2019-2020年高中物理 7.4《重力勢(shì)能》優(yōu)秀教案 新人教版必修2.doc
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2019-2020年高中物理 7.4《重力勢(shì)能》優(yōu)秀教案 新人教版必修2 重力勢(shì)能及其相對(duì)性是本節(jié)的主要教學(xué)內(nèi)容.教材從分析重力做功與路徑無(wú)關(guān)入手，來建立重力勢(shì)能的概念.按照“以學(xué)生為主體”新課程標(biāo)準(zhǔn)要求，在這一環(huán)節(jié)，要讓學(xué)生親自動(dòng)手算一算這兩種情況下重力對(duì)物體做了多少功，來加深對(duì)探究過程的理解.正是因?yàn)橹亓ψ龉τ羞@樣的特點(diǎn)，才引入重力勢(shì)能的概念，對(duì)這一點(diǎn)學(xué)生會(huì)感覺比較困難.這一認(rèn)知是逐漸建立起來的，在這里要求不宜過高.教師可以幫助學(xué)生回憶，在“追尋守恒量”一節(jié)中，給出了勢(shì)能的定義，“物體勢(shì)能是物體憑借其位置而具有的能量.”啟發(fā)學(xué)生思考，請(qǐng)學(xué)生說一說重力勢(shì)能應(yīng)該與哪些物理量有關(guān).經(jīng)過討論，學(xué)生會(huì)得出，重力勢(shì)能應(yīng)跟物體在地球的相對(duì)位置有關(guān)，還應(yīng)與物體受到的重力有關(guān).本節(jié)重點(diǎn)講述重力勢(shì)能及其相對(duì)性，重力勢(shì)能的變化以及與重力做功的關(guān)系.重力做正功時(shí)，重力勢(shì)能減少，克服重力做功(重力做負(fù)功)時(shí)，重力勢(shì)能增加，關(guān)于這個(gè)關(guān)系，學(xué)生往往不易理解，教學(xué)時(shí)最好能結(jié)合一些實(shí)例，從能量轉(zhuǎn)化的角度分析，解開學(xué)生的困惑，例如可舉在自由落體運(yùn)動(dòng)中，重力做正功，重力勢(shì)能減少，同時(shí)由動(dòng)能定理可知，動(dòng)能增加,重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，這樣做，也可以為下一節(jié)講解機(jī)械能守恒定律作好準(zhǔn)備. 為了突出重點(diǎn)，突破難點(diǎn)，采用學(xué)生實(shí)際操作、推理和互動(dòng)探究的方法，學(xué)生對(duì)計(jì)算結(jié)果分析，先思索由結(jié)果發(fā)現(xiàn)什么問題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，然后由教師層層提出問題，分析問題，逐步解決問題，使學(xué)生理解和掌握本節(jié)的知識(shí).關(guān)于重力做功與路徑無(wú)關(guān)和彈性勢(shì)能的教學(xué)：只要求學(xué)生知道即可. 教學(xué)重點(diǎn) 重力勢(shì)能的概念及重力做功跟物體重力勢(shì)能改變的關(guān)系. 教學(xué)難點(diǎn) 重力勢(shì)能的系統(tǒng)性和相對(duì)性. 課時(shí)安排 1課時(shí) 三維目標(biāo) 知識(shí)與技能 1.理解重力勢(shì)能的概念，會(huì)用重力勢(shì)能的定義式進(jìn)行計(jì)算. 2.理解重力勢(shì)能的變化和重力做功的關(guān)系.知道重力做功與路徑無(wú)關(guān). 3.知道重力勢(shì)能的相對(duì)性. 4.了解彈性勢(shì)能. 過程與方法 1.根據(jù)功和能的關(guān)系，推導(dǎo)出重力勢(shì)能的表達(dá)式. 2.學(xué)會(huì)從功和能的關(guān)系上解釋和分析物理現(xiàn)象. 3.通過實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握科學(xué)的研究方法——控制變量法；培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力. 4.通過對(duì)結(jié)果的分析，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散性思維，及分析、推理、歸納的能力. 情感態(tài)度與價(jià)值觀 1.通過對(duì)實(shí)驗(yàn)操作、觀察、討論，以及得出本節(jié)課物理知識(shí)的過程和方法，激發(fā)學(xué)生探索的興趣和熱愛科學(xué)的精神. 2.滲透從對(duì)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. 課前準(zhǔn)備 自制課件、事先搜集各種投影圖片；大小不一的兩個(gè)鐵塊、自制小桌、盛滿沙的盒子等. 教學(xué)過程 導(dǎo)入新課 故事導(dǎo)入 1994年7月7日，蘇梅克列維9號(hào)彗星以60 km/s的速度，向木星飛馳而去.第一顆彗核撞上了木星，緊接著，其余的彗核也接二連三地向木星撞擊，這一壯烈的天體碰撞，持續(xù)了5天才告結(jié)束.碰撞產(chǎn)生了相當(dāng)于20億顆原子彈爆炸的威力，產(chǎn)生的火球，直徑達(dá)10 km，溫度達(dá)到7 000 ℃，產(chǎn)生的光亮在數(shù)億千米外也能拍到，騰起的蘑菇云極為壯觀，形成的塵埃云團(tuán)與地球同樣大小，并存在了幾個(gè)月之久. 教師引導(dǎo)學(xué)生思考討論：為什么彗星撞擊木星時(shí)會(huì)產(chǎn)生如此大的能量呢? 情景導(dǎo)入 大屏幕投影展示下面幾幅圖片，讓學(xué)生自己仔細(xì)觀察，并自己提出問題來討論. 2002年9月21日上午，俄羅斯高加索北奧塞梯地區(qū)的一個(gè)村莊發(fā)生雪崩，造成至少100人失蹤 美國(guó)內(nèi)華達(dá)州亞利桑那隕石坑。這個(gè)隕石坑是5萬(wàn)年前，一顆直徑約為30—50米的鐵質(zhì)流星撞擊地面的結(jié)果.據(jù)說，坑中可以安放下20個(gè)足球場(chǎng)，四周的看臺(tái)則能容納200多萬(wàn)觀眾 參考問題：1.我們看到一個(gè)冰天雪地、廣袤無(wú)垠的銀色世界，它帶給人們的是圣潔、平和、寧?kù)o的感受，一種心靈的洗滌.但是一旦大量積雪從高處滑下形成雪崩.一面面白茫茫的雪墻排山倒海而來，你將感受到大雪崩所帶來最令人驚心動(dòng)魄的白色恐懼，將對(duì)人們的生命與財(cái)產(chǎn)帶來災(zāi)難……為什么這么漂亮的雪花有如此大的破壞力？發(fā)生的雪崩為什么具有這么大的能量？ 2.通過美國(guó)內(nèi)華達(dá)州亞利桑那的隕石坑現(xiàn)象，你能說出這么大的能量與哪些因素有關(guān)？ 實(shí)驗(yàn)引入 教師利用課前準(zhǔn)備好的實(shí)驗(yàn)儀器：自制小桌、鐵塊（一大一小兩個(gè)）、盛滿沙的小盒,如圖.先讓學(xué)生猜測(cè)重力勢(shì)能的影響因素. 通過學(xué)生分組討論，由學(xué)生代表表述自己的想法，重力勢(shì)能的影響因素有哪些？然后分別設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證學(xué)生的猜想. 推進(jìn)新課 一、重力的功 問題：物體的重力勢(shì)能跟哪些影響因素有關(guān)呢？ 通過重力勢(shì)能的定義，引導(dǎo)學(xué)生找出重力勢(shì)能的影響因素：物體的質(zhì)量與高度.具體的關(guān)系，要求學(xué)生設(shè)計(jì)具體的物理情景來探討. 情境設(shè)置：把自制的物理小桌放在盛滿沙的盒子中，比較質(zhì)量不同的兩個(gè)鐵塊落在小桌上時(shí)小桌陷入的深度；比較同一鐵塊從不同的高度落在桌子上陷入的深度. 實(shí)驗(yàn)一：用質(zhì)量不同的兩個(gè)鐵塊從同一高度釋放，觀察小桌陷入沙子中的深度. 實(shí)驗(yàn)二：用同一個(gè)鐵塊從不同高度釋放，觀察小桌陷入沙子中的深度. 學(xué)生認(rèn)真操作實(shí)驗(yàn)，并記錄觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象. 現(xiàn)象：在實(shí)驗(yàn)一中，鐵塊的質(zhì)量越大，小桌陷入沙子中的深度越大；在實(shí)驗(yàn)二中，鐵塊釋放的高度越高，小桌陷入沙子中的深度越大. 通過以上實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，學(xué)生深切感受兩個(gè)影響因素對(duì)重力勢(shì)能的影響，并從中總結(jié)具體是怎樣影響的： 物體的質(zhì)量越大，高度越大，重力勢(shì)能就越大. 因此，要研究重力勢(shì)能，就不能脫離對(duì)重力做功的研究. 重力做功的特點(diǎn)： 創(chuàng)設(shè)情景，引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)重力做功的特點(diǎn):如圖，提出物體從A到C的幾種情況，讓學(xué)生寫出在這幾種情況下，物體從A→C，重力做的功： 圖A是物體由A做自由落體到B，再水平運(yùn)動(dòng)到C，容易得出此過程中，重力做功為mgh； 圖B是物體沿斜面由A滑到C，重力做功為：mgssinθ=mgh； 圖C是物體沿曲面由A滑到C，可以把曲面看成很多段小斜面組成，利用圖B的結(jié)論可以得出，重力做功也為mgh.還可從A到BC面畫任意路徑讓學(xué)生求重力做功，可以看出結(jié)論都為mgh. 學(xué)生從以上三個(gè)過程的推導(dǎo)中容易得到重力做功的特點(diǎn)：重力做功與路徑無(wú)關(guān)，只與物體起點(diǎn)和終點(diǎn)位置的高度差有關(guān). 思維拓展 重力做功與路徑無(wú)關(guān)，其他力(比如摩擦力)做功是否與路徑有關(guān)？回答是肯定的.可見，重力做功的特點(diǎn)不能亂用，要視具體力而定.同時(shí)提醒學(xué)生，今后學(xué)習(xí)中還會(huì)遇到具有這種特點(diǎn)的力（例如電場(chǎng)力）. 如右圖所示，指導(dǎo)學(xué)生計(jì)算質(zhì)量為m的物體，從A運(yùn)動(dòng)到B的過程中，重力做的功是多少？ 小球的質(zhì)量為m，從高度為h1的A點(diǎn)下落到高度為h2的B點(diǎn)，如圖所示，重力所做的功為： WG=mgΔh=mgh1-mgh2 從上面的表達(dá)式，可以看出重力做功的大小等于重力跟起點(diǎn)高度的乘積mgh1與重力跟終點(diǎn)高度的乘積mgh2兩者之差. 點(diǎn)評(píng)：引導(dǎo)學(xué)生逐步認(rèn)識(shí)mgh1、mgh2兩個(gè)量是用來描述初末狀態(tài)能量特點(diǎn)的，為重力勢(shì)能概念的提出作思路引導(dǎo). 二、重力勢(shì)能 復(fù)習(xí)勢(shì)能的概念：相互作用的物體憑借其相對(duì)位置而具有的能量，稱為勢(shì)能. mgh這個(gè)物理量具有特殊的物理意義，一方面與重力做功有關(guān)（相互作用），又隨高度的變化而變化（憑借其相對(duì)位置），具有了勢(shì)能的特征.物理學(xué)中，把物理量mgh叫做物體的重力勢(shì)能，用Ep表示. 點(diǎn)評(píng)：教師在分析重力做功的基礎(chǔ)上，分析勢(shì)能的兩個(gè)主要特征，mgh同時(shí)具備兩個(gè)主要特征，重力勢(shì)能概念的提出就水到渠成. 師生共同討論，理解Ep=mgh，主要采取講授式： 1.標(biāo)矢性：標(biāo)量 2.單位：焦耳（J） 問題:重力做功引起了物體位置的變化，物體位置變化引起重力勢(shì)能變化，重力做功與重力勢(shì)能變化有什么關(guān)系呢？ 引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)：重力做功也可以寫成WG=Ep1-Ep2 當(dāng)物體下落時(shí)，重力做正功mgh，WG>0，即Ep1>Ep2，這說明，重力做功，重力勢(shì)能Ep減少，減少的值等于重力所做的功. 同理，當(dāng)物體上升時(shí)，重力做負(fù)功-mgh，重力勢(shì)能Ep增加的值等于重力所做的功，要注意的是，重力做負(fù)功也可以說成物體克服重力做功.重力做功是重力勢(shì)能變化的量度. 三、重力勢(shì)能的相對(duì)性 問題：將一個(gè)質(zhì)量為5 kg的鐵球放在4樓一張1.5 m高的桌子上，已知每層樓的高度均為2.5 m，求鐵球的重力勢(shì)能. 要求學(xué)生分組計(jì)算，讓各小組代表自由表述自己的計(jì)算結(jié)果，教師暫不作評(píng)價(jià).預(yù)測(cè)學(xué)生的計(jì)算情況，在高度的數(shù)值代入上有不同的意見.出現(xiàn)計(jì)算上的矛盾，此時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生感受由于參考面的選取不同，給計(jì)算造成了不便，無(wú)法計(jì)算.因?yàn)闆]有說明物體的高度是以什么位置為零高度. 請(qǐng)學(xué)生分別寫出上圖中以B和地面C為零點(diǎn)的物體的重力勢(shì)能：Ep1=mgh1，Ep2=mg(h1+h2)，（h1=AB，h2=BC）. 總結(jié)：1.重力勢(shì)能具有相對(duì)性，是與零點(diǎn)選取有關(guān)的，因此在表達(dá)重力勢(shì)能時(shí)，要指明勢(shì)能零點(diǎn)的位置.我們把重力勢(shì)能為零的水平面叫做零勢(shì)能面.通常以水平地面為零勢(shì)能面. 2.對(duì)選定的參考平面而言，在參考平面上方的物體，高度是正值，重力勢(shì)能也是正值；在參考平面下方的物體，高度是負(fù)值，重力勢(shì)能也是負(fù)值.物體具有負(fù)的重力勢(shì)能，表示物體在該位置具有的重力勢(shì)能比在參考平面上具有的重力勢(shì)能要少. 自主學(xué)習(xí)：學(xué)生分別寫出以B和地面C為零點(diǎn)情況下，物體落在B和落在地面C上時(shí)與初態(tài)的重力勢(shì)能差：ΔEp1=-mgh1,ΔEp2=-mg(h1+h2)，這是與零點(diǎn)選取無(wú)關(guān)的. 師生總結(jié)：不論我們?nèi)绾芜x擇參考系，對(duì)于一物理過程，重力勢(shì)能的改變是一定的.我們今后的學(xué)習(xí)中，更多地是研究某物理過程中重力勢(shì)能的變化，這時(shí)我們就可以適當(dāng)選擇參考系使問題簡(jiǎn)化，而不會(huì)影響結(jié)果. 課堂訓(xùn)練 1.分析判斷下列幾種說法是否正確. （1）物體在末位置的重力勢(shì)能與物體如何運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)； （2）物體在地球表面和月球表面上的重力勢(shì)能相等； （3）一個(gè)靜止的物體重力勢(shì)能為負(fù)值時(shí)，說明物體無(wú)做功本領(lǐng). 2.起重機(jī)以的加速度將質(zhì)量為m的物體勻減速地沿豎直方向提升高度h，則起重機(jī)鋼索的拉力對(duì)物體做的功為多少？物體克服重力做功為多少？物體的重力勢(shì)能變化了多少？ 3.關(guān)于重力勢(shì)能，下列說法中正確的是（ ） A.物體的位置一旦確定，它的重力勢(shì)能的大小也隨之確定 B.物體與零勢(shì)面的距離越大，它的重力勢(shì)能也越大 C.一個(gè)物體的重力勢(shì)能從-5 J變化到-3 J，重力勢(shì)能減少了 D.重力勢(shì)能的減少量等于重力對(duì)物體做的功 參考答案 1.第一種說法正確. 解析：（1）把重力勢(shì)能的決定因素和實(shí)際問題的給定條件相比較； （2）正確理解重力勢(shì)能是系統(tǒng)具有的，系統(tǒng)發(fā)生變化時(shí)，重力勢(shì)能如何變化； （3）理解重力勢(shì)能的正、負(fù)與物體做功之間的關(guān)系. 2.解析：由題意可知起重機(jī)的加速度a=，物體上升高度h， 據(jù)牛頓第二定律得 mg-F=ma，所以F=mg-ma=mg-m 方向豎直向上. 所以拉力做功WF=Fhcos0=mgh 重力做功WG=mghcos180=-mgh 即物體克服重力做功為mgh 又因?yàn)? WG=Ep1-Ep2=-mgh WG<0，Ep1下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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