可以把握的范围内享受重力势能带给我的种种乐趣（过山车的图片）。
但是，科学的意义不仅仅是生疏自然，挑战自然，更在于能动的利用自然！介绍水力发电（水力发电的图片）。

【板书设计】

（与路径无关）
重力势能
重力做功
表达式：Ep=mgh
单位：焦耳（J）
标矢性：标量
相对性
系统性
一、 重力势能：地球上物体由于处于肯定的高度而具有的能量。

二、弹性势能
1．定义：物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能。
2．弹性势能的大小同弹性形变的大小有关。
三、势能：由相互作用的物体的相对位置打算的能量。
【教学反思】
一、不行忽视的理论探究
新课程提倡探究式教学，探究的内容和形式是多种多样的。在物理课程中虽大多数探究活动需要进行试验，但是，理论探究在高中物理教学中也具有重要的意义，应予重视。物理课程中也有不少是属于理论探究，对于重力势能的定量争辩，实行理论探究同样让同学体验探究的过程和方法。提出问题—→建立假设—→设计物理过程（设想）—→理论定量推导—→得出重力势能表达式。
假设
原有学问和阅历
现有学问
探究的问题
试验或过程设计
理论探究式教学的具体实施中，应当把重点放在提出问题、建立假设上。问题是探究的起点，没有问题就没有探究，而发觉问题是提出问题的前提，只有发觉问题，才可能提出问题。实践表明：对于重力势能教学，同学在学校的原有学问上完全可以通过老师的引导，自行提出“重力势能的大小与什么因素有关？”的问题。假设可以启发我们应当设计怎样的试验（或物理过程）和猎取那些信息，他是连接探究问题和试验（或物理过程）的一座桥梁。观看它们关系图，可以看出，假设虽不是结果，但它却是探究的中心。据本节课的实际，侧重“说明假设的理由”，实际中同学也能很好的自己生活阅历，养成“以物思理”的习惯。
二、紧密联系实际的实践性
物理新课改的理念之一是：从走向物理，从物理走向社会。日常生活和生产中蕴涵着大量的物理学问，因此，在教学中留意联系生活、生产中同学看得到，但没能细想、不完全理解或不懂的实际问题，可以激发同学的学习爱好与动机，同时也可以使他们养成擅长运用学问、关怀生活和生产中实际问题的习惯。因而这一特点有利于创设教学情景，加高校生学习动力，促进同学关怀社会实际生活，增加社会责任感。比如：在教学中，通过“雪崩”的视频，让同学体验到高处的物体都具有潜在的能量——重力势能。通过实例（花盆坠落和小孩滑滑梯）充分争辩与思考，让同学在已有的生疏基础上获得新的生疏。另外，教学设计时还应考虑到：实际情景的简单性，要擅长突出主要的、所需的因素；实际情景中物理学问的缄默性，要擅长将缄默学问显性化。
三、情感、态度和价值观的体验性
新课程的与以往不同之一是同时留意在教学中渗透情感、态度价值观。但在教学实践中我们不能为情感、态度价值观而刻意的支配内容讲授或有意抒发，我们应当结合教学的内容，将相关的情感、态度价值观训练融合在教学过程中，做到训练无痕的境界；让同学在接受学问过程中法子内心的体验和意会，在“不行言表，只可意会”自然而然中受到感悟，假如没有也没有必要强求。如本课时中，将物理学问应用与生活和生产实践的意识，勇于探究与日常生活有关的物理问题；社会公德，民族骄傲感都是在物理情景创设和实例探究和反馈练习中给同学带来感受与体验。