重力勢能教案

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1、第七章 機(jī)械能守恒定律 第四節(jié) 重力勢能 【教學(xué)目標(biāo)】 一、知識與技能 1.理解重力勢能的概念，會用重力勢能的定義進(jìn)行計(jì)算 2.理解重力勢能的變化和重力做功的關(guān)系，知道重力做功與路徑無關(guān). 3.知道重力勢能的相對性.，會求重力做功和重力勢能的改變。 二、過程與方法 1.根據(jù)功和能的關(guān)系，推導(dǎo)出重力勢能的表達(dá)式. 2.學(xué)會從功和能的關(guān)系上解釋和分析物理形象. 三、情感態(tài)度與價(jià)值觀 滲透從對生活中有關(guān)物理現(xiàn)象的觀察，得到物理結(jié)論的方法，激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生探索自然規(guī)律的興趣. 【教學(xué)重點(diǎn)】 重力勢能的概念及重力做功跟物體重力勢能改變的關(guān)系. 【教學(xué)難點(diǎn)】

2、重力勢能的系統(tǒng)性和相對性 【教學(xué)課時(shí)】 1課時(shí) 【教學(xué)過程】 1、 新課導(dǎo)入 首先我們先來了解一下水力發(fā)電站是如何發(fā)電的，由于高處的水在重力的作用下，水由高處落下，此時(shí)水的重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，運(yùn)動(dòng)的水流再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)作將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。 那么什么是重力勢能呢？ 在初中的時(shí)候，我們學(xué)過物體由于被舉高而具有的能量叫重力勢能。那么重力勢能又與哪一些因素有關(guān)呢？ 重力勢能跟物體的質(zhì)量和高度都有關(guān)系，且物體的質(zhì)量越大，高度越大，重力勢能就越大. 引入：那么，怎樣定量地表示重力勢能呢? 二、新課教學(xué) 舉例：把一個(gè)質(zhì)量為ｍ的物體豎直向上拋出，在它上升和下落的過程中，重

3、力分別做什么功?重力勢能如何變化? 上升過程中，物體克服重力做功(重力做負(fù)功)物體的重力勢能增大。 下落過程中，重力做正功，物體的重力勢能減小。 教師：我們學(xué)過了功和能之間的關(guān)系，我們知道力對物體做了多少功，物體的能量就將變化多少，那么同學(xué)們認(rèn)為重力所做的功與物體重力勢能的變化之間有什么關(guān)系? 學(xué)生：重力所做的功等于物體重力勢能的變化. (一)重力做的功 我們先來分析在以下情景中重力做功分別為多少。 圖1 如圖1，小球由h1的高度落到h2的高度，位移為h=h1-h2，所以重力所做的功為 WG=mgh==mg（h1-h2）=mgh1-mgh2 圖2 如圖2，

4、小球沿斜面從A點(diǎn)到運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn),位移為L， WG=mgLcosθ=mgh=mg（h1-h2）=mgh1-mgh2 圖3 如圖3，物體沿任意路徑運(yùn)動(dòng)，我們可以把整個(gè)路徑分成很多很短的小段，每一小段都可以看成一個(gè)斜面設(shè)，設(shè)每個(gè)小斜面的高度差是Δh1，Δh2，Δh3，，那么每一個(gè)小斜面重力所做的功是mgΔh1，mgΔh2，mgΔh3，，所以通過整條路徑重力所做的功就等于重力在每一個(gè)小斜面上所做的功的代數(shù)和，即 WG=mgΔh1+mgΔh2+mgΔh3+=mgh=mgh1-mgh2 所以分析表明：物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力對它做的功只跟它的起點(diǎn)和終點(diǎn)位置有關(guān)，而跟物體運(yùn)動(dòng)的路徑無關(guān)。重力做功的大小等

5、于物重跟起點(diǎn)高度的乘積mgh1與物重跟終點(diǎn)高度的乘積mgh2兩者之差。 (二)重力勢能 看起來，物體所受重力mg與它所處位置高度h的乘積mgh，是一個(gè)具有特殊物理意義的物理量。一方面與重力做功密切關(guān)系，另一方面隨著高度的增加而增加，隨著質(zhì)量的增加而增加，恰與勢能的基本特征一致。因此我們把物理量mgh叫做物體的重力勢能。 １.定義：物體由于處于一定的高度而具有的能量叫做重力勢能，物體的質(zhì)量越大，離地面越高，物體的重力勢能就越大。 2表達(dá)式：Ep=mgh 即物體的重力勢能等于它所受重力與所處高度的乘積。 3.單位：焦耳，J。 4.標(biāo)量。 5.對重力勢能的理解 重力

6、勢能的相對性：物體的高度總是相對某個(gè)平面來說的，所以重力勢能也是相對于某個(gè)平面來說的，所以我們在講一個(gè)物體具有多少重力勢能時(shí)，我們先選擇一個(gè)參考平面，物體在這個(gè)參考平面上高度為零，重力勢能為零。 參考平面的選取是任意的，視處理問題的方便而定，一般可以選擇地面或者物體運(yùn)動(dòng)所達(dá)到的最低點(diǎn)為參考平面。 如上圖所示，選擇二樓的地面為參考平面，二樓的物體相對參考平面高度為正值，具有正的重力勢能，表示物體的重力勢能比在參考平面上的具有的重力勢能大；一樓的物體相對參考平面高度為負(fù)值，具有負(fù)的重力勢能，表示物體的重力勢能比在參考平面上具有的的重力勢能小。 重力勢能的大小與零勢能參考平面的選取有關(guān)

7、，零勢能參考平面不同，同一點(diǎn)的重力勢能也不同。所以要比較重力勢能的大小時(shí)，應(yīng)該選擇同一個(gè)零勢能參考平面。 不管選取哪一個(gè)零勢能參考平面，ΔEp=EpB-EpA=-2mgh,重力勢能的變化量是不變的，所以重力勢能的變化具有絕對性，與零勢能參考平面的選取無關(guān)。 重力勢能的系統(tǒng)性：重力勢能是物體和地球所組成的系統(tǒng)共同具有的能量。重力勢能跟重力做功密切相關(guān)，而重力是地球與物體之間的相互作用力。也就是說，倘若沒有地球，就談不上重力。所以，嚴(yán)格說來，重力勢能是地球與物體所組成的這個(gè)物體“系統(tǒng)”所共有的，而不是地球上的物體單獨(dú)具有的。 (三)重力做功與重力勢能變化的關(guān)系 如圖所示，質(zhì)量為

8、m的物體自高度h1處的A點(diǎn)，落到高度為h2的B點(diǎn)。左圖只受重力的作用，右圖受到重力和阻力的共同作用。 重力做功：WG=mgh==mg（h1-h2）=mgh1-mgh2 A處的重力勢能：EpA=mgh1 B處的重力勢能：EpB=mgh2 重力勢能的變化量：ΔEp=EpB-EpA=mgh2-mgh1 兩種情況的重力勢能變化一樣，說明物體重力勢能的變化只與重力做功有關(guān)，與其它力做功無關(guān)。 當(dāng)重力對物體做正功時(shí)，物體的重力勢能減少，重力做做多少正功，重力勢能就減少多少；當(dāng)重力對物體做負(fù)功時(shí)，物體的重力勢能增加，重力做做多少負(fù)功，重力勢能就增加多少。 三、課堂小結(jié) 【板書設(shè)計(jì)】

9、 7.4重力勢能 1.重力做功的特點(diǎn)：只與初末位置的高度差有關(guān)，與路徑無關(guān) 2.重力勢能：物體由于被舉高而具有的能量。 Ep=mgh 相對性→參考平面 3.重力勢能的變化量WG=-ΔEp 絕對性 【教學(xué)反思】 在初中階段只是定性的分析了重力勢能和那些因素有關(guān)，那么高中階段就要定量的表示重力勢能的大小，從感性認(rèn)識到理性認(rèn)識的轉(zhuǎn)變。上了這節(jié)課之后，感覺還差了從感性到理性的轉(zhuǎn)變，如果能夠?qū)胍粋€(gè)視屏，不僅能夠更加吸引學(xué)生的注意力，更能使他們對重力勢能有更深刻的理解。 講到重力勢能是標(biāo)量，但是有正、負(fù)的時(shí)候，可以類比溫度，正負(fù)表示的是大?。辉谥v重力勢能的變化量，可以類比速度的變化量，都是由末狀態(tài)的量減去初狀態(tài)的量。從而使學(xué)生能夠更加容易理解，更加容易記住。