第2节势能的变化

1、势能的改变教学案例设计温州中学 韩叙虹【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。【学生分析】1高一学生认识事物的特点是：开始从具体的形象思维向抽象逻辑思维过渡，但思 维还常常与感性经验直接相联系，仍需具体形象的图片画面来支持。2学生在初中时已接触过重力势能的概念，在高中阶段要定量的学习重力势能。 3学生已学习了功的概念和计算方法。通过

2、重力做功的计算来判断重力势能的变化。【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。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

3、战自然，更在于能动的改造自然。【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】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】一、新课

4、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一一雪崩。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

5、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

6、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。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，我们可否通过“力做了多少功，对应的重力势

7、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）m图1h图2m J一一 一 1 2如图1，小球做自由落体运动，由动能定理mgh= mv ;由能量守恒”（动能由重力势能转化而来）重力势能等于动能即Ep= mv2，所以Ep=mgh2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Wp=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

8、） 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?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

9、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：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）2m=2kg, h=50m, hi=10m, g=10m/s规定的花盆在各点处 的重力势能花盆仅在重力作用下花盆在重力和阻力作用下零势面重力势能的改变重力做功重力势能的改变重力做功地面Epa=1000JEpb =200J-800J800J-800J800J

10、三楼Epa=800JEpb =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

11、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物体下落，重力做正功 mgh，重力势能减少cEp二-mgh，物体上升，重力做负功 mgh，重力势能增加.：E= mgh。3楼搬过渡语：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 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

12、，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

13、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. Ep=WgB. Ep=WG+W

14、fC. E k= - Ep-WfD. E k = E p+W g +W f（五）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 。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深，我们开始变得乐于挑战 这种能量（攀岩运动）。甚至在可以控制的范围内享受重力势能带给我的种种乐趣（过山车）。但是科学的意义不仅仅是认识自然，挑战自然，更在于能动的利用自然！介绍水力发 电（水力发电的图片）。【教学后记】本节课在教学设计上遵循学生的认知规律，遵循辩证唯物主义的认识论，使学生对重 力势能概念的建立和理解有一个从感性到理性，从定性到定量的过程，使学生对物理概念 和规律的学习并不感到突然和困难。本节课运用“实验（举例）一一理论探究归纳一一实例研究”教学方法，把“实验观 察、学生讨论、教师讲解”融合在一起。本着“学生主体，教师主导”的原则，在特定情 景下的实例研究，让学生感到新鲜好奇，讨论问题积极主动，自主地总