《势能的改变》教案5

势能的改变势能的改变 教材分析教材分析 势能的改变 是下节 能量守恒定律 的知识基础 是本章的一个重要知识点 本 节进述重力势能及其相对性 重力势能的变化以及与重力做功的关系 由于与动能定理的 表述不一致 学生往往不易理解 教学时最好能结合一些实例 从功能关系 能量转化的 角度分析 解开学生的困惑 为下节讲机械能守恒定律做好准备 教学目标教学目标 知识与技能 1 理解重力势能的概念 能用重力势能的表达式计算重力势能 知道重力势能具有相 对性 重力势能的变化具有绝对性 2 理解重力做功与重力势能的关系 并能用这一结论解决一些简单的实际问题 知道 重力做功与运动路径无关 3 理解重力功是物体重力势能变化的量度 4 知道弹性势能的初步概念 过程与方法 1 经历发散思维和理论探究归纳能力 2 体会用 实验法 和 理论推导 相互验证研究问题的方法 情感态度与价值观 1 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 2 预防高空坠物的社会公德教育 增强民族自豪感和荣誉观念 3 体验科学不仅仅是认识自然 挑战自然 更在于能动的改造自然 重点难点重点难点 重点 重力势能的的概念及重力做功跟重力势能改变的关系 难点 重力势能的相对性 重力势能变化的绝对性 设计思想设计思想 本节课的教学方法采用 理论探究法 实验法 讲授法 归纳法 通过惊心动魄的雪崩视频引入新课 激发学生求知的欲望 重力势能与高度和重力的 关系 让学生通过演示实验 来学习体验应用 控制变量法 与 比较法 定性研究 通 过设计物理过程体会 理论探究法 定量研究 通过实例计算来认识重力势能的相对性以 及重力势能变化的绝对性 从而突破教学难点 根据功和能的关系 推导重力做功跟重力 势能改变的关系 加深理解功是能量转化的量度 教学过程教学过程 一 新课引入 作为南方的我们看到一个冰天雪地 广袤无垠的银色世界 它带给人们是圣洁 平和 宁静的感受 一种心灵的洗涤 但是一旦大量积雪从高处滑下形成 雪崩 一面面白 茫茫的雪墙排山倒海而来 你将感受到大雪崩所带来最令人惊心动魄的白色恐惧 将对人们 的生命与财产带来灾难 我们将其形容为白色的灾难 为什么这么漂亮的雪花有如此大的破坏力 是因为它们具有能量 只要一有机会 就 会通过做功把这种能量释放出来 我们将这种能量叫重力势能 功是能量变化的量度 能功是能量变化的量度 能 量的变化通过做功来实现量的变化通过做功来实现 定义 地球上的物体由于处于一定的高度而具有的能量 我们把这种能量叫做重力势 能 用EP表示 二 教学过程 一 重力势能 第一层次 探究EP mgh 提出问题 重力势能的大小与什么因素有关 建立假设 师 同学们可以根据已有的知识和经验 大胆提出自己的假设 并且说明你的理由 生 高度有关 由定义 地球上的物体由于处于一定的高度而具有的能量 我们把 这种能量叫做重力势能 例如 放在地面上的石头没有杀伤力 一旦从较高处落下 就 会很危险 一个杠铃放在你的脚边 你一定不觉得什么 但是如果把它悬挂在你的头顶之 上 那一定会让你如坐针毡 禁止高空抛物 高层建筑在施工时必须有 工程防护网 等 渗透社会公德教育 预防高空坠物的危险 生 与物体的质量 重力 有关 如果悬挂在头顶之上的是一团棉花 不是杠铃 就 不会觉得可怕 如果你的头顶电线下悬挂的不是日光灯 而是200千克的杠铃 你有何感 受 生 与质量和高度都有关系 教师做好对学生的即时性评价 检验假设 实验定性检验 出示实验器材 透明玻璃容器 或塑料桶 报纸 大小相同而质量不同的两个小球 以报纸是否被小球击破来体现势能的大小 这样实验效果明显 可见度大 教师演示 要求通过3个实验步骤 能够科学严谨的说明重力势能的大小与质量和高度 之间的定性关系 教师引导 前面我们已学过 物体所具有能量越大 对外做功的本领就越强物体所具有能量越大 对外做功的本领就越强 得到 同一高度的物体 质量越大 重力势能越大 质量相同的物体 高度越高 重力势能越大 理论定量推导 师 功是能量变化的量度功是能量变化的量度 我们可否通过 力做了多少功 对应的重力势能就有多少 发生变化 的角度 来定量推导重力势能的表达式 你能设计一个物理过程来从理论上定量推导重力势能与重力mg和高度h的关系 学生讨论 设计物理过程 并发表自己的设想 可能的设想 教师随手演示 如图1 小球做自由落体运动 由动能定理mgh 由 能量守恒 动能由重 2 2 1 mv 力势能转化而来 重力势能等于动能即EP 所以EP mgh 2 2 1 mv 如图2 将物体竖直向上匀速抬高h 由平衡条件F mg 则F做功为WF Fh mgh 由功能关系得到 EP WF Fh mgh 得出结论 EP mgh 第二层次 理解EP mgh 主要采取讲授式 标矢性 标量 单位 焦耳 J 相对性 Ep与参考平面 零势能面 的选择有关 系统性 重力势能为地球与物体所共有的 重力势能具有系统性 为了叙述方便 可以说成是某一物体的重力势能 相对性的教学 h m 图 1 h m 图 2 出示电视剧 雪城 主题曲 心中的太阳 歌词片段 山上有棵小树山下有棵大树 我不知道我不知道我不知道 那个更大那个更高 学生讨论 相对高度和绝对高度的意义 教师引导 零高度的参考平面对应零势能参考平面 说明规定零势能参考平面的必要 性 举例深化 通过的例子 书放在课桌上 分别以地面和桌子作为参考面 讨论重力势 能 教师随手演示 来说明 重力势能的正负含义 一般情况下以地面作为零势能的参考 平面 重新指出 图1 图2定量推导时是以地面为参考平面的 使推导更加有科学性和完 整性 过渡语过渡语 功是能量变化的量度功是能量变化的量度 有力做功就有对应的能量发生变化 物体重力势能发 生变化与什么力做功相对应呢 生 重力 二 重力做功与重力势能的改变 1 实例探究 举例 一只花盆从16楼窗台落地 根据给出数据计算填表 事先印发 学生讨论探究 从表格中能总结出什么规律 分组讨论 交流 教师引导总结 花盆仅在重力作用下花盆在重力和阻力作用下规定的 零势面 花盆在各点处 的重力势能 重力势能的改变 重力做功重力势能的改变重力做功 m 2kg h 50m h1 10m g 10m s2 A 16 楼 B 3 楼 地面 EPA 1000J EPB 200J 800J800J 800J800J 三楼 EPA 800J EPB 0 800J800J 800J800J 教师引导的方向 重力势能与零势面选取有关吗 物体在某两点间重力势能的改变 与零势面选取有关吗 指出改变量是末状态量减去初状态量 物体在某两点间重力势能的改变与重力做功有什么关系 与是否有除重力之外的其 他力存在或参与做功有关吗 学生总结规律 重力势能的具有相对性 相对于不同的参考平面重力势能的大小不同 确定了参考 平面 物体重力势能才有确定值 重力势能的变化与零势能面的选取无关 具有绝对性 重力势能的变化与重力做功的关系 花盆下落 这一过程中重力做正功 重力势能减少 重力做多少功 重力势能减少多 少 与是否有除重力之外的其他力存在或参与做功无关 2 变式深化 若用吊篮将花盆从3楼竖直吊回16楼 运动方式有匀速上升 匀加速上升 花盆的重 力势能分别如何变化 重力对花盆做功分别又将如何 若乘电梯将花盆从3楼运到16楼 花盆的重力势能如何变化 重力对花盆做功又将如 何 3 归纳总结 重力做功是重力势能变化的量度重力做功是重力势能变化的量度 物体下落 重力做正功 重力势能减少 mghmghEp 物体上升 重力做负功 重力势能增加 mgh mghEp Gp WE 过渡语过渡语 上面我们讨论花盆的运动都是在竖直方向 如果某人爬楼梯将花盆从3楼搬到 16楼 重力对花盆做功又将如何 三 重力做功和物体运动路径的关系 学生讨论 小孩以不同的路径从某一高度回到地面 重力对小孩做 功大小有什么关系 为什么 教师引导 从 力做功的两个要素 力与力方向上的 位移 的角度思考 从功能关系 重力做功是引起物体重力势 能变化的唯一因素的角度思考 结论 重力做功只与物体始末位置的高度差有关 与路径无关 进一步说明 重力重力 做功的特点决定重力势能变化的绝对性 做功的特点决定重力势能变化的绝对性 重力势能的变化只与重力做功有关 与物体是重力势能的变化只与重力做功有关 与物体是 否受到其他力 和其他力是否做功无关否受到其他力 和其他力是否做功无关 四 课堂练习 运用重力势能的知识解决问题 训练1 新闻图片 设置情境 在雅典奥运会举重男子69公斤级比赛中 中国选手张国政以抓举160公斤 挺举187 5 公斤 总成绩347 5公斤获得金牌 这也是中国代表团在本届奥运会上的第11枚金牌 张国政制胜的一举 挺举187 5kg 杠铃被举高约2m 试求 1 杠铃的势能变化多少 2 重力做功多少 张国政能在短时间内爆发出如此巨大的功率绝非一日之功 为了能为祖国争得荣誉 运动员在平时的训练中付出心血 训练2 一位同学说 若以喜马拉雅山的山顶为零势能参考平面 则长江山峡的水库所 储备的大量水的势能是负值 所以它就不能发电了 你认为此同学的说法对吗 为什么 训练3 选做 做竖直上抛运动的物体 在上升到某一高度时 重力势能的改变量为 EP 动能的改变量为 EK 物体克服重力做功WG 物体克服空气阻力做功Wf 则下列关系 正确的是 A A E EP P W WG G B B E EP P W WG G W Wf f C C E EK K E Ep p W Wf f D D E EK K E Ep p W WG G W Wf f 五 弹性势能 据课时情况 可以让学生自学 生活中还有一些物体既没有运动也没有很大的高度却同样 储存 着能量 哪怕它只 是孩童手里的玩具 图片 弹弓 张紧的弓一撒手就会对箭支做功改变它的动能 松弛的 弓有这样的本领吗 同样是弓前者具有能量而后者没有 那么什么情况下物体才具有这种 能量呢 张紧的弓在恢复原状的过程会对外做功 但是拉断的弓还能有做功的本领吗 1 定义 物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能 2 弹性势能的大小与哪些因素有关呢 小实验 出示玩具弓箭 可以上发条的小汽车 让学生自己做实验 弓箭的皮筋拉得越长 恢复原状时对塑料箭做功越多 塑料箭获得的动能越大 射得 越远 发条上的越紧 小车运动的时间越长 学生总结 弹性势能的大小同弹性形变的大小有关 弹性形变越大 弹性势能也越大 教师强调 弹簧处与原长时弹性势能为0 弹簧的伸长和压缩的长度相同则弹性势能也 相同 举例 生活中还有那些利用弹性势能的例子呢 拉伸或压缩的弹簧 球拍 撑杆跳高 跳板跳水等 3 势能 由相互作用的物体的相对位置决定的能量 重力势能 由地球和物体间相对位置决定 弹性势能 由发生形变的各部分的相对位置决定 六 课堂小结 1 重力势能是地球和地面上的物体共同具有的 重力势能的大小具有相对性 确定了 参考平面 物体重力势能才有确定值 但重力势能的改变是绝对的 2 重力做功与物体的运动路径无关 只跟物体运动的始末位置有关 3 重力做功是重力势能变化的量度重力做功是重力势能变化的量度 教师总结 关于人类与重力势能的认识 是一个从恐惧到挑战直到利用的过程 人们对重力势能的恐惧感是与生俱来的 雪崩 泥石流 2006年2月17日泥石流突袭菲 律宾2000人丧生 但是随着人们通过生产实践中对重力势能的认识的逐步加