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

1 学科网（北京）股份有限公司 机械能守恒定律 第二节重力势能(第一课时） 授课人：思南县民族中学龙超 教材分析 《重力势能》是人教版（2019）普通高中课程教科书物理必修第二册第八章第２节。内容包括重力做功、重力势能、重力势能的相对性、重力势能的系统性、弹性势能等。教材通过对不同情境下重力做功的计算总结出了重力做功与路径无关的特点，探究出了重力势能的表达式。在此基础上进一步分析讨论了重力势能的相对性和系统性。重力势能作为高中物理深入研究的第一种能量形式，这一内容的学习，可以为本章后面学习动能、机械能守恒定律、以及后继模块中分子势能、电势能等概念的学习奠定基础。 学情分析 学生在初中就知道重力势能与物体的质量和高度有关，在本章又学习了功，具备了学习本节课的知识基础．通过在ｖ－ｔ图像中利用微元累积法推导匀变速直线运动位移与时间关系，掌握了本节课探究所需要的思想方法及能力基础。但学生对重力做功与重力势能变化之间的关系理解还是比较困难。 核心素养与教学目标 （１）物理观念：理解重力势能的概念，知道重力做功与路径无关；掌握重力做功与重力势能变化的关系，建立能量转化的观念。 （２）科学思维：感受微元累积法，体会极限思想的运用，同时通过运用物理符号反映物理概念和物理规律，培养学生利用数形结合思想方法解决物理问题的科学思维。 （３）科学探究：对重力在不同情境下做功情况的实例进行科学探究，推导出重力势能的表达式，计算归纳得出重力做功与重力势能变化的关系，明确重力势能具有相对性和系统性。 （４）科学态度与责任：从对生活中有关现象的观察，到对生活实例采用科学的探究过程，最后到问题的解决，让学生在这过程中体验成功喜悦，激发学生探索自然规律的兴趣。 四、教学重难点 （１）教学重点：重力做功的计算；重力势能表达式的确定及重力势能正负的意义；重力做功与重力势能变化之间的关系。 （２）教学难点：重力做功的特点总结；重力势能表达式的探究；重力势能的相对性和系统性的理解。 五、教学方法 教法：讲授法、问答法、小组合作法 学法：交流合作式学习、自主学习、分析归纳式学习 教学辅助 鸡蛋、课本、ppt 教学过程 课堂引入 拿出一枚准备好的鸡蛋向学生展示，问同学们，大家看老师手里面拿的是什么？ 学生：鸡蛋 老师：这只是一个鸡蛋吗？老师觉得是个坏蛋 如果你将一枚鸡蛋从４楼抛下来就能让人起肿包；从８楼抛下来就可以让人头皮破裂；看有些同学不相信老师，认为老师在夸大其词，下面我们来做一个测试。 教师组织学生体验，先让学生把手放在课桌上，手心向下，手背向上，然后将课本从一定高度落到手背上，体验后请告诉我手有什么感觉，为什么手会感觉到疼痛？ 学生：手背轻微疼痛是因为书本具有能量。 老师：我们就把物体因处于一定的高度而具有的能量称为重力势能。 （二）新课教学 要求学生猜想：在上述事件中，手感觉疼痛。什么情况下，掉下来的书本会对手造成更大的伤害？这说明重力势能的大小跟哪些因素有关？ 学生将提出如果书本更重（即质量更大），书本原来位置更高，掉下后将对手伤害更大。可见重力势能的大小跟物体的质量有关，还跟物体所处的高度有关。质量越大，高度越高，重力势能也越大。 1.提出本节课要研究的问题：在刚刚书本下落的过程中书本的重力势能是在变化的，重力又对书本做功，他们之间会不会有某种内在的联系？ 如果我们用Ep表示物体的重力势能，物体的重力势能Ep与物体的质量m、高度h之间究竟存在怎样的定量关系?重力势能的表达式是什么？ 我们要解决的问题：(1)重力势能的表达式是什么? 对于力做功我们是熟悉的，所以在探究这个问题前我们先来研究重力势能的变化跟什么力做功有关？ 2.一个物体在运动时，可能有许多力对它做功，究竟哪个力的功与物体重力势能的变化直接相关呢?为了回答这一问题，我们来讨论如下物理过程： 如图所示，一个物体在推力F作用下，由A点出发，先从斜面A处向下运动，到达B点后，沿水平段BC运动，最后沿斜面CD向上运动。物体与接触面之间存在着摩擦力，推力F的方向始终与物体运动的方向一致。试分析三个阶段中推力的功WF、摩擦力的功Wf重力的功WG的正负，以及物体重力势能Ep的变化，并填入下表中。 师生通过共同的分析，可得： A→B B→C C→D WF Wf WG Ep WF Wf WG Ep WF Wf WG Ep 正 负 正 减少 正 负 0 不变 正 负 负 增加 3.引导学生分析表格呈现的信息： (1)推力F做的功始终为正，但在不同的情形下，重力势能有时增加，有时不变，有时减少，可见推力F的功与重力势能之间并不存在必然的联系。 (2)摩擦力f做的功始终为负，但在不同的情形下，重力势能有时增加，有时不变，有时减少，可见摩擦力f的功与重力势能之间也不存在必然的联系。 (3)当重力G的功为正时，重力势能减少；当重力的功为负时，重力势能增加；当重力不做功时，重力势能保持不变。 以上分析结论启示我们：重力的功与重力势能之间也许存在着某种内在的联系。 考察重力做功的特点 为了考察重力的功与重力势能变化之间的关系，我们先来考察重力做功的特点。 数学推导：按课本所述三种情形通过数学推导，分析重力做功的特点。推导时强调物体可能还受到别的力，但我们只是考察其中重力的功，它跟是否受到其他力是没有关系的。（以小组为单位推导） 推导结果：无论物体沿什么路径运动，它从高度h₁运动到高度h₂过程中，重力做功为 WG=mgh₁-mgh₂ 思维整合：实际上，对物体沿曲线路径运动的情形，对曲线进行分割并不是必需的，我们只需设A、B的位移为s(如图),即可根据恒力功的计算式，得到W=mgscosθ=mg(h₁-h₂)。进一步看，我们甚至没有必要对三种情况分别来讨论，因为功等于力和物体在力的方向上发生的位移的乘积，而物体从高度h₁处无论沿什么路径运动到高度h₂处，它在重力的方向上发生的位移都是h₁—h₂,所以重力做功的大小总是WG=mg(h₁-h₂)。 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，而跟物体运动路径无关. 重力做正功，重力势能减少；重力做负功，重力势能增加；重力做功的多少与重力势能的变化量数值上相等，即 WG＝ －ΔＥｐ 审视等式WG=mgh₁-mgh₂,等号左边是重力的功，等号右边是两项之差。根据功是能量变化的量度可知，等号右边的mgh一定是某种能。mgh是什么能呢? 引导学生根据重力势能的特征(相关因素),确认mgh就是物体的重力势能，等式的右边是物体初态和末态的重力势能之差，即重力势能的变化量。 由此得到： 结论：1.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，而跟物体运动路径无关.2.重力做正功，重力势能减少；重力做负功，重力势能增加；重力做功的多少与重力势能的变化量数值上相等，即 WG＝－ΔEp 1.物体重力势能的表达式为Ep=mgh。（引导学生在书中勾画出重力势能的基本信息） 深入讨论（以课本83页第四题为例探讨） 如图所示，质量为0.5kg的小球，从A点下落到地面上的B点，h1为1.2m，桌面高度h2为0.8m。（g=10ms2） 在表格的空白处按要求填入数据 所选择的参考平面 小球在A点的重力势能 小球在B点的重力势能 整个下落过程中小球重力做的功 整个下落过程中小球重力势能的变化量 桌面 地面 由此得出结论： 2.重力势能大小与参考平面的选择有关，具有相对性。重力势能的变化量与参考平面的选择无关，不具有相对性。 参考平面 物体的重力势能总是相对于某一水平面来说的，这个水平面叫作参考平面，物体的重力势能取为0。 注意：零势能面可任意选择的，选择哪个平面为参考平面，可视研究问题的方便而定，通常选择地面或较低的位置作为参考平面。 重力势能的正负 （1）在参考平面上方的物体，重力势能是正值； （2）在参考平面下方的物体，重力势能是负值。 （3）重力势能是标量，比较重力势能的大小要加符号。 我们常说某个物体具有重力势能，那么如果物体离开地球，物体还具有重力势能吗？为什么？ 3.重力势能具有系统性 重力势能是物体与地球这个系统共有的，若没有地球，就无重力，也就没有重力势能。 平常所说的“物体”的重力势能只是一种简化的说法。 课堂练习 1.下列关于物体具有的重力势能的说法,正确的是(　　) A.重力大的物体,重力势能一定大 B.惯性大的物体,重力势能一定大 C.海拔越高的物体,重力势能一定大 D.静止的物体也可能有重力势能  2.如图，在离地面高为H处的A点将皮球释放，皮球被地面反弹后上升到离地面高为h的B点的过程中（已知皮球的质量为m，当地重力加速度为g）。以下说法正确的是（　　） A．皮球在A点重力势能为mgH B．皮球在B点的重力势能为mgh C．该过程中皮球重力势能改变了mg（h-H） D．该过程中皮球重力势能改变了mg（H-h） 3.如图所示，质量为m的小球用长为的细线悬于O点。将细线拉直成水平状态，并给小球一个向下的速度让小球向下运动，O点正下方处有一钉子，小球运动到B处，会以D点为圆心做圆周运动，并经过C点若已知OD等于2/3l，则， (1)小球由A点运动到C点的过程中，重力做功为多少？重力势能减少了多少？ (2)若选取初始平面为参考平面，求小球在B处的重力势能． 课堂总结 1.物体重力势能的表达式为Ep=mgh。 2.重力的功量度的是物体重力势能的改变，即WG=mgh₁-mgh₂ 3.若WG>0,则mgh₁>mgh₂,即重力做正功，重力势能减小；或WG<0,则mgh₁<mgh₂,即重力做负功，重力势能增大。 4.重力势能大小与参考平面的选择有关，具有相对性。重力势能的变化量与参考平面的选择无关，不具有相对性。 5.重力势能具有系统性。 回顾课堂高空抛物，教导学生不要进行高空抛物的这种不良行为。 作业布置 课本83页第2题，第3题 板书设计 8.2重力势能 重力势能（Ep） 定义：物体所受重力mg与所处高度h的乘积,用Ep表示。 表达式：Ep=mgh 重力做功与重力势能的关系：WG=mgh₁-mgh₂ 相对性 系统性