7.4重力势能学案(人教版必修2).docx
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1、7.4重力势能学案(人教版必修2)重力势能一、教学目标1理解重力势能的概念:(1)知道什么是重力势能,强调“势”的含义。(2)通过做功与能量关系,得到重力势能公式Epmgh,知道在国际单位制中,势能的单位是焦耳(J);势能是标量。(3)了解重力势能的相对性及势能差的不变性。2驾驭重力做功特点及重力做功与重力势能改变的关系,应用其解决相关问题。3知道弹性势能及其相关因素。二、重点、难点分析1本节重点是重力势能的表达,重力做功与重力势能改变的关系。2对于势能这种潜在做功实力的理解:一旦做了功,势能就发挥出来而削减了。3要强调重力做功与重力势能改变的相反量的关系,这在初学时很简单发生错误,所以应作犯
2、难点强调。三、教具投影仪及幻灯片(主要用于把课上要举的例题和图打出,节约时间和黑板空间)。四、主要教学过程(一)引入新课我们已知道运动的物体具有动能,那么静止的物体是否有能量?我们又是如何知道它是否具有能量的呢?依据学生的回答引出新课内容。(二)教学过程设计1重力势能利用刚才学生举的例子说明,被举高的重物一旦下落就可以做功,表明处于肯定高度的重物“储存”着一种能量,这就是重力势能,即:重力势能是由于物体处于肯定高度而具有的能量。从重力势能的含义可以看出,它与物体的重力和高度有关,究竟是什么关系呢?2重力势能公式功是能量改变的量度,重力势能的改变也可用做功表示出来。例如,用一外力把一质量为m的物
3、体匀速举高h,由于是匀速上升,物体的动能不变,外力举高物体做的功Wmgh全部用于增加物体的重力势能。而此过程中克服重力做功亦为mgh,也就是克服重力做了多少功,就获得了多少重力势能。用Ep表示势能,则处于高度h处的物体的重力势能为:Epmgh即重力势能等于物体重力与高度的乘积。从势能公式的指导可以看出,它与功一样,在国际单位制中的单位也是焦耳(J),而且也是标量。它是由物体所处的位置状态确定的,所以与动能一样是状态量。如图1,请学生分别写出以桌面和地面为零点的小球的重力势能:Ep1mgh1,Ep2mg(h1+h2),可以看出,结果是与零点选取有关的,因此在表达重力势能时,要指明势能零点的位置。
4、再请学生写出两种零点选取状况下,小球落在桌面上和落在地面上时与初态的重力势能差:Ep1-mgh1Ep2-mg(h1+h2),这是与零点选取无关的。可见,不论我们如何选择参照系,对于一物理过程,重力势能的变更是肯定的。我们今后的学习中,更多地是探讨某物理过程中重力势能的改变,这时我们就可以适当选择参照系使问题简化,而不会影响结果。3重力做功与重力势能的改变关系(1)重力做功的特点如图2,让学生写出几种状况下,物体从AC,重力做的功:图A是物体由A做自由落体到B,再水平运动到C,简单得出此过程中,重力做功为mgh;图B是物体沿斜面由A滑到C,重力做功为:mgssinmgh;图C是物体沿曲面由A滑到
5、C,可以把曲面看成许多段小斜面组成,利用图B的结论可以得出,重力做功也为mgh。老师还可从A到BC面画随意路径让学生求重力做功,可以看出结论都为mgh。让学生总结出规律。板书:重力做功与路径无关,只与物体起点和终点位置的高度差有关。提问:其他力(比如摩擦力)做功是否与路径有关?回答是确定的。可见,重力做功的特点不能乱用,要视详细力而定。同时提示学生,今后学习中还会遇到做功具这个特点的力,让学生在今后遇到新的力时留意这个问题。(2)重力做功与重力势能的改变老师将手中粉笔头竖直上抛,然后让学生分析其上升和下落过程中重力做功与重力势能的改变,如图3,可以看出,上升过程中,重力做功为-mgh,重力势能
6、增加mgh;下落过程中,重力做功为mgh,重力势能削减mgh,(或称增加-mgh),启发学生总结出如下结论:重力做多少正功,重力势能就削减多少;重力做多少负功(或称克服重力做了多少功),重力势能就增加多少。即重力做功等于重力势能的削减量。若用W。表示重力做功,Ep1表示初态的重力势能,Ep2表示末态的重力势能,则上述关系可表达为:(板书)WGEp1-Ep2Ep。提示学生留意公式中两个势能的先后位置和Ep前负号的意义(-Ep指削减量)。4弹性势能(1)什么是弹性势能通过举例看出,发生弹性形变的物体,在复原形变时能对外界做功,所以它也具有一种潜在的能量,称之为弹性势能。(2)弹性势能与什么因素有关
7、?以弹簧为例,引导学生得出弹性势能随弹簧劲度系数和形变量增大而增大的结论。对基础好的学生,还可引导其利用弹力与形变关系的函数图象(如图4),求出弹力的功,从而得出弹性势能的定量表达式:Ep5例题讲解与探讨例1图5表示一个斜抛物体的运动,当物体由抛出位置1运动到最高位置2时,重力做功是多少?重力势能变更了多少?由位置2运动到跟位置1在同一水平面上的位置3时,重力做功和重力势能的改变是多少?由位置1运动到位置3呢?解答:由位置12,重力做功-mgh,重力势能增大mgh;由位置23,重力做功mgh,重力势能削减mgh(增加-mgh);由位置13,重力做功和势能改变均为零。此例的目的是再次强化重力做功
8、、重力势能的概念和计算例2如图6,光滑斜轨道下端与光滑圆周轨道相接。要使小球进入圆周轨道后能经过轨道最高点并不落下来,至少应使它从斜轨道上多高处由静止起先下滑?解答:因全部轨道都光滑,所以小球运动过程中,只有重力做功,要使小球能经过轨道最高点而不下落,对小球此时速度有一下限,也就是此处动能有一下限,利用动能定理对小球从动身点到圆周轨道最高点的过程列式,有:可以看出,利用重力做功的特点对全程列式可使问题大大简化。(可让分段列式同学提出自己的解答,然后比较优劣。)例3如图7所示,一物体质量m2kg,在倾角37的斜面上的A点以初速度v03m/s下滑。A点距弹簧上的挡板位置B的距离为AB4m,当物体到
9、达B后,将弹簧压缩到C点,最大压缩量为BC0.2m,然后物体又被弹簧弹上去,弹到最高位置D点,D点距A点为AD3m。求:物体跟斜面间的动摩擦因数。(g取10m/s2,弹簧及挡板质量不计)分析:此题一看上去好像很繁,涉及到重力、弹力摩擦力做功的问题。其实仔细分析一下就会发觉,在物体从BC又返回到B时,弹簧先做负功,又做了相等数量的正功。总功为零,即弹力功为零;而重力做功依据其特点,只考虑由A到D的高度差即可;摩擦力做功由于与路径有关,须仔细计算物体在全程中的位移。可见,对不同性质的力做功要详细分析,才会既简化问题又避开发生错误。利用动能定理对ABCD全过程列式:(三)课堂小结1对势能的含义和表达
10、式予以必要重复。2对重力做功的特点和重力做功与重力势能改变关系予以强调。3回忆上节动能定理。结合本节学问,让学生课下思索:动能定理可变成什么其他形式?又有什么意义?为以后讲机械能守恒定律打下基础。五、说明1不管是动能定理还是本节所讲的重力做功与重力势能改变的关系,都是过程量与状态量改变之间的关系。因此对过程分析和状态定位特别重要。老师应通过例题强调公式中每个符号的物理意义,不要把依次搞错,以免给以后深化探讨功能关系带来麻烦。2势能是一个较难理解的概念,学生在一节课内不易全面理解和驾驭。因此本节没有给出有势力的概念,未通过有势力做功的特点来定义势能,而是干脆给出定义和计算公式,这样是为了避开给学
11、生造成理解困难,而淡化了本节的教学重点。可在今后学习中接触了更多势能概念如分子势能、电势能等时,再进一步总结势能特点,深化对它的理解。3关于势能是属于系统的讲解,由于课时所限,在本节提出也难免整个吞枣,因此也拟放在讲解机械能守恒定律时再深化探讨。本节先简略说成某物体具多少势能,但不要过分强调这一提法,以免以后订正困难。重力势能教学设计 重力势能的教学设计 我教学的题目是高一物理第七章第五节重力势能。重力势能概念的建立是形成机械能概念的基础,也是今后形成更完整能量概念的保证。本节内容“重力势能”的学习也将为今后“电势能”的学习打下基础。 本教材供应了较多情景及几个问题来绽开分析, 本课教学目标很
12、明确: 从重力势能的定量描述、单位、量性及它的相对性中理解重力势能的概念; 理解重力势能得改变和重力做功的关系,知道重力做功与路径无关; 了解弹性势能。 实力目标: 学会从功和能的关系推导出重力势能的表达式; 在小试验设计探讨中,初步会用限制变量法设计试验; 在探讨分析中激发质疑探究意识,提高质疑实力。 情感目标:生活试验中激发物理探讨爱好。 本节课着重解决了两个问题,即重力势能及其对称性;重力势能的改变与重力做功的关系,关于重力做正功,重力势能削减,重力做负功,重力势能增加。这个关系由于与动能定理的表述不一样,学生往往不易理解,教学是要结合一些实例,解开学生的困惑。而难点是学生对重力势能相对
13、性的理解。教学中用与温度的相对性类比的方法来突破这个难点。 学生对重力势能在初中已初步形成定性概念,知道重力势能是物体举高而具有的能,故本课引入要唤醒学生对这些概念的记忆,为定量相识重力势能打好铺垫。学生在前一节课“动能”学习中已体验定量探讨的一些方法,这也为本课的探讨学习打下了基础。但估计学生对“Ep=mgh”会进行公式化处理,出现只认公式不认理的现象,故引导学生对“Ep=mgh”中的“h”正确相识显得尤为重要。高一学生的探讨探究、质疑提问实力很薄弱,通过本课在培育策略要取得一点突破。 依据教学大纲的要求和教材内容的特点、学生的特点,在本节教学中,让学生自己设计和完成试验,探究得到结论,充分
14、体现“学生主体、老师主导”的教学模式。 以下为本课教学过程的设计: 1、情景引入 展出三峡水库大坝的模拟照片,让学生观赏图片的过程中,引导学生思索、发问,并启发到水坝的作用是提高水位,使水具有重力势能并引入课题,再提出问题“建成后的三峡水库可蕴含多少水的重力势能?”激发学生对重力势能学习的迫切欲望。 通过图片情景,培育学生提问实力,并从三峡大坝的气概中激发学生的民族骄傲感;与学生沟通中回忆初中所学重力势能概念。 2、试验探究 在初中学问驾驭的基础之上,让学生用身边的小物件设计试验验证重力势能与哪些量有关(书落手上、笔穿纸巾),探讨探究后,再让学生自己总结得出结论,体现重力势能是由物体质量和相对
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