8.2 重力势能 教材设计 -2024-2025学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

第八章第二节《重力势能》教材分析及教学设计 1、 “重力势能”教材分析 1.课标要求及其内容分析 理解重力势能，知道重力势能的变化与重力做功的关系。 在引入重力势能概念时，教材先详细研究了物体运动路径不同时重力做功的情况，得出“重力做功与路径无关”的结论，进而定义“重力势能”来描述重力做功的这种性质。理解建立重力势能概念的可能性，掌握重力势能的定义式，明确重力做功和重力势能变化的关系。本节教材与过去的处理方法相比，教材认真分析了重力做功与路径是否有关的问题。这样做的目的不是为了追求严密，而是想有助于学生形成严肃认真的科学态度。在讨论物体沿任意路径运动时重力做功的问题时，又--次用到了极限的思想。学生经过多次接触，对这样的方法逐渐就熟悉了。本节重力势能是机械能的重要内容。要从重力做功与路径无关的特点出发，理解建立重力势能概念的可能性，掌握重力势能的定义式，明确重力做功和重力势能变化的关系。 2.学情分析 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及体验建立过程。学生已学习了功的概念和计算方法，通过重力做功的计算来判断重力势能的变化。 3.重难点 3.1重点分析 重力做功与与路径无关，重力势能的概念，重力势能的变化和重力做功的关系。 3.2难点分析 重力势能的变化和重力做功的关系，重力势能的相对性和系统性。 2、 “重力势能”教学设计 1.教学设计思路 教材首先从重力做功开始，讨论物体竖直向下运动、沿倾斜直线向下运动、以至物体沿任意路径向下运动几种情况的重力做功，利用极限思想，严格证明了重力对物体做功与路径无关，只与初末位置的高度差有关。mgh是一个具有特殊意义的物理量，来定义重力势能。通过让学生求讲台上一本书的重力势能，学生给出答案的多样性,质疑引导学生讨论出重力势能具有相对性。通过例题结论分析，形象地理解对于不同的参考平面，物体在某一位置具有不同的数值;引出重力势能是标量，但有正、负，正负代表大小，不代表方向，并且指出这里的正负与功的正负的区别:得出重力做功与参考平面无关，重力势能的变化与参考平面无关:探究出重力势能的变化和重力做功的关系。这样做使学生对重力势能的理解加深，思路清晰。本节课内容既是重点又是难点，学生在一节课内不容易全面理解和掌握，教学中不宜追求多而全，可以在后续课程中逐渐理解与加深。 2.教学设计 科目 物理 课题 重力势能 课时 1课时 教学目标与 核心素养 一、物理观念 1. 认识重力做功与路径无关的特点； 2. 会用重力势能的定义式进行计算；理解知道重力势能具有相对性。 二．科学思维 理解重力做功与重力势能的变化的关系； 3． 科学探究 定性了解弹性势能，知道弹力做功与弹性势能变化的关系。 四、科学态度与责任 1. 理解重力势能的概念，知道重力势能是物体和地球系统所共有的； 2.培养学生理解重力势能、弹性势能的概念，培养学生理解重力势能的物理意义。 教学重、 难点 教学重点：1. 理解重力做功的特点； 2. 对于重力势能与弹性势能的理解。 教学难点：1. 重力势能的相对性； 2. 重力做功和重力势能的关系。 教学准备 课件PPT 教 学 过 程 教师活动 学生活动 设计意图 1． 导入新课： 初中我们已经定性地学习了重力势能，物体的质量越大、所处的位置越高，重力势能就越大。 这一节我们来进一步定量地研究重力势能。你认为重力势能的表达式应该是怎样的呢？ 【教师引导】设想你要从某座高楼的第17层下到第9层，你可以乘电梯下，也可以沿楼梯走下。两种方式下楼，重力对你做功是否相等？ 解答：相等，重力是恒力，利用恒力做功表达式可以推导。 讲授新课： （1）重力做的功 【教师引导】当物体的高度发生变化时，重力做功势能发生变化：物体下降时重力做功，势能减小；物体被举高时重力做负功，势能增大。因此，重力势能与重力做功密切相关，认识重力势能不应脱离对重力做功的研究。 【教师补充引导】设一个质量为m的物体,从与地面高度为的位置A，竖直向下运动到高度为的位置B，如图甲所示，这个过程中重力做的功是 质量为m的物体仍然从上向下运动，高度由降为，但这次不是沿竖直方向，而是沿着一个斜面向下运动到，再水平运动到B，如图乙所示。物体沿斜面运动的距离是l，在这一过程中重力做的功是 【教师提问】斜面是否光滑对计算“重力做的功”有影响吗？ 【学生小组交流】通过学习上节功的知识，我们知道某个力做功的大小只取决于力、物体在力的方向上的位移及力和位移的夹角，与物体是否受其他力及运动状态等无关，故斜面是否光滑对计算“重力做的功”无影响。 【教师总结】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。 只要起点和终点的位置不变，无论物体沿什么路径运动，重力所做的功都相同。 （2）重力势能 【学生思考】为什么说这个物理量有特殊意义？ 【教师引导】的特殊意义在于它一方面与重力做的功密切相关，另一方面它随着高度的增加而增加、随着质量的增加而增加，恰与前述重力势能的特征一致。因此，我们把叫做物体的重力势能，常用表示，即。 【教师补充引导】重力势能是标量，其单位与功的单位相同，在国际单位之中都是焦耳，符号为J 1J=1kg·m·s-2·m=1N·m 当物体由高处运动到低处时，重力做正功，重力势能减少，即。 当物体由低处运动的高处时，重力做负功，重力势能增加，即。 【思考与讨论】若重力做的功与路径有关，即对应于同样的起点和终点，重力对同一物体所做的功，随物体运动路径的不同而不同，我们还能把叫做物体的重力势能吗？为什么？ 【教师总结】重力做功与重力势能变化关系的理解 （1）无论物体是否受其他力的作用，无论物体做何种运动，重力做功都取决于重力大小和初、末位置的高度差。 （2）重力势能的变化只取决于物体的重力所做功的情况，与物体除重力外是否还受其他力作用以及除重力做功外是否还有其他力做功等因素均无关，与物体做何种运动无关，关系式总是成立的。 （3）重力做正功，重力势能减少，重力势能的减少量等于重力所做的功，即。 重力做负功，重力势能增加，重力势能的增加量等于物体克服重力所做的功，即。 （3）重力势能的相对性 【教师引导】物体的重力势能总是相对于某一水平面来说，这个水平面叫做参考平面。在这个水平面上，物体的重力势能取为零。通常选择地面为参考平面。 选择不同的参考平面物体，重力势能的数值是不同的。 （4）弹性势能 【教师提问】撑杆跳运动员可以借助手中的弯曲的竿跳得很高，拉开的弓可以把箭射出，压缩弹簧可以把小球弹出去——弯曲的杆、拉开的弓、压缩的弹簧有什么共同特征？ 【学生小组交流】这些物体都发生了弹性形变，每个物体的各个部分之间都有弹力的相互作用。 【教师引导】发生弹性形变的物体的各部分之间，由于有弹力的相互作用，也具有势能，这种势能叫作弹性势能。 【教师补充引导】弹性势能的性质 （1）系统性：弹性势能是发生弹性形变的物体上所有质点因相对位置改变而具有的能量，因而弹性势能是整个系统所具有的。 （2）相对性：弹性势能的大小与选定的参考平面位置有关。对于弹簧，一般规定弹簧处于原长时的势能为零。 （3）对于同一弹簧从自然长度伸长和压缩相同的长度时弹性势能相同。 【教师总结】弹力做功跟弹性势能变化的关系 弹性势能变化只与弹力做功有关 （1）当弹簧的弹力做正功时，弹簧的弹性势能减少，弹性势能转化为其他形式的能。 （2）当弹簧的弹力做负功时，弹簧的弹性势能增加，其他形式的能转化为弹簧的弹性势能。 （3）表达式： 【课堂小结】1、重力做功：，特点是重力做功与路径无关。 2、重力对物体所做的功，等于物体重力势能变化量的负值，即。 （1）重力对物体做多少正功，物体的重力势能就减少多少。 （2）物体克服重力做多少功，物体的重力势能就增加多少。 3、重力势能的变化只取决于物体的重力所做功的情况。重力所做的功等于重力势能的减少量，物体克服重力所做的功等于重力势能的增加量。重力势能的变化与其他因素均无关。 4、弹性势能变化只与弹力做功有关。 课堂练习： 1、下列说法正确的是( ) A.重力做功的多少与运动的路径有关 B.重力势能的变化与参考平面的选取无关 C.弹簧的长度越长，弹簧的弹性势能越大 D.两长度相同的弹簧，劲度系数大的弹簧的弹性势能大 答案：B 2、关于弹性势能,下列说法正确的是(   ) A.任何发生弹性形变的物体,都具有弹性势能 B.任何具有弹性势能的物体,一定发生了弹性形变 C.物体只要发生形变,就一定具有弹性势能 D.弹簧的弹性势能只跟弹簧被拉伸或压缩的长度有关 答案：AB 3、如图所示的几个运动过程中,物体的弹性势能增加的是(   ) A.如图甲,撑杆跳高的运动员上升过程中,竿的弹性势能 B.如图乙,人拉长弹簧过程中,弹簧的弹性势能 C.如图丙,模型飞机用橡皮筋发射出去的过程中,橡皮筋的弹性势能 D.如图丁,小球被弹簧向上弹起的过程中,弹簧的弹性势能 答案：B 4、如图所示,一轻弹簧一端固定于O点,另一端系一重物,从弹簧保持原长的A点无初速度地释放,让它自由摆下,不计空气阻力,在重物由A点摆向最低点B 的过程中( ) A.重力势能减少,弹性势能减少 B.重力势能减少,弹性势能增加 C.若用与弹簧原长相等的不可伸长的细绳代替弹簧后,重力做正功,弹力不做功 D.若用与弹簧原长相等不可伸长的细绳代替弹簧,更换细绳前后重力做功不变,弹力不做功 答案：BC 5、如图所示，一装置固定在水平地面上，AB是半径为R的光滑圆轨道，上端A离地面的高度为H.一个质量为m的小球从A点处由静止滑下，落到地面上C点若以轨道下端B所在的水平面为参考平面，关于小球的重力势能，下列说法正确的是　　 A.在A点为 B.在B点为mgR C.在C点为mgH D.在C点的 答案：AD 6、如图甲所示,倾角的足够长固定光滑斜面上,用平行于斜面的轻弹簧拉着质量的物体沿斜面向上运动。已知物体在到这段时间的图像如图乙所示,弹簧的劲度系数,重力加速度g取。则在该段时间内( ) A.物体的加速度大小为 B.弹簧的伸长量为3cm C.弹簧的弹力做功为30J D.物体的重力势能增加36J 答案：B 【课后作业】完成相关课后题 学生观察图片思考讨论 学生经过老师引导，体会重力做的功 引导学生思考重力做的功与路径无关的特点 通过思考与讨论，正确的理解重力做功的情况 理解重力势能的计算、单位 了解重力做功与重力势能变化的关系 通过弹性势能的性质，理解发生弹性形变的物体的弹性势能 学生练习 学生练习 通过回顾上节学过的知识，激发学生的学习兴趣，引出本节课题 通过联系之前已知的知识，思考如何计算重力做的功 锻炼学生的计算推导、举一反三的能力 理解重力做的功与路径无关 引导学生自主总结重力做功与重力势能变化关系 锻炼学生的理解和解决实际的能力 巩固本节知识 巩固本节知识 板书设计 §8.2 重力势能 一、重力做的功 表达式： 二、重力势能 表达式： 单位;1J=1kg·m·s-2·m=1N·m 三、重力势能的相对性 参考平面 四、弹性势能 教学后记 引导学生对本节多学知识进行自主交流探究，根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。 学科网（北京）股份有限公司 $$