《重力势能》案例设计(最终稿)

1、新人教版必修2重力势能教学设计娄云雷（温州市第十一中学 325200）【设计思想】1、学生的知识建构上看：按照新课程标准的要求，本着“学生主体，教师主导”为原则，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。2、教学方法上看：为了突出重点，突破难点，运用“实验（举例）理论探究归纳实例研究”的教学方法。具体地，将“实验操作、学生讨论与教师引导”融合在一起，让学生体验定性实验的研究方法；对观察现象、计算结果的分析，启发学生思索由现象结果发现问题，层层提出问题，逐步分析

2、解决问题，从而体会“理论探究”的定量研究方法；在特定情景下实例、小实验的研究，从而激发学生探索自然，利用规律改造自然造福人类的精神，将情感目标融合课堂于“无形”之中。3、教学效果上看：根据因材施教，保底拔尖的原则，练习题力争层次化、系统化，保证量与质的适变性。另外，选题既具有实际意义，体现“从生活到物理，从物理到社会”的新理念，又具有情感教育的功能。设计流程图：通过实例探究WG=-EP关系结合生活理解EP=mgh总结提升练习反馈举生活现象分析重力做功特点实验定性探究重力势能理论探究过程得出EP=mgh视频引入重力势能概念【教材分析】“重力势能”是人教版高中物理（必修2）第五章“机械能及其守恒定

3、律”的第四节内容，也是本章“机械能守恒定律”的知识基础之一。与以往教材相比，本教材分析了重力与路径无关的问题。对于物体沿任意曲线运动的情况，可以加深对极限思想的认识。新教材前面学习了功的概念和计算方法，本节讨论的是有关重力势能的问题，而解决重力势能离不开重力做功，所以本节课的重点和难点定位为研究重力做功和重力势能变化之间的关系。教材由浅入深从三个层次展开对重力势能的讨论：第一层次：实验探究。通过实验设计探究，寻找与重力势能有关的因素，感悟功能关系。第二层次：理论归纳。课堂上创设情景，通过对小球沿不同路径下落的理论探究及归纳，认识重力做功与路径无关，得出mgh是具有特殊意义的物理量。第三层次：实

4、例分析。根据“说一说”及实例讨论，知道重力势能的相对性，从而掌握重力做功与重力势能变化的关系，初步建立势能是系统共有的概念。教学中，可以从“实验探究、理论归纳、实例分析”三方面层层突破重难点。教材不要求掌握物体做曲线运动时重力做功的表达式的推导方法。【学情分析】1、本校学生是温州市直近最低分录取的，所以基础相对比较差。2、高一学生认知特点是：从具体的形象思维向抽象逻辑思维过渡，仍需从具体形象的图片、视频画面的感性经验逐步转化为理性认识。3、学生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及体验建立过程；本章前面已学习了功的概念和计算方法，本节通过重力做功的计算来判断重力势能的变

5、化。4、本节学生在学习过程中，很容易将重力势能与重力势能的改变混淆。因此，本节设计了学生动手实验操作、理论的归纳与讨论、实例的结合，从功能关系、能量转化的角度，解开学生的困惑。【教学目标】（一）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、理解重力做功是物体重力势能变化的量度。（二）过程与方法：1、经历“以理思物”的发散思维和“见物思理”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。（三）情感

6、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、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】教学重点：重力势能的的概念及重力做功跟物体重力势能改变的关系。教学难点：重力势能的相对性、重力势能变化的绝对性。【教学策略与手段】采用“5步3段教学模式（策略）”资料反馈评价小结创设情景理论归纳知识展示理解掌握实例展示综合应用创新提出目标实验观察探究第一阶段第二阶段第三阶段 教学方法：实验法、探究法、讲授法、发现法【课前准备】1、学生预习本课内容，2人一小组发给实验器材。教师印发课堂例题及练习。2、教学器材：透明塑料

7、桶（适量细沙）、质量相等的两个小钢球和质量不等的另一个钢球、电脑、PPT投影仪、极限特工视频片段【教学过程】（一）引入新课图1教师活动：播放视频极限特工中雪崩的场景，激发学生学习兴趣。介绍：满天飞舞的雪花给人们带来恬静、美丽的感受，但是大量的积雪从山上滑下形成的雪崩，一面面白茫茫的雪墙以排山倒海之势，推毁沿途一切，给人类、自然界带来灾难！我们将其形容为白色的灾难。学生活动：观看，思考。（感知物体在一定高度具有做功的本领。）教师提问：为什么这么漂亮的雪花有如此大的破坏力？是因为它们具有潜在能量。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。学生回忆讨论，总结。定义：地球

8、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。教师提问：为什么物体被举高后就具有能量？（引导）点评：通过学生讨论总结，由于物体被举高后有做功的本领，表明物体具有某种形式的能量。从而渗透：功是能量变化的量度，能量的变化通过做功来实现。为下面实验定性检验作理论铺垫。（二）教学过程1、重力势能第一层次：定性探究重力势能的大小与什么因素有关？程序一：提出问题：重力势能的大小与什么因素有关？程序二：建立假设。教师提问：同学们可以根据已有的知识和生活中的经验，大胆提出自己的假设与想法，并且说明你的理由。学生可能的回答：1、与高度有关。举例：放在地面上的石头没有杀伤力，一旦

9、从较高处落下，就会很危险；一个杠铃放在你的脚边，你一定不会感觉到，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。点评：渗透社会公德教育预防高空坠物的危险。2、与物体的质量（重力）有关。举例：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？3、与质量和高度都有关系。图2点评：及时表扬，感知高度或质量变化对重力势能的影响。程序三：检验假设。实验探究影响小球重力势能大小的因素有哪些？出示实验器材：透明塑料桶（适量细沙）、质量相等的两个小钢球和质量不等的另一

10、个钢球。如图2所示。出示表格：（分组完成小球落入沙中的实验，填写下列表格）实验实验现象哪个小球重力势能大理由质量不相等的两个小球从同一高度下落质量相等的两个小球从不同高度下落引导学生通过2个实验步骤进行：1、在一个玻璃容器内放入沙子，拿两个质量相同的小钢球从不同的高度释放，使其落到沙子中，观察铁球落入的深度。2、将质量不同的两个小球从同一高度释放，观察它们落入沙子中的深度。学生叙述实验现象，填入表格。提出问题：通过对实验现象的分析，你得到什么结论？（老师引导学生思考：物体所具有的能量越大，对外做功的本领越强。）学生讨论得到：同一高度的物体，质量（重力）越大，重力势能越大；质量（重力）相同的物体

11、，高度越高，重力势能越大。第二层次：定量探究重力势能EP=mgh程序一：理论探究重力的功。提问：刚才的实验中，是什么力对物体做了功？学生：重力。过渡语：功是能量变化的量度。教师：我们可否通过“力做了多少功，从而使重力势能发生多少变化”的角度，来定量推导重力势能的表达式。提出问题：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？mgmgABmgh图3ABmlhmgg g图4图5h1h2h3ABhmg学生讨论、设计物理过程，并发表自己的设想。可能的设想1：如图3，小球的质量为m，从距地面为h1的A位置，沿竖直方向下降到距地面为h2的B位置。计算重力做的功可能的设想2：如图4

12、，小球的质量为m，从距地面为h1的A位置，沿斜线方向下降到距地面为h2的B位置。计算重力做的功可能的设想3：如图5，小球的质量为m，从距地面为h1的A位置，沿任意曲线下降到距地面为h2的B位置。引导回顾有关变力做功的问题，解决途径是把一条曲线看作由很多很多小的直线组成，这样把每小段直线上重力做的功求代数和，就是这段曲线重力做的总功。即：点评：通过学生亲手实践，培养学生探求知识的欲望和分析问题解决问题的能力。提出问题：从三种情景中能得到什么共同点？学生活动：认真思考，分组讨论，选出代表回答。教师活动：倾听学生回答，点评。点评：可以让学生再讨论第一种情况，若小球下落到B点后，再把它移到与B点同等高

13、的C点，这过程中重力做功多少？进一步深化重力做功与路径无关的特点。（效果不错！）程序二：理论归纳。结论：物体运动时，重力对它做的功只跟它的起点和终点的位置有关，而跟物体运动的路径无关。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。教师引导：结合“实验探究”得到的结论，“mgh” 这个物理量一方面与重力做功有密切关系，另一方面随m、h的变化而变化，恰好符合刚才实验得出重力势能的基本特点一致。得出结论：重力势能EP=mgh第三层次：理解EP=mgh1)、标矢性：标量2)、单位：焦耳（J）点评：由于内容比较简单，主要采用讲授式。3)、重力势能的系统性：重力势能为

14、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。4）、重力势能的相对性情景展示：a、2005年我国公布世界第一高峰珠穆朗玛峰海拔高度的最新测量结果为8844.43米；b、某同学的身高1.75m。 问：他们分别以什么平面作为起始高度来计算的？师生讨论：相对高度和绝对高度。教师引导：规定零高度参考平面的必要性。得出：零高度参考平面对应零势能参考平面（零势面），强调规定的重要性。提问：（利用身边的实例）物理课本放在桌面上，课本的高度约是多少呢?学生回答。进一步指出选取参考平面的必要性。举例深化：若分别以地面和桌子作为参考平面，讨论重力势能。说明：重力势能的正负含义

15、；一般情况下以地面作为零势能的参考平面。点评：重新指出，图3图5定量推导时是以地面为参考平面的，使学生体会物理推导的科学性和完整性。过渡语：功是能量变化的量度。提问：物体重力势能发生变化与什么力做功相对应呢？（重力）2、重力做功与重力势能的变化Ep的关系【实例探究】举例：质量是0.5kg的小球，从桌面以上h11.2m的A点落到地面的B点，桌面高度h20.8m请按要求填写下表：（g=10m/s2）h1h2AB参考平面小球在A点重力势能小球在B点重力势能下落过程小球重力做功WG下落过程小球重力势能变化Ep桌面6J- 4J10J- 10J地面10J0J10J- 10J提出问题：从表格中能总结出什么规

16、律？学生活动：分组讨论探究、交流。教师引导问题1重力势能与参考平面（零势面）的选取有关吗？问题2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）问题3物体在某两点间重力势能的改变与重力做功有什么关系？学生归纳总结规律：1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。2重力势能的变化具有绝对性：与零势能面的选取无关， 3重力势能的变化与重力做功的关系：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。【变式深化】(1)小球在下落过程中有空气阻力的影响，它的重力做功、重力势能如何变化？(2)小球

17、在分别以匀速下落、匀加速下落，它的重力做功、重力势能如何变化？(3)小球下落，重力做 正 功，重力势能 减少 ； 小球上抛，重力做_负_功，重力势能 增加 。【归纳提高】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，重力势能减少，物体上升，重力做负功，重力势能增加。即：3、反馈练习（运用重力势能的知识解决实际问题）思考1：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。答：重力做功只与物体始末位置的高度差有关，与路径无关。点评：进一

18、步说明，重力做功的只与初末位置的高度有关，而与物体运动路径无关。体现重力势能变化的绝对性。对生活实例的分析，令学生容易接受，且更容易掌握知识点。思考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？点评：通过一定的习题也是对探究结果的巩固，学生思维能力也有提高的机会，但要注重问题的实际性、代表性、趣味性。4、课堂小结学生总结1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。2物体由于被举高而具有的能量，叫做重力势能；3重力势能具有系统性与相对性；4重力势能的改变是绝对的5重力做功是重力

19、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合理改造的过程：恐惧：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。图片）。挑战：然而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。图片）。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。图片）。合理改造：科学的意义不仅仅是认识自然，挑战自然，更在于合理改造与能动的利用自然！介绍水力发电（水力发电。图片）。【知识结构】重力势能：地球上物体由于处于一定的高度而具有的能量。（与路径无关）重力势能重力做功表达式：Ep=

20、mgh单位：焦耳（J）标矢性：标量相对性系统性【作业】课本P13问题与练习1、2、3、4【问题研讨】：1、以功能关系为主线本节课，从视频引入到提出课题，从实验探究到理论归纳，从理解深化到总结提高，始终围绕“功是能量转化的量度”，但是教学中不能生硬地给出“功是能量变化的量度”。在接下来的教学内容中，即在探究重力做功、探究弹簧的拉力做功和探究功与物体速度变化关系的过程，都会不断渗透这一思想。2、实验探究与理论探究的结合新课程倡导探究式教学，在高中物理教学中，结合实验和理论探究，可以使学生体验不同探究中的过程和方法。提出问题建立假设设计物理过程（设想）理论定量推导得出重力势能表达式。从定性到定量，从感性到理性的过程，逐个层次突破重难点。假设原有知识和经验现有知识探究的问题实验或理论设计教学实践表明：对于重力势能教学，学生在初中的原有知识上完全可以通过教师的引导，自行提出“重力势能的大小与什么因素有关？”的问题。“假设”可以启发我们