高中物理人教版 (2019)必修 第二册2 重力势能教案

《重力势能》教学设计

一、教学理念

高中物理课程的教育目标是提高全体高中学生的科学素养,从教学目标与核心素养：物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任,为学生的终身发展、使其今后能应对现代社会和未来发展的挑战奠定基础。在教学上要注意强调从生活走进物理，从物理走向社会，将物理与生活实际联系起来；也要强调知识的构建过程，注重培养物理实验、科学探究、分析总结能力等；更要强调基础知识的学习，注重物理学核心概念的建立。

二、教材分析

《重力势能》是人教版必修第二册第七章第4节的内容，教材本章在第1、2节介绍了能量与功的知识，未提及能量与功之间的关系。本章主要学习能量、功还有能量之间的转化关系的有关知识。而本节是安排在能量、功、功率之后，弹性势能之前，可以让学生先了解能量以及功的基本概念，这样有利于学生们学习重力势能，以及探究学习重力做功与重力势能之间的关系，同时也为后续学生们学习弹性势能、动能、能量转化、机械能守恒等知识奠定基础。本节课主要学习重力势能的概念以及表达式，重力做功的特点，重力势能与重力做功的关系，还有零势能面的选取。

三、学情分析

本节课的授课对象是高中一年级的学生，经过初中两年的物理学习，他们在物理上都有一定的物理知识基础，同时，也有一定的观察探究能力、归纳分析能力。在初中阶段，学生已初步学习了重力势能的概念。但是未涉及到重力势能的表达式，也未将重力势能与做功联系起来分析学习。本节课就是从重力做功出发，结合重力势能的表达式，探究得出重力做功与重力势能的关系，让学生们进一步学习了解功能的关系。对于本节课的学习，对于学生来说，较为难以理解的是利用无限分割法求取曲线运动重力做功的大小，学生前面只学习了如何求取直线运动过程中做功的大小，而对于曲线运动做功的大小未有接触。

四、教学目标与核心素养

1、物理观念

掌握重力做功的特点，理解重力势能的概念，知道重力势能的变化与做功的关系。

2、科学思维

通过理论探究的过程，提升归纳总结的能力，体会用“理论推导”研究问题，学会无限分割的物理思维求取曲线运动重力做功的方法。

3、科学探究

在学习重力做功时，让学生观察三种不同运动重力所做的功，对比做功的大小，引导学生分析，讨论探究得出重力做功的特点。

4、科学态度与责任

经历对生活中有关物理现象的观察，感受物理与生活的紧密联系，激发对自然规律的探索兴趣。

五、教学重难点

1.教学重点：重力势能的概念、表达式，重力做功与重力势能的关系。

2.教学难点：理解重力做功的特点，零势能面的选取。

六、教学方法

教法：讲授法、情景教学法

学法：对比分析法、讨论探究法

七、教学流程

（一）新课导入

通过回顾前两节课的知识，教师拿起黑板檫，向学生提问：此时，黑板擦具有什么形式的能？在拿起黑板擦这一过程中，老师对它做了功，那么它的重力势能怎样变化？怎样求出它的重力势能？克服重力所做的功与重力势能又有怎样的关系呢？

（二）讲授新课

1、重力做的功

由于功是能量变化的量度，做了多少功，就表示该物体能量变化了多少，所以研究重力势能可以先从重力做功开始。由于学生此时已经学了功的知识，所以让学生分别写出物体在仅受重力作用下，竖直下落一段距离和沿倾斜直线向下运动一段距离后重力所做的功。

教师提问：由图上的信息，我们可以得出图1小球下落过程重力所做的功是多少？

学生（预设）：

教师：那么图2小球沿倾斜直线向下运动重力所做的功又是多少呢？

学生（预设）：

引导学生比较两种情况重力做功的大小，小球下落的高度，让学生分组讨论，最后分析得出结论：以上两种情况，即使小球运动的路径不同，但是下落的高度一样，重力做的功也是一样的。

先讲解利用无限分割法，将图3小球的曲线运动，视作无限个沿倾斜直线下落的直线运动，引导学生写出重力做的功。

教师：对于图3所示的曲线运动，我们可以将它看作无数个直线运动，将AB看作是由多个间隔组成，由于每一段间隔都很小，我们可以将每一段间隔看作倾斜的线段，设每一段的高度差分别为由此我们可以求出小球运动的每段距离重力做的功分别是多少呢？

学生（预设）：

教师：由于物体通过整个路径做的功，等于重力在每一小段距离上所做的功的代数和，所以小球曲线下落所做的功是多少？

学生（预设）：

引导学生对比以上三种情况，让学生自主讨论探究，最后分析得出结论：物体运动时，重力对它做的功至跟它的起点和终点的位置有关，而跟物体运动的路径无关。

提出问题，假如从10楼下到3楼，走楼梯和乘电梯两种方式下楼，重力所做功是否相等？

2、重力势能与重力做的功

由于功是能量变化的量度，做了多少功，就表示该物体能量变化了多少，在物理学上，物体的重力势能等于它所受重力与所处高度的乘积。重力势能用表示，即

由重力势能的表达式可知，质量一定时，重力势能随着高度的增加而增加；运动的高度差相同时，重力势能随着质量的增加而增加。

重力势能与其他形式的能一样是标量，其单位与功的单位相同，在国际单位制中都是焦耳，符号为。

上述例题中功的大小等于物重与起点高度的乘积和物重与终点高度的乘积两者之差，即重力做功与重力势能的关系可写为

让同学们思考，在拿起黑板檫这一运动过程中，重力做正功还是负功？重力势能怎样变化？黑板擦掉落又是怎样的？

学生（预设）：拿起黑板檫的过程中，重力做负功，重力势能增加；黑板檫掉落时，重力做正功，重力势能减少。

教师：对的，由此我们可以得出，当物体从高处运动到低处时，重力做正功，重力势能减少，重力势能减少量等于重力做的功；当物体从低处运动到高处时，重力做负功，重力势能增加。重力势能的增加量就是物体克服重力所做的功。

3、重力势能的相对性

   教师举例，将黑板擦放在讲桌上，分别取不同的零势面，让学生计算不同零势面的情况下，黑板擦重力势能的大小。

教师：我们以地面为参考平面，那么黑板擦所具有的重力势能大小是多少呢？

学生（预设）：

教师：对，但是这个表示的是什么呢?

学生（预设）：表示地面到和板擦的高度

教师：对的，那以讲桌面为零势面呢，它的重力势能又是多少？

学生（预设）：0，因为黑板擦在讲桌面上，所以，即重力势能为0。

教师:那请同学们思考，为什么同一个物体，处于同一位置，但是不同的情况下，它所具有的重力势能不一样呢？这说明了一个什么问题？

学生（预设）：因为选取的零势面不一样，说明重力势能具有相对性。

对于处在高度为h，质量为m的物体来说，它的重力势能为，这是由于将地面视作参考面，即地面的势能为0。因此，在计算重力势能时，要先选择参考面，选择不同的参考面，物体的重力势能的数值也不同，这个参考平面叫做零势面。物体在零势面上方，则高度为正，重力势能也是正值，若物体在零势面下方，则高度为负，重力势能也是负值。

（三）课堂巩固

1．如图所示一物体从A点沿粗糙面AB与光滑面AC分别滑到同一水平面上的B点与C点，则下列说法中正确的是     (  BD    )

　A．沿AB面重力做功多

　B．沿两个面重力做的功相同

　C．沿AB面重力势能减少多

　D．沿两个面减少的重力势能相同

2.物体在匀速运动过程中，克服重力做功为50J，则(     BD    )

   A.重力做功为50J；

   B.物体的重力势能一定增加了50J；

   C.物体的能量保持不变；

   D.重力做了50J的负功。

3、如右图，质量m=0.5kg的小球，从桌面以上高=1.2m的A点下落到地面的B点，桌面高=0.8m。(取g=10N/kg)

求：（1）以桌面为参考平面，小球在A、B两点的重力势能分别为多少？

=0.5×10×1.2J=6J

=-0.5×10×0.8J=-4J

（2）以地面为参考平面，小球从A点下落到B点的过程中，小球重力做的功是多少？

=0.5×10×(1.2+0.8)J=10J

=0J

=10J-0J=10J

（四）课堂小结

引导学生总结本节课学到了什么？

1．重力做功的特点；

2．重力势能的表达式，重力势能与重力做的功的关系；

3.重力势能的相对性

（五）布置作业

完成课本P66第2题。

九、板书设计

7.4 重力势能

一、重力做的功

物体运动时，重力对它做的功只跟它的起点和终点的位置有关，而跟物体的运动路径无关。

二、重力势能与重力做功

1、重力势能用表示，单位为焦耳，符号J,

2、

三、重力势能的相对性

 选择不同的参考面，物体的重力势能的数值不同。