2024-2025学年高中物理第2章能的转化与守恒第2节势能的改变教学设计2鲁科版必修2

PAGEPAGE1第2节势能的变更教学过程（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：同学们可以依据已有的学问和阅历，大胆提出自己的假设，并且说明你的理由。生：高度有关。①由定义：地球上的物体由于处于肯定的高度而具有的能量，我们把这种能量叫做重力势能。②例如，放在地面上的石头没有杀伤力，一旦从较高处落下，就会很危急；一个杠铃放在你的脚边，你肯定不觉得什么？但是假如把它悬挂在你的头顶之上，那肯定会让你如坐针毡。“禁止高空抛物”；高层建筑在施工时必需有“工程防护网”等。（渗透社会公德教化：预防高空坠物的危急）生：①与物体的质量（重力）有关。假如悬挂在头顶之上的是一团棉花，不是杠铃，就不会觉得可怕。②假如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。…..（老师做好对学生的即时性评价）▲检验假设①试验定性检验出示试验器材：透亮玻璃容器（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。这样试验效果明显，可见度大。老师演示，要求通过3个试验步骤，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。[老师引导]前面我们已学过，物体所具有能量越大，对外做功的本事就越强。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。②理论定量推导师：功是能量变更的量度，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更”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。学生探讨、设计物理过程，并发表自己的设想。可能的设想：（老师顺手演示）hmhm图2hm图1如图1，小球做自由落体运动，由动能定理mgh=;由“能量守恒”（动能由重力势能转化而来）重力势能等于动能即EP=，所以EP=mgh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◆其次层次：理解EP=mgh主要实行讲授式①标矢性：标量②单位：焦耳（J）③相对性：Ep与参考平面（零势能面）的选择有关④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。为了叙述便利，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…☻学生探讨：相对高度和肯定高度的意义☻老师引导：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，探讨重力势能。老师顺手演示。）来说明：重力势能的正负含义；一般状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：功是能量变更的量度，有力做功就有对应的能量发生变更，物体重力势能发生变更与什么力做功相对应呢？生：重力（二）重力做功与重力势能的变更1．实例探究举例：一只花盆从16楼窗台落地，依据给出数据计算填表（事先印发）。[学生探讨探究]：从表格中能总结出什么规律？（分组探讨，沟通，老师引导总结）A：16楼A：16楼B：3楼mm=2kg，h=50m，h1=10m，g=10m/s2规定的零势面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重力势能的变更重力做功重力势能的变更重力做功地面EPA=1000JEPB=200J-800J800J-800J800J三楼EPA=800JEPB=0-800J800J-800J800J[老师引导的方向]①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变更与零势面选取有关吗？（指出变更量是末状态量减去初状态量）②物体在某两点间重力势能的变更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加做功有关吗？[学生总结规律]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。重力势能的变更与零势能面的选取无关，具有肯定性②重力势能的变更与重力做功的关系。花盆下落，这一过程中重力做正功，重力势能削减，重力做多少功，重力势能削减多少；与是否有除重力之外的其他力存在或参加做功无关。2．变式深化①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更，重力对花盆做功分别又将如何？②若乘电梯将花盆从3楼运到16楼，花盆的重力势能如何变更，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更的量度物体下落，重力做正功，重力势能削减，物体上升，重力做负功，重力势能增加。过渡语：上面我们探讨花盆的运动都是在竖直方向，假如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探讨：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？老师引导：①从“力做功的两个要素：力与力方向上的位移”的角度思索。②从功能关系：重力做功是引起物体重力势能变更的唯一因素的角度思索。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：①重力做功的特点确定重力势能变更的肯定性；②重力势能的变更只与重力做功有关，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，运用重力势能的学问解决问题训练1：[新闻图片，设置情境]在雅典奥运会举重男子69公斤级竞赛中，中国选手张国政以抓举160公斤，挺举187.5公斤，总成果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、杠铃的势能变更多少？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，运动员在平常的训练中付出心血。）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，重力势能的变更量为ΔEP，动能的变更量为ΔEK，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.ΔEP=WGB.ΔEP=WG+WfC.ΔEK=-ΔEp-WfD.ΔEK=ΔEp+WG+Wf（五）、弹性势能（据课时状况，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变更它的动能，松弛的弓有这样的本事吗？同样是弓前者具有能量而后者没有，那么什么状况下物体才具有这种能量呢？张紧的弓在复原原状的过程会对外做功，但是拉断的弓还能有做功的本事吗？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？[小试验]出示玩具弓箭、可以上发条的小汽车，让学生自己做试验。弓箭的皮筋拉得越长，复原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。[老师强调]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确定的能量。重力势能：由地球和物体间相对位置确定。弹性势能：由发生形变的各部分的相对位置确定。（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。但重力势能的变更是肯定的。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更的量度。[老师总结]关于人类与重力势能的相识，是一个从恐惊到挑战直到利用的过程。人们对重力势能的恐惊感是与生俱来的（雪崩、泥石流：2006年2月17日但是随着人们通过生产实践中对重力势能的相识的逐步加深，我们起先变得乐于挑战这种能量（攀岩运动）。甚至在可以限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相识自然，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相识论，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“试验（举例）——理论探究归纳——实例探讨”教学方法，把“试验视察、学生探讨、老师讲解”融合在一起。本着“学生主体，老师主导”的原则，在特定情景下的实例探讨，让学生感到簇新新奇，探讨问题主动主动，自主地总结规律。贴近生活的实例、小试验，使学生的学习爱好高涨，体验社会公德、爱国情感及合理利用自然的科学相识。本节课在多媒体、试验、板书的运用上，相互补充，克服了单一媒体运用的呆板的课堂教学形式，对整合课堂教学资源，起到了肯定的作用。幻灯片所展示的各种生动、活泼、好玩的图片，激发学生探究学问的欲望和主动性，也是本节课的一大亮点