4.4 势能 教学设计-2026-2027学年高一下学期物理粤教版必修第二册

该高中物理教学设计聚焦势能核心知识，涵盖重力势能与弹性势能，通过峭壁石块、水库、弓箭实景图及发条橡皮筋玩具示意图导入，前承动能定理，后为机械能守恒定律铺垫，以微元法推导和实例分析为学习支架。 特色在于依托三类教材配图构建“实例引入-微元推导-应用分析”探究流程，运用微元分段讲授法推导重力做功规律，小组讨论辨析认知误区，落实科学思维与科学探究素养。融入清洁能源应用课程思政，分层习题巩固知识，助力学生建立能量观念，提升教师教学效率。

教学设计 课程名称 势能 选用教材 高中物理粤教版必修二 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 本节承接动能、动能定理内容，分为重力势能、弹性势能两大模块，依托高处石头水库弓箭实景图、小球任意路径运动分析图、发条橡皮筋玩具示意图三张教材配图开展教学。第一板块借助峭壁石块、蓄水水电站实例引入重力势能概念，通过微元分割法推导重力做功公式，得出重力做功只与初末高度差有关、与运动路径无关的核心结论，建立重力做功与重力势能变化的对应关系；第二板块以发条青蛙、橡皮筋飞机等弹性形变玩具引入弹性势能，说明弹性势能由形变量、劲度系数共同决定，形变恢复过程弹力做功释放弹性势能。整节课围绕 “保守力做功只和初末位置有关” 核心逻辑，打通重力、弹力做功与对应势能转化的关联，为下一节机械能守恒定律铺垫基础。 二、学情分析 1. 知识储备 学生已掌握功的计算、动能与动能定理、力的分解、微元思想；初中定性了解重力势能、弹性势能，知道高度、形变影响势能大小；能计算直线运动重力做功，但不清楚曲线、曲折路径中重力做功规律；明白弹力形变储存能量，但未建立弹力做功与弹性势能变化的定量关联。 2. 能力现状 学生具备实景势能实例、小球路径分析、弹性玩具三类配图读图能力，但运用微元法分割任意曲线路径推导重力做功的数形推演能力薄弱；区分重力、弹力两类保守力做功特点的归纳能力不足；结合生活实例分析势能转化的建模应用能力偏弱。 3. 思维认知痛点 学生存在典型直观误区：物体运动路径越长，重力做功越多；重力势能只和高度有关，与质量无关；只有下落过程重力才会做功；弹性物体无形变时也具备弹性势能；弹力做功大小与形变路径有关。 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；重力做功仅由初末位置高度差决定，与运动路径无关；重力做正功重力势能减小，重力做负功重力势能增大；弹性势能由弹簧劲度系数、形变量决定，弹力做功对应弹性势能变化。 2. 科学思维 依托石头水库弓箭实景图建立势能定性实例建模思维；借助力微元分割小球路径示意图建立任意曲线过程定量推导逻辑思维；利用发条橡皮筋玩具示意图建立弹性形变势能分类归纳思维，三类思维同步开展训练。 3. 科学探究 读懂岩石、水电站、弓箭实景图，提炼重力势能、弹性势能定义；结合小球任意运动路径示意图，采用微元分段法推导重力做功通用公式，总结路径无关的特点；观察发条、橡皮筋弹性玩具，归纳弹性势能影响因素；完整经历 “生活实例引入两类势能→微元法推导重力做功规律→弹性形变实例分析弹性势能” 完整探究流程。 4. 科学态度与责任 蓄水水电站依靠重力势能转化电能，是我国清洁能源重要组成部分；发条、橡皮筋等弹性势能装置广泛应用于日常玩具、精密仪器；重力势能储能电站是新型绿色储能技术，依托重力做功与势能转化规律实现电网调峰，引导学生体会势能规律助力清洁能源发展，树立绿色能源环保意识。 四、教学重难点 重点 重力做功特点：只与初末高度差有关，与路径无关 重力做功与重力势能变化的对应关系，弹性势能的影响因素 难点 微元分割法推导任意曲线运动中重力做功公式 理解重力正负做功分别对应重力势能减少、增加 五、教学方法 生活实景导入法：岩石、水电站、弓箭图片引入两种势能； 微元分段推导讲授法：小球路径示意图分割小段推导重力做功； 对比归纳讨论法：直线、斜面、曲线路径对比重力做功大小； 实物实例分析法：发条、橡皮筋玩具分析弹性势能； 小组思辨讨论法：分组辨析路径长短影响重力做功等典型误区。 六、教学资源 粤教版高中物理必修二第四节教材配图：具有势能物体实景图、小球任意路径运动分析示意图、储存弹性势能的发条橡皮筋玩具图；重力做功微元推导填空任务单；重力势能、弹性势能辨析练习题；抽水蓄能水电站科普拓展资料。 七、教学设计 教学环节 教师活动 学生活动 环节一 势能实景实例图导入，区分重力势能与弹性势能（7 分钟） · 回顾上一节动能定理：动能由物体运动产生，本节课学习由位置、形变储存的能量 —— 势能，分为重力势能、弹性势能两类。 · 展示具有能量的物体实景图 · 抛出思考问题：峭壁石块、水库蓄水、拉紧弓弦分别依靠什么条件储存能量？静止在地面的石块、无拉伸橡皮筋是否具备势能？ · 组织两分钟同桌交流，巡回收集学生误区，绝大多数学生认为物体走过的路程越长重力做功越多，认为无形变的弹性物体仍有弹性势能。 · 梳理认知局限：高处物体依靠重力具备重力势能，发生弹性形变的物体依靠弹力具备弹性势能；重力做功大小只看高度落差，和曲线、斜面、直线运动路径无关；水电站利用高处水的重力势能发电，发条玩具依靠弹性形变储存弹性势能。 · 回顾动能、做功与能量转化知识点，记录本节课两大板块：重力做功与重力势能、弹性势能。 · 观看岩石、水库、弓箭实景图，同桌对比两类势能产生条件，标记疑问：曲线运动时如何计算重力做功，水电站如何利用重力势能转化电能。 · 跟随教师预判运动路径不会改变重力做功总量，只有高度变化决定重力做功大小。 环节二 小球运动路径分析示意图，微元法推导重力做功规律（13 分钟）  展示小球任意路径运动分析示意图 讲解微元思想：把整条曲线运动轨迹切割为无数极短小段，每一小段近似直线，单独计算每一段重力做功再求和。  分步推导单段微元重力做功公式，再对全部小段求和，推导出全程重力做功表达式，明确重力做功仅由初位置高度h1​、末位置高度h2​差值决定，和中间运动轨迹无任何关系；分类总结：物体下落，重力做正功，重力势能减少；物体上升，重力做负功，重力势能增大。  抛出四人小组三分钟讨论任务：分组口述微元法推导重力做功完整过程，分别说明物体上升、下落时重力做功正负与势能变化关系，小组整合结论推选代表发言。  汇总小组发言结论：无论直线、斜面、曲线运动，只要初末高度固定，重力做功数值完全相等；重力做多少正功，重力势能就减少多少；重力做多少负功，重力势能就增加多少；过渡铺垫，学习弹性势能。 · 对照小球路径示意图，跟随教师完成微元分段推导，牢固掌握重力做功与路径无关的核心规律，纠正 “路径越长重力做功越多” 直观误区。 · 四人小组结合下落、上升情景，能独立区分重力做功正负对应的重力势能变化。 环节三 发条橡皮筋玩具示意图，弹性势能概念与影响因素（12 分钟） · 展示储存弹性势能的物体示意图 · 介绍发条青蛙、橡皮筋飞机工作原理：发条、橡皮筋发生弹性形变时储存弹性势能，释放形变过程弹力对外做功，转化为物体动能。 · 定性讲解弹性势能两大影响因素：弹性物体自身劲度系数、形变量大小；同一根橡皮筋拉伸越长弹性势能越大，相同形变下粗硬弹簧弹性势能大于细软弹簧；物体未发生弹性形变时，弹性势能为零。 · 简短同桌思辨讨论：抽水蓄能电站夜晚抽水抬高水位储存重力势能，白天放水发电，该过程势能如何转化？ · 整合讨论结论：夜晚电能转化为水的重力势能，白天重力势能再转化为电能，依靠重力做功、重力势能变化实现能量储存，是绿色储能方式；过渡铺垫，分层习题复盘本节课全部内容。 · 对照发条橡皮筋玩具示意图，理解弹性势能产生条件与影响因素，纠正 “无形变也有弹性势能” 误区。 · 自主梳理重力势能、弹性势能两类势能的产生条件、对应做功力。 环节四 分层习题课堂整体复盘（10 分钟） · 完整梳理本节课三层主线：实景实例区分重力势能、弹性势能→微元法推导重力做功与路径无关，建立重力做功势能变化关系→弹性形变玩具分析弹性势能影响因素。 · 出示四道分层课堂思考题： · ① 重力势能、弹性势能分别在什么条件下产生？地面静止石块、无拉伸橡皮筋有无势能？ · ② 简述微元法推导任意曲线运动重力做功的核心思路，重力做功和运动路径有关吗？ · ③ 物体上升、下落过程中，重力分别做什么功？重力势能如何变化？ · ④ 抽水蓄能电站依靠哪种势能实现储能，简述能量转化过程。 · 带领学生复盘本节课三张配图核心：岩石水库弓箭实景图掌握两类势能定义；小球路径示意图理解重力做功微元推导、路径无关规律；发条橡皮筋玩具图掌握弹性势能产生条件，串联重力势能、弹性势能完整逻辑。 · 逐条板书梳理本节课典型认知误区：路径越长重力做功越多；重力势能与质量无关；无形变物体存在弹性势能；上升过程重力做正功，逐条回顾纠正。 · 布置分层课后作业：基础作业抄写重力做功公式、两类势能产生条件；提升作业独立完成四道分层思考题；拓展作业查阅抽水蓄能电站重力势能储能科普资料。 · 独立动笔完成四道分层思考题，完整书写微元推导、势能变化分析过程，对照三张配图自查错题，重力做功路径无关、弹性势能条件模糊知识点做好标记。 · 在课本记录四类认知误区，标注对应纠正知识点，规避势能综合计算题答题错误。 · 分层完成课后任务，区分概念识记、综合简答、清洁能源储能科普拓展三类作业。 环节五 课堂收尾 · 回扣开篇势能实景图总结：本节课依托岩石、水电站、弓箭实例定义重力势能、弹性势能，借助微元分割小球任意运动路径，推导出重力做功只与高度差有关、与路径无关的规律，结合发条、橡皮筋玩具分析弹性势能影响因素，明确重力、弹力做功对应势能增减变化。下一节学习机械能守恒定律，综合动能、势能分析能量总量不变规律。 · 完整回顾本节课全部核心内容：重力做功规律、重力势能、弹性势能概念与影响因素，记住三张教材配图完整探究主线，完善机械能板块动能、势能基础理论框架。 八、板书设计 九、课程思政 本节课依托具有势能物体实景图、小球任意路径运动分析示意图、储存弹性势能的发条橡皮筋玩具图三组素材，沿着重力势能工业应用、弹性势能生活应用、绿色储能工程完整脉络落实育人目标。蓄水水电站、抽水蓄能储能电站依靠重力势能转化电能，是我国清洁可再生能源体系重要组成部分，助力双碳绿色发展目标；发条、弹性构件广泛应用于国产精密仪器、航天配套设备，弹性势能力学规律支撑轻工、高端装备制造；从大型水利能源工程到小型民生玩具，势能相关物理规律兼顾国家能源建设与日常生活生产，引导学生运用重力、弹力势能知识认识绿色能源技术，树立节约资源、发展清洁能源的环保责任意识。 十、教学反思和修改 1. 教学反思 本节课势能实景、小球路径、弹性玩具三类配图直观易懂，小组微元推导、势能转化讨论课堂参与度较高，但学生存在三类顽固生活化认知误区，知识理解薄弱点明显：绝大多数学生认为运动路程会改变重力做功大小；无法自主运用微元思想分析曲线运动做功；不能准确区分重力做功正负对应的势能增减；同时部分学生微元分段求和推导重力做功的数形综合推演能力偏弱。 2. 修改措施 课前印发预习填空单，标注三大核心易错点：重力做功与路径无关；下落重力做正功势能减小；无形变无弹性势能；课堂四轮抢答互动快速纠正直观经验误区；延长四人小组三张配图微元推导、势能情景讨论时长，帮扶分段求和推演、做功势能对应关系薄弱学生，整理上升下落重力做功对比清单；课后配套分层作业夯实公式识记、简答、抽水蓄能电站科普拓展；下一节课前两分钟快速复盘重力做功规律、两类势能，衔接机械能守恒新课学习。 学科网（北京）股份有限公司 $