4.4 势能 教学设计 -2025-2026学年高一下学期物理教科版必修第二册

该高中物理教学设计围绕势能核心知识，涵盖重力势能和弹性势能。以珠峰雪崩实景图导入，承接动能定理，通过天桥多路径推导重力做功特点，结合书架花盆例题辨析势能相对性，最终拓展弹性势能，搭建完整逻辑链条，为机械能守恒定律奠定基础。 这份资料特色在于融合核心素养，以科学思维引导多路径对比推导重力做功规律，通过拆分曲线运动培养分析能力，科学探究贯穿从现象到规律的完整流程。采用情境引入、例题辨析等方法，如书架花盆变换零势能面教学，帮助学生建立系统势能观念，提升探究能力，也为教师提供丰富教学资源与清晰教学思路。

教学设计 课程名称 势能 选用教材 高中物理教科版必修二 教学章节 第四章第四节 授课对象 高一学生 授课类型 新授课 授课学时 1课时（45分钟） 一、教学内容分析 本节课承接动能定理，分为重力势能、弹性势能两大核心板块，整体搭建完整逻辑链条：第一板块借助珠峰雪崩实例引入重力势能概念，通过天桥三种下行路径的观察思考、三种轨迹的理论活动推导，得出重力做功只和初末高度差有关、与运动路径无关的核心结论；第二板块建立重力做功与重力势能变化的对应关系，结合书架花盆例题，讲解重力势能具有相对性、势能变化量不受零势能面选取影响；第三板块以射箭、蹦床等运动引入弹性势能，说明弹性势能由形变量决定；最后通过讨论交流点明重力势能、弹性势能均属于系统共有，是机械能的两类组成形式。全课以 “做功改变势能” 为主线，实现从生活现象到规律推导、定量计算再到拓展弹性势能的完整探究，为后续机械能守恒定律奠定核心基础。 二、学情分析 1. 知识基础 学生初中已经初步认识重力势能、弹性势能，知道高度、质量、形变量会影响势能大小；熟练掌握恒力做功计算、动能定理相关知识；能进行简单的受力与运动分析，但不清楚重力做功和路径无关的定量规律，不理解势能相对性与系统属性。 2. 能力基础 学生能够计算简单直线运动重力做功，但不会拆分曲线、折线路径分段分析重力做功；选取零势能面计算重力势能时容易混淆高度正负；难以自主梳理 “重力做功多少等于重力势能变化量” 的对应逻辑；缺少区分单个物体、物体与地球系统的分析能力。 3. 思维基础 学生存在多处顽固认知误区：物体运动路径越长，重力做功一定越多；重力势能只属于物体本身，和地球无关；更换零势能面后，重力势能的变化量也会改变；弹性形变只存在于弓、弹簧，生活中没有其他弹性势能实例；物体高度为负时不存在重力势能。 三、教学目标 1. 物理观念 建立完整势能物理观念：高处物体具备重力势能，发生弹性形变的物体具备弹性势能；重力做功只由初末位置高度差决定，和运动路径无关；重力做正功，重力势能减少，重力做负功，重力势能增加，做功数值等于势能变化数值；重力势能数值随零势能面选取改变，但势能变化量固定不变；重力势能是物体与地球组成系统共有，弹性势能是形变物体系统共有，二者同属于机械能。 2. 科学思维 依托珠峰雪崩实景图建立高处物体蕴藏能量的归纳抽象思维；借助天桥多路径示意图建立对比不同路径、提炼不变量的控制变量思维；利用书架花盆例题图建立零势能面变换、区分势能数值与势能变化的辩证思维；结合弯弓射箭实景图建立形变储存能量的类比迁移思维，实现生活灾害现象引入、多路径对比推导规律、定量例题辨析相对性、体育运动拓展弹性势能完整链条思维训练。 3. 科学探究 观察珠峰雪崩高处积雪释放巨大能量，归纳重力势能概念；对比天桥楼梯、扶梯、电梯三条下行路径，结合三种轨迹拆分推导，得出重力做功与路径无关；变换书架不同位置作为零势能面，计算花盆重力势能，辨析势能相对性；观察拉弓射箭形变做功现象，归纳弹性势能影响因素；完整经历 “生活灾害现象提出势能问题→多路径对比推导重力做功规律→变换零势能面定量辨析势能相对性→体育运动实例拓展弹性势能” 标准化探究流程。 4. 科学态度与责任 体会珠峰雪崩体现的重力势能巨大破坏力，树立防灾避险安全意识；通过折线路径、曲线路径拆分推导规律，养成分段拆解复杂物理过程的严谨推导习惯；射箭、撑杆跳等体育项目利用弹性势能，感受物理知识支撑竞技体育发展；理解势能属于系统，建立全面、辩证的物质相互作用物理观，学会用势能知识解释山体滑坡、高空坠物等生活安全问题。 四、教学重难点 重点 重力做功的特点：只与初末高度差有关，与运动路径无关 重力做功与重力势能变化的对应关系 重力势能的相对性，弹性势能概念与影响因素 难点 曲线、折线路径拆分分析重力做功的推导逻辑 区分重力势能瞬时数值（随零势能面改变）与势能变化量（固定不变） 理解重力势能是物体与地球共同组成系统拥有的能量 五、教学方法 情境引入法：珠峰雪崩、射箭运动生活实景直观引出势能； 对比探究法：天桥三条下行路径对比，推导重力做功规律； 例题辨析法：书架花盆变换零势能面，辨析势能相对性； 分段推导法：将曲线运动拆分为无数小段倾斜直线简化分析； 小组讨论法：交流势能系统属性、生活弹性势能实例。 六、教学资源 教科版必修第二册物理课本；珠峰雪崩实景图、天桥多路径示意图、书架花盆例题图、弯弓射箭实景图；重力做功推导草稿纸；势能相对性计算习题单；多媒体课件、黑板、小组讨论记录纸。 七、教学设计 教学环节 教师活动 学生活动 环节一 珠峰雪崩实景图导入，建立重力势能基础概念（7 分钟） 展示珠峰雪崩实景图 抛出引导提问：山顶积雪静止在高处不会产生破坏，滑落时却能摧毁沿途物体，这说明高处的积雪储存了一种能量，大家结合初中知识说出这种能量的名称。讲解重力势能定义：物体由于处在一定高度而具有的能量；结合图中举高小球示意图补充定性规律，物体质量越大、离地高度越高，重力势能越大；顺势抛出探究任务：物体上下运动过程中重力会做功，重力做功和运动走的路线有没有关系。 组织同桌两人交流两分钟，梳理 “高度越高、质量越大，重力势能越大” 的直观规律。 观看珠峰雪崩实景图，理解高处物体储存重力势能，滑落过程势能释放对外做功；回忆初中重力势能相关知识，带着探究重力做功特点的目标进入新课。 环节二 天桥多路径示意图探究，推导重力做功核心规律（11 分钟） · 展示天桥多路径示意图 · 出示观察思考问题：从天桥桥面到地面，走楼梯、自动扶梯、电梯再平路三种路线，重力做的功是否相等，重力做功和路径有没有关联。带领学生切换到三种轨迹理论活动图分步推导：竖直直线路径重力只在下落段做功、水平段不做功；倾斜直线全程高度差固定；曲线拆分无数小段倾斜直线，每一段只看竖直落差；总结规律：重力做功只由物体初位置、末位置的高度差值决定，和中间运动的路径长短、曲直完全无关。同步随堂提问：同一物体从三楼落到一楼，沿墙面竖直下落、斜向窗台滑落，两种情况重力做功是否相同？ · 布置四人小组推导任务：自主拆分曲线运动小段，口述推导过程与最终结论，限时三分钟。 观看天桥多路径示意图，跟随教师拆分不同运动路径分段分析重力做功；完整记住重力做功只看高度差、与路径无关的核心结论，能够自主对比不同运动轨迹的重力做功大小。 环节三 书架花盆例题图，辨析重力势能的相对性（14 分钟） 展示书架花盆例题图（图 4-4-5）， 完整讲解例题题干：花盆质量 200 克，书架标注三段高度数值，提出两个计算任务，第一分别以书架 A、C、D 三点为零势能面计算花盆重力势能，第二计算花盆从 B 移动到 C、A 过程重力做功。分步示范计算：选取不同参考零点时，花盆相对高度会出现正数、负数，重力势能数值随之改变；但无论选取哪个零点，花盆从 B 移动到同一终点的高度差不变，重力做功固定，势能变化量完全相同；总结对应规律：重力做正功，高度降低，重力势能减少；重力做负功，高度升高，重力势能增加，做功的数值等于势能变化的数值。 观看书架花盆例题图，跟随教师更换零势能面完成计算；分清重力势能瞬时数值具有相对性、势能变化量固定不变，熟练掌握重力做功与势能增减的对应关系。 环节四 弯弓射箭实景图，拓展弹性势能与系统势能（13 分钟） · 展示弯弓射箭实景图 · 讲解弹性势能定义：物体发生弹性形变时储存的能量，弓松手恢复原状释放能量推动箭运动；结合蹦床、撑杆跳、拉力器配图补充：弹性形变量越大，弹性势能越大；开展讨论交流活动，抛出两个思考问题：第一地球消失，物体重力势能是否存在？第二单独一个物体能否发生弹性形变、拥有弹性势能。引导小组总结：重力依靠地球与物体相互吸引产生，重力势能属于物体和地球组成的系统；弹性势能是发生形变的物体与接触物体共同组成系统所有，单一物体无法储存势能。 · 观看弯弓射箭实景图，理解弹性形变储存弹性势能，形变量决定势能大小；小组交流讨论后明白势能均属于相互作用的系统，不存在只属于单个物体的势能。 环节五 综合习题训练，课堂总结布置分层任务（13 分钟） 出示重力做功路径判断、不同零势能面势能计算、弹性势能实例辨析三道综合习题，带领学生复盘珠峰雪崩重力势能引入、天桥路径推导重力做功规律、花盆例题辨析势能相对性、射箭运动弹性势能拓展四大核心内容；整合四张配图梳理本节课全部知识点，梳理珠峰雪崩实景引入图、天桥多路径探究图、书架花盆定量例题图、弯弓射箭弹性势能图四大板块考点；纠正 “路径越长重力做功越多”“势能只属于单个物体” 两类典型认知误区。 独立完成三道综合计算题，能准确区分重力势能数值与势能变化量；整合四张配图对应的珠峰雪崩实景图、天桥多路径示意图、书架花盆例题图、弯弓射箭实景图全部知识点；记录分层课后任务。 环节六课堂总结、分层课后任务（3 分钟） · 整合四张配图梳理课堂主线：珠峰雪崩实景图从高处积雪破坏现象引入重力势能概念→天桥多路径示意图拆分折线路径推导，得出重力做功只和初末高度差有关、与运动路径无关→书架花盆例题图变换不同零势能面计算，辨析重力势能具有相对性、势能变化量恒定不变→弯弓射箭实景图通过形变射箭实例认识弹性势能，最后拓展势能属于相互作用系统，完整覆盖概念引入、规律推导、定量辨析、拓展延伸四大板块。 · 梳理全课框架：1. 重力势能：高处物体具有，质量、高度影响大小；2. 重力做功：只看初末高度差，与路径无关；3. 重力做功与势能变化：正功势能减少，负功势能增加；4. 重力势能具有相对性，变化量不变；5. 弹性势能：弹性形变储存，形变量决定大小；6. 势能均为系统共有；黑板同步思维导图，重力做功规律、势能相对性两大易错点重点标注。 · 布置分层课后任务：基础任务默写重力做功特点、重力势能与做功的对应关系；提升任务自行选取两个不同零势能面，计算同一小球下落过程重力势能与势能变化；拓展任务列举三个生活中弹性势能应用实例，并说明形变量如何影响弹性势能大小。 整合四张配图全部知识点，梳理完整现象 — 推导 — 计算 — 拓展脉络，规划课后任务完成顺序。 环节七 课堂收尾（2 分钟） 回扣开篇珠峰雪崩实景图总结：本节课我们掌握了重力做功、重力势能、弹性势能全部基础规律，明白了势能变化由重力、弹力做功决定，下一节课将结合动能、势能学习机械能守恒定律。 完整回顾重力势能概念、重力做功规律、势能相对性、弹性势能、系统势能全部知识点，理清 “雪崩现象提出重力势能问题→天桥多路径对比推导重力做功规律→花盆变换零点辨析势能相对性→射箭形变实例拓展弹性势能与系统属性” 完整探究推导思路。 八、板书设计 九、课程思政 本节课依托珠峰雪崩实景图、天桥多路径示意图、书架花盆例题图、弯弓射箭实景图四组教材素材，沿着珠峰高处积雪灾害现象引入重力势能、天桥多路径拆分推导重力做功规律、书架花盆变换零势能面定量辨析势能相对性、射箭体育运动拓展弹性势能与系统势能属性的脉络开展教学，培养学生从自然灾害、日常出行、居家物品、竞技体育多类真实场景提炼能量物理概念、拆分复杂运动路径分步推导定量规律、变换参考条件辩证辨析物理量相对性、结合体育工程实例拓展能量应用的严谨科研品格；珠峰雪崩、高空坠物体现重力势能巨大破坏力，引导学生树立高空作业、山地出行的安全防范意识；撑杆跳、射箭等竞技运动借助弹性势能完成动作，体现物理力学知识助力体育竞技突破；推导曲线、折线重力做功时拆分小段简化分析，教会学生拆解复杂物理过程、化繁为简的科学思考方法；势能属于相互作用系统，帮助学生建立事物相互联系、不可孤立看待的辩证物理观，引导学生主动运用势能知识解释生活灾害、运动器械的能量变化，做到学以致用。 十、教学反思和修改 教学反思：本节课借助四张核心配图完成势能完整教学，路径推导、例题计算小组参与度较高，但学生存在两处典型顽固误区：一是认为物体运动路程越长，重力做功一定更多，无法理解只有竖直高度差决定做功大小；二是混淆重力势能瞬时数值和势能变化量，更换零势能面后误以为势能改变量也会变化；同时部分学生不能自主拆分曲线路径分段分析重力做功。 修改措施：课前印制重力做功路径判断、势能相对性辨析填空预习单；课堂增加不同路径重力做功对比、零势能面变换计算抢答练习；延长四人小组曲线路径拆分推导、花盆势能计算讨论时长，逐组核对高度差判断标准、势能数值与变化量区分逻辑；课后配套重力做功辨析、势能定量计算两类专项习题，严格规范重力做功规律、势能相对性双重训练。 学科网（北京）股份有限公司 $