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《重力势能》
教
学
设
计
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重力势能
一、教学目标:
1.知识与技能
(1)理解重力势能的概念,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)知道势能的相对性。
2.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。
3.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。
二、教学重点、难点:
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。
难点:势能的系统性和相对性。
三、教学方法:探究法、讲授法、讨论法
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四、教学手段:多媒体辅助教学
五、课时:1 课时
六、教学过程:
[新课导入]
(多媒体投影演示.引发学生有意注意,引导学生进入状态)
(1)打桩机的重锤举高后从高处落下时,为什么能把水泥桩打进地
里?
(2)站在高处石头下面的人为什么感到害怕?
师:从刚才的画面中,同学们想到了什么,从做功和能量转化的角度
分析问。由以上实例可以知道,物体处在一定高度时,就具有了一定
的能量。当它从所处的高度落下时,这些能量就会以做功的方式释放
出来。
师:问:物体由于位于高处而具有的能量是什么能量呢?
生:在初中我们已经学过:物体由于位于高处而具有的能量叫重力势
能。
师:那么重力势能的大小与什么有关?
学生探究:
(1)同一课本从不同高度下落到自己手上,感觉 • • •
(2)不同质量的课本从同一高度下落到自己手上,感觉 • • •
师生分析:重力势能的大小与物体所处高度和质量有关
[新课教学]
(一)重力的功
师:重力做功与什么因素有关呢?我们现在就通过几个例子来探究一
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下。
(多媒体展示教材上的图,让学生独立推导这几种情况下重力做的
功)
师:比较容易做的是哪一个问题?
生:第一个和第二个问题。
师:为什么这两个问题容易研究呢?
生:因为这两个问题中物体运动的路径是直线,所以在研究重力做功
问题上比较容易研究。
师:那么这两个问题的答案是什么呢?
生 l:第一个问题中 WG=mg△h=mghl 一 mgh2
生 2:第二个问题中 WG=mgcosa=mg△h=mgh1 一 mgh2;,和第一个问题
中所求出的答案相同。
师:我们大胆猜想一下,第三个图中重力做的功和前两个是否相等
呢?
生:可能是相等的。
师:我们来验证一下我们的猜想,第三个图的困难在哪里?
生:力做功的路径是曲线。
师:我们怎样突破这个难点呢?
生 1(很为难):这是力在曲线上做功的情况,不容易研究。
生 2:我记得在第二节学习力对物体做功的问题时曾经接触过有关变
力做功的问题。
师(鼓励):说说看,解决的途径是什么?
生 2:曲线问题不容易解决,我们可以把这一条曲线看作由很多小的
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直线组成,这样把每小段直线上重力做的功合起来就是整个过程
中重力做的总功。
师(表扬):这个同学分析得非常好,根据这个同学的分析方法,第三
个问题的答案应该是什么呢?
生:在第三种情况下重力做的功和前两种情况中重力做的功相同。
师:我们可以得到什么样的结论?
生:重力做功与路径无关。
师:既然重力做功与路径无关,那么它与什么因素有关呢?
生:与物体的初末位置有关。
师:假设所说“倾斜的直线”是个斜面,斜面是否光滑对计算“重力
做的功”有影响吗?
生:物体运动时,重力对它做的功跟物体运动的路径无关,只跟它的
起点和终点的位置有关(或者说只与初、末位置的高度差有关)
(二)重力势能
师:重力做功具体的表达式是什么?
生:WG=mgh1 一 mgh2,其中 hl 和 h2 表示物体所处位置的高度。
师:很好,可见物体的重力 mg 与它所在位置的高度 h 的乘积“mgh”
是一个具有特殊意义的物理量。
师:怎样定义物体的重力势能?
生:我们把物理量 mgh 叫做物体的重力势能。
师:为什么可以这样来进行定义?
生:这是因为 mgh 这个物理量的特殊意义在于它一方面与重力做功密
切相关,另一方面它随高度的变化而变化。
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师:重力势能的表达式是什么?用文字怎样叙述?
生:Ep=mgh,物体的重力势能等于它所受到的重力与所处高度的乘积。
师:重力势能是矢量还是标量?
生:与所有的能量一样,重力势能也是标量。
师:重力势能的单位是什么?符号是什么?
生:重力势能和其他能量一样,它们的单位和功的单位相同,都是焦
耳,符号是 J。
1 J=1 kg﹒ m﹒s-2﹒ m=1N﹒m
(三)重力做功与重力势能变化的关系
师:有了重力势能的表达式,重力做的功与重力势能的关系可以写为
WG = mgh1-mgh2=Ep1 - Ep2
生:当物体由高处向低处运动时,重力做正功,物体重力势能减少,
也就是 WG>0,Ep1>Ep2;当物体从低处运送到高处时,重力做负功
(或者说物体克服重力做功),重力势能增加,也就是 WG