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《重力势能》教学设计
来源查字典物理网| 2020-11-19 发表| 物理教研分类:教学设计

物理教研

设计思想:重力势能一节是高中第一次定量地研究能量,它在教材中的地位是不言而喻的,它的研究方法将会对今后的学习产生深远的意义。对于能量是如何来定义或是量度,这是这节课首先要解决的问题,也就要求本课需先阐述物理学中是通过功能关系来定义能量这一思想,规定“功是能量转化的量度”,让学生明白物体做功的过程就是能量转化的过程。这样就能促进学生今后不管碰到什么形式的能量问题,都能通过做功的角度来思考并解决问题。

与过去的处理方法相比,本节教材认真分析了重力做功与路径是否有关的问题。这样做的目的不是为了追求严密,而是想有助于学生形成严肃认真的科学态度。本教学设计主要从恒力做功的案例,推导出恒力(除摩擦力外)做功的特点,让学生去猜测并证明重力做功的特点,反其道而行之,加深学生对这种力做功特点的理解,为后续的学习灌输一种思想。接着紧紧抓住功是能量转化的量度,使其理解并建立重力势能的概念,引出重力势能的定义式,明确重力做功和重力势能变化的关系。

教学目标:

一、知识与技能

1.理解重力势能的概念,强调“势”的含义,会用重力势能的定义进行计算。

2.理解重力势能的变化和重力做功的关系,知道重力做功与路径无关。

3.知道重力势能的相对性和系统性。

二、过程与方法

用所学功的概念推导重力做功与路径的关系,亲身感受知识的建立过程。

三、情感、态度与价值观

渗透从对生活中有关物理现象的观察,得到物理结论的方法,激发和培养学生探索自然规律的兴趣。

教学重点:重力势能的概念及重力做功跟物体重力势能改变的关系。

教学难点:重力势能的相对性和系统性。

教学方法:启发、引导、讲练结合。

教学过程:

一、新课引入

我们在追寻守恒量一节中找到了一个不变的量,并把它叫作能量。对于能量是如何来定义或是量度的呢?我们物理学中是通过功能关系来定义,并规定:功是能量转化的量度。实际上,物体做功的过程就是能量转化的过程。比如:把一个质量为m的物块举高,物块要克服重力做功的过程中,同时伴随着它的重力势能也在变化。这节课,我们就从重力做功的角度来定量地研究重力势能的表达式。[板书:重力势能]

二、新课教学

1.重力做的功[板书]

提问1:前面我们提到恒力做功(除摩擦力外)有什么特点?如图1,小球在力F作用下由A点运动到B点过程中,力F做功怎么求?



(学生)答:恒力做功与物体运动的路径无关,只与初末位置有关。力F做的功为:


总结:对于给定的物体,其重力所做的功应该也有这个特点。

(1)重力做功的特点:

重力对物体做的功只跟它的起点和终点的位置有关,与物体运动的路径无关。[板书]

提问2:怎么来证明呢?(让学生看书思考一下)

教师提示:如图2所示,物体由A点沿三条不同的路径运动到B点的过程中,重力做的功为多少?(这里用到了微元思想)



总结:在这个过程中,重力所做的功都为:

,得证重力做功与其运动路径无关,只与初末位置有关。


扩展:对于今后凡是碰到哪个力做功与路径无关,我们都可以引入一个相应的势能概念。

(2)重力做功的表达式:

提问3:回过来看一看,既然功是能量转化的量度,表达式的右边表示的是什么?

总结:表示的能量之差,

就应该是物体在初末位置所对应的能量。也就是说就是我们寻找的重力势能的表达式。

2.重力势能[板书]

(1)定义:物体所受的重力与其所处的高度的乘积。

(2)表达式:

(3)理解:①状态量,②标量,③单位:焦耳(J)。

(4)特点:

①具有相对性。因高度h具有相对性,重力势能也具有相对性。

提问4:对于讲桌上的粉笔盒,它所处的高度是多少?(等待学生思考)

要确定高度就必须先确定一个参考平面。我们把所选的参考平面认为势能为零。物体处在零势能面之上,就认为势能为正;处在零势能面之下,就认为势能为负。

提问5:物体大小形状不能忽略时,它距参考平面的高度怎么来确定?(等待学生思考)

物体大小形状不能忽略时,它距参考平面的高度应是物体重心到参考面的高度。如图3所示。



②重力势能有正负,正负表示大小。

③具有系统性。物体的重力是地球施加的,如果没有地球,就不可能受到重力作用。重力势能应该归物体和地球所共有的。

例1 如图4所示,质量m=0.5kg的小球,从桌面以上高h1=1.2m的A点下落到地面的B点,桌面高h2=0.8m。



(1)在表格中的空白处按要求填入数据。

所选择的的参考平面

小球在A点的重力势能

小球在B点的重力势能

整个过程中小球重力做的功

整个下落过程中小球重力势能的变化

桌面





地面





(2)如果下落时有空气阻力,表格中的数据是否会改变?

3.重力势能与重力做功的关系[板书]

上面重力做功的表达式就可以写成:


讨论:当重力做正功时,重力势能就要减小,即

。当重力做负功时,重力势能就要增加,即


重力势能的变化定义为:

。(与参考面的选取无关。)


提问6:我们发现例1中,整个过程中小球重力做的功与整个下落过程中小球重力势能的变化成什么关系?

总结:重力势能的变化与重力做功的关系:


例2 质量为m的均匀链条长为L,开始放在光滑的水平桌面上时,有 的长度悬在桌面边缘,如图5所示,松手后,链条滑离桌面,问从开始到链条刚滑离桌面过程中重力势能变化了多少?



三、课堂小结:

1.重力做功的特点:与路径无关,只与起点和终点的高度差有关。

2.重力势能:

3.重力势能具有相对性与系统性,具有正负且表示大小。

4.重力做功与重力势能变化的关系:

作业布置:课本66页问题与练习第2、4题。

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