《2.3 重力势能》教学设计

　　【教学内容】

　　第二单元第3节第1课时：重力势能。

　　【教学目标】

　　1.理解重力势能的概念，会运用重力势能的公式进行计算；理解重力势能与重力做功的关系；了解重力势能的相对性；了解弹性势能。

　　2.通过重力势能的计算，体会重力势能的相对性及重力势能变化量的绝对性；学会根据重力的功计算重力势能的变化量，根据重力势能的变化量计算重力的功。

　　3.通过对重力的功与物体重力势能的变化间的关系的理解与运用，体会事物间的普遍联系。

　　【教学重点】

　　重力势能、弹性势能的概念。

　　【教学难点】

　　重力势能变化与重力做功的关系。

　　【教具准备】

　　小球、弹簧、斜面、细线、小车等。

　　【教学过程】

　　◆创设情境──引出课题

　　1．回顾复习初中所学的相关知识

　　（1）什么是重力势能？举例说明具有重力势能的物体？重力势能的多少与什么因素有关系？

　　物体由于被举高而具有的能是重力势能。物体的质量越大、位置越高，具有的重力势能就越多。

　　（2）什么是弹性势能？举例说明哪些物体具有弹性势能？弹性势能的多少与什么因素有关系？

　　物体由于发生弹性形变而具有的能是弹性势能。同一物体形变越大，具有的弹性势能就越多。

　　（3）什么是势能？

　　重力势能，弹性势能统称势能。

　　（4）举例说明，有没有既具有势能又具有动能的物体？

　　有沿倾斜路面运动的汽车，飞行中的飞机，高山滑雪中的滑雪运动员等。

　　（5）什么是机械能？

　　一个物体所具有的势能与动能的和。

　　2．说明本节课学习内容：学习重力势能。

　　◆合作探究──新课学习

　　一、势能

　　1．对势能的重新定义

　　在力学中，由物体间的相互作用和物体间的距离决定的能量叫做势能。比如由物体与地球间的相互吸引以及两者间距离决定的重力势能，由于弹性物体形变后具有的弹性势能，分子间相互作用的引力、斥力及两分子间的距离决定的分子势能等。

　　在力学中常见的是重力势能和弹性势能。

　　2．重力势能

　　（1）讨论被举高的物体下落后做功多少的决定因素：用从斜面滚下的物体推定小车做功定性演示；再用打桩机重锤对桩做功进行讨论。

　　不同质量物体从同一高度下落后做功的多少比较：质量大的物体做的功多。

　　同质量物体从不同高度出下落后做功多少的比较：下落高度大的物体做功多。

　　归纳小结：物体质量越大，距离地面越高，下落到地面做的功越多，具有的能越多。

　　（2）重力势能的定义：地球上的物体具有的跟它所受的重力和高度有关的能叫重力势能。

　　（3）物体重力势能的大小计算

　　设想把质量为m的物体匀速举高h，这一过程中人需要对物体施加方向竖直向上大小为mg的力，这一力对物体做的功是mgh。若物体由这一高度落至地面，重力将做功mgh，这就说明物体在h高度时具有能量mgh，这就是它的重力势能，如用E_P表示重力势能，则有：

　　这就是计算物体重力势能的公式，公式说明：物体的重力势能等于物体所受重力和它的高度的乘积。

　　3．重力做过与路径的讨论：

　　（1）如图所示，质量相同的两同学分别沿台阶和竖梯从地面上到同一高度的A处，计算重力的功分别是多少

　　上升过程中两同学所受重力大小相等，是mg，方向都竖直向下，重力对沿竖梯上升的同学做功是；设每阶台阶高s，则每上升一阶，重力的功是，整个过程中重力的功等于上升每一台阶时重力功的和，提取公因数（-mg）后，另一项是所有台阶高度之和，等于h。所以重力对沿台阶上升的同学做的功是。

　　如这两同学沿原路返回地面，同样可算得重力对他们的功都是mgh。

　　（2）小结归纳──重力做功的特点

　　重力做功的多少只与初末位置间的高度差有关，与具体路径无关。计算重力做的功是，只需确定初末两位置间的高度差，不需要考虑具体的运动路径。

　　二、重力做功与重力势能

　　1．问题讨论：

　　（1）质量为m的物体由高度为h₁处上升至高度为h₂处，重力做的功是；物体重力势能的增加量为。

　　（2）质量为m的物体由高度为h₁处下降至高度为h₂处，重力做的功是；物体重力势能的减少量为。

　　2．归纳小结──重力做功与重力势能变化间的关系：

　　重力做负功，物体的重力势能增加，重力势能的增加量等于重力功的绝对值；重力做正功，物体的重力势能减少，重力势能的减少量等于重力的功。

　　3．重力势能的相对性：物体的高度是相对的，因此重力势能也是相对的，与我们选取的零高度位置（重力势能零位置）有关。但物体在两位置之间运动，重力势能的变化量却是确定的。

　　4．势能的单位：势能是标量，只有大小没有方向。在国际单位制中，单位与功的单位相同，是J。

　　◆案例研究──小结巩固

　　1．案例剖析

　　例1 讲解教材第63页“例题1”：体会重力势能的相对性与重力势能变化的绝对性。

　　例2 讲解教材第63页“例题2”：进一步强化对“重力做功与路径无关”的理解。

　　2．交流评价：引导学生归纳学习要点（见板书设计）

　　【布置作业】

　　1．复习课文，撰写小论文《重力做功与重力势能》。

　　2．预习“机械能守恒定律”。

　　【板书设计】