8.2 重力势能 教学设计-2025-2026学年高一下学期物理人教版必修第二册

教学设计 课题 重力势能 课型 新授课☑ 章/单元复习课□ 专题复习课□ 习题/试卷讲评课□ 学科实践活动课□ 其他□ 1.教学内容分析 本节课选自人教版高中物理必修第二册第八章第2节，是“机械能守恒定律”单元的核心课时。承接前一节《功》推导“重力做功”的特点，引出重力势能概念，为后续动能、机械能守恒奠定能量观念基础。 本课以三峡大坝蓄水、发电、防洪泄洪为真实情境，将重力势能表达式、相对性、重力做功与势能变化关系融入大国工程实践，突出物理观念、科学推理与工程应用价值，培育安全意识、绿色能源意识与民族自豪感。 2.学习者分析 高一学生已掌握重力、功等概念，能进行简单定量计算，对三峡大坝等大国工程兴趣浓厚。但对势能的相对性、势能变化绝对性、参考平面选择理解易混淆；习惯于公式记忆，不擅长用物理规律解释工程决策。学习难点在于把“重力势能”从抽象概念迁移到坝高设计、水位调控、安全泄洪等真实工程问题。 3.学习目标确定 1. 物理观念：理解重力势能定义，掌握Ep=mgh；理解重力做功与势能变化 WG=−ΔEp​；能解释三峡蓄水、发电、防洪的物理原理。 2. 科学思维：通过三峡数据推理重力势能影响因素，理解势能相对性与变化绝对性，能结合工程选择参考平面。 3. 科学探究：围绕“坝高185m”“汛期腾库”开展计算、论证与解释。 4. 社会责任：认识重力势能在水利工程中的价值，增强工程安全、能源发展与家国情怀。 4.学习重点难点 重点：重力势能表达式；重力做功与重力势能变化关系；三峡工程中的重力势能应用。 难点：重力势能的相对性；势能变化的绝对性；工程视角下高度—势能—安全的权衡。 5.学习评价设计 1. 知识评价：通过课堂计算检测Ep​=mgh与WG​=−ΔEp​掌握程度。 2. 思维评价：通过解释“参考面不同但势能变化相同”评价科学推理水平。 3. 探究评价：小组完成三峡工程能量分析任务，评价证据、表达与论证能力。 4. 素养评价：通过工程问题回答评价物理观念、安全意识与社会责任。全程采用口头追问、小组互评、任务单达成度进行嵌入式过程评价。 6.学习活动设计 教师活动 学生活动 环节一：情境导入：大国工程之问 教师活动1 播放三峡大坝蓄水、发电、泄洪实景视频，展示工程数据卡片：坝高185m、正常蓄水位175m、总库容393亿m³。 依次提出问题： 为什么三峡大坝要修建到 185 米？ 江水为什么能推动发电机发电？ 能量从哪里来？ 汛期为什么要降低水位保障大坝安全？ 引导学生从高度、水量、能量三个角度思考，板书关键词，引出本节课课题《重力势能》。 学生活动1 观看视频。 思考后举手发言，与同桌相互交流猜想，清晰表达自己的初步想法。 活动意图说明： 通过三峡大坝的真实视频情境，激发学生的学习兴趣和探究欲。提出问题，引导学生思考水位高度、水的能量与实际应用的关系，自然将生活现象与物理概念联系起来。 环节二：探究重力做功特点 教师活动2 出示物体沿竖直、斜面两种路径下落的示意图，引导学生回顾功的计算公式，分步推导重力做功表达式。 出示物体沿曲面下落的示意图，教师引导：如何求解沿曲面下落重力做功的多少？回忆前面学习过的方法，如何将曲线化为直线？ 强调并板书结论：重力做功只与初末位置高度差有关，与运动路径无关。WG=mgh1-mgh2 结合三峡水流发电示意图，引导学生理解：三峡水流从库面到水轮机，无论路径如何，重力做功只由落差决定，为发电提供稳定能量来源。 学生活动2 学生思考、讨论、交流，计算物体沿竖直、斜面两种路径下落重力做的功 学生思考，有能力的学生举手回答：取微元，化曲为直。 学生交流讨论物体沿曲面下落重力做功，汇报。 活动意图说明： 通过探究、比较三种不同情境下重力做的功，得出重力做功与路径无关的结论。通过三峡大坝的具体问题，加深学生对重力做功特点的理解，实现物理规律与工程原理的初步对接。 环节三：构建重力势能的概念与表达式 教师活动3 回顾初中知识，教师提问：重力势能与哪些量有关？ 分析表达式WG=mgh1-mgh2，mgh具有特殊的意义：一方面它与重力做的功密切相关，另一方面它随着高度和质量的增大而增大，与重力势能的特征一致。因此，我们把mgh叫做物体的重力势能。 教师讲解并板书重力势能的表达式、单位、标矢性。 发布探究任务：已知：三峡库容约393亿m³，水密度ρ=1×10³kg/m³，蓄水位h=175m，将水库的横截面视为长方形，求三峡水库中水的重力势能。 学生活动3 回想初中学过的知识，答出：重力势能与物体的质量和高度有关。质量越大，高度越高，重力势能越大。 学生思考，完成探究任务，上台汇报。 活动意图说明 通过回顾初中知识，结合重力做功的特点，探究重力势能的表达式。通过计算三峡大坝水的重力势能，既巩固了表达式的应用，又将抽象概念与实际工程结合，让学生感受物理知识在解决实际问题中的价值，同时深化对 “质量和高度共同影响重力势能” 的理解。 环节四：重力做功与重力势能的变化 学生活动3 教师活动4 分析物体下降和上升过程中重力 做的功与重力势能的变化。 定性分析： 重力做的功 重力势能变化 下降 正功 减小 上升 负功 增大 定量分析： 重力做的功 重力势能变化 下降 mgh1-mgh2 mgh2-mgh1 上升 mgh2-mgh1 mgh1-mgh2 教师引导：分析表格数据，重力做功与重力势能变化有什么关系？ 教师点拨：功是能量转化的量度，重力势能的变化是由重力做功引起的，重力做功的多少是重力势能变化的量度。 学生活动4 学生思考，填写表格,教师选取学生汇报。 学生总结重力做功与重力势能变化的关系： 物体下降，重力做正功，重力势能减小。 物体上升，重力做负功，重力势能增大。 WG= - ΔEp 活动意图说明 先让学生通过物体升降的定性分析，直观认识重力做功与势能变化的关系，建立初步联系。再从定量角度推导重力做功表达式和势能变化表达式，得出 WG=-ΔEp 的结论，将感性认识上升为理性规律。这个过程能培养学生从定性到定量的科学思维，也让他们理解重力做功与势能变化的内在逻辑，为后续学习其他势能奠定方法基础。 学生活动3 环节五：重力势能的相对性 教师活动5 物体的重力势能总是相对于某一水平面来说的，这个水平面叫做参考平面。在这个水平面上，物体的重力势能取为0，参考平面上方物体的高度是正值，重力势能也是正值；下方物体的高度是负值，重力势能也是负值。 教师发布任务：分别以三峡水库库底和坝顶（比库底高185m）为参考平面，计算水的重力势能。假设在一次泄洪任务中，水库中的水全部排出，高度与库底等高。则水重力势能的变化量为多少？ 参考平面 水在库中的重力势能 水泄出后的重力势能 泄洪过程中重力做的功 重力势能的变化量 库底 坝顶 教师引导：选取不同的参考平面，上述数据有什么不同点和相同点？ 教师点拨：选择不同的参考平面，物体重力势能的数值是不同的，但这并不影响问题的研究，因为在与重力势能相关的问题中，有价值的是重力势能的差值，而选择不同的参考平面对这个差值没有影响。选择哪个水平面为参考平面可视研究问题的方便而定，通常选择地面为参考平面。 学生活动5 学生思考，独立完成任务，小组讨论，教师选择一个小组汇报。 学生对比数据，自主得出： 选取不同的参考平面，物体的重力势能的值不同。但同一过程重力做的功相同，重力势能的变化量相同。 学生活动3 活动意图说明 通过三峡水库的例子，让学生具体计算不同参考平面下水的重力势能，直观感受势能数值的相对性。再分析泄洪时势能的变化量，发现无论选哪个参考平面，变化量都相同，从而理解“有价值的是势能差值”这一核心概念。同时，用真实工程案例联系物理知识，能让学生体会物理在实际中的应用，增强学习兴趣。 环节六：从重力势能解读三峡工程价值 教师活动6 教师展示三峡水库蓄水期和汛期的水位数据： 三峡水库在‌汛期‌和‌蓄水期‌实行不同的水位调度策略，以兼顾防洪、发电、航运、供水等综合效益。 汛期水位（通常为6月10日–9月30日） ‌防洪限制水位‌：‌145.0米‌，这是汛期常规运行水位，用于腾出防洪库容，应对可能发生的洪水。 蓄水期水位（通常为9月中下旬启动，目标10月底完成） ‌目标蓄水位‌：‌175.0米‌，即正常蓄水位，是三峡工程设计的最高运行水位，用于保障枯水期发电、供水、航运等需求。 ‌消落期‌（次年1–6月）：水库逐步降低水位，从175米降至145米，以满足下游用水需求并为汛期防洪做准备‌ ‌调度原则‌：全年水位调整遵循“蓄丰补枯”理念，在保障防洪安全的前提下，最大化水资源综合利用效益‌。 教师提问： 蓄水期将水位提高到175米，对哪些方面有正面意义？ 汛期为何将水位降至145米？ 三峡工程用什么样的措施调节发电、防洪、泄洪等需求？ 学生活动6 学生研读材料。 学生思考，回答问题，交流讨论。 活动意图说明 通过三峡工程 “蓄水发电” 和 “汛期防洪” 的具体案例，让学生综合运用重力势能的表达式、相对性及与做功的关系，分析实际工程问题。这一过程不仅深化了对物理概念的理解，还让学生体会到物理知识在国家重大工程中的应用价值，提升了科学态度与社会责任，实现了从知识学习到价值认同的升华。 7.板书设计 重力势能 1、 重力做功 W=mg(h1-h2)=mgh1-mgh2 特点：只与起点、终点位置有关，与路径无关 2、 重力势能 Ep=mgh 标量 单位：焦耳J 物体与地球所组成的“系统”共有 3、 重力势能变化与重力做功的关系 物体的运动 重力做功 重力势能的变化 下降 W=mgh1-mgh2 正功 ΔEp=-（mgh1-mgh2） 减小 上升 W=-（mgh1-mgh2） 负功 ΔEp=mgh1-mgh2 增大 4、 重力势能的相对性 参考平面 水在库中的重力势能 水泄出后的重力势能 泄洪过程中重力做的功 重力势能的变化量 库底 坝顶 重力势能是相对的，与参考平面的选取有关。 重力势能的变化是绝对的，与参考平面的选取无关。 常选取地面为参考平面。 8.作业与拓展学习设计 一、课后题“练习与应用” 1. 认识重力做功的特点，形成重力做功与路径无关，只与始末位置有关的正确观念。 2. 加深对重力做功与重力势能的改变的观念的认识。 3. 通过辨析不同情景下拉力、摩擦力和重力做的功，强调重力势能的变化只与重力做功相对应，理解重力做功与物体的运动状态、运动路径、是否有其他力做功无关。 4. 让学生体会“重力势能与零势能面的选取有关，而重力势能的变化与零势能面的选取无关”，进一步形成重力做功跟是否有其他力做功无关的正确观念。 二、练习册《重力势能》一节。 9.特色学习资源分析、技术手段应用说明 本节课以三峡工程为核心特色学习资源，贯穿全教学环节，贴合“重力势能”教学目标，具体分析如下： 一、资源适配性 三峡工程的蓄水、发电、泄洪功能与重力势能知识点高度契合，其水位变化直观体现势能与质量、高度的关系，为表达式推导应用提供真实场景；能量转化过程适配重力做功与势能变化的关系，突破教学难点。作为学生熟知的国之重器，可快速引导学生探究，契合“从生活走向物理”理念。 二、资源教育价值 知识上，以三峡工程为载体，帮助学生巩固重力势能核心知识；能力上，培养学生分析、计算及解决实际问题的能力；素养上，让学生体会物理的工程价值，培养科学态度与社会责任，实现“物理育人”。 三、教学功能 三峡工程作为主线资源，贯穿导入、概念构建、探究、升华、课后作业全环节，助力教学目标达成。 综上，三峡工程实现知识、能力、素养统一，让抽象概念具象化，彰显物理学科价值。 10.教学反思与改进 （单节课教与学的经验性总结，基于学习者分析和目标达成度进行对比反思，教学自我评估与教学改进设想。课后及时撰写，突出单元整体实施的改进策略，后续课时教学如何运用本课学习成果，如何持续促进学生发展） 4 / 4 学科网（北京）股份有限公司 $