高中物理人教版必修2《重力势能》教学设计

§7.4 重力势能

本节知识点是人教版高一物理第七章第四节的内容，在此之前，学生已初步认识到处理动力学问题可以从两个方面去思考：1、牛顿运动定律和运动学的相关规律；2、力做功与能量变化之间的关系。本章节主要是从第二方面着手探究动力学问题。本节强化的一个思想是从定性到定量地探究重力做功与重力势能变化的关系。同时本节中重力做功与重力势能的变化之间的关系也是“机械能守恒定律”的必备知识。本节的讲解思路也为学生学习电势能打下坚实的基础。

一、教学目标: 1.知识与技能

1)．理解重力势能的概念，会用重力势能的定义进行计算。 2)．理解重力势能的变化和重力做功的关系，知道重力做功与路径无。

3)．知道重力势能的相对性。 2.过程与方法

用所学功的概念推导重力做功与路径的关系，亲身感受知识的建立过程。

3.情感、态度与价值观

渗透从对生活中有关物理现象的观察，得到物理结论的方法， 激发和培养学生探索自然规律的兴趣。 二、教学重点、难点：

重点：重力势能的概念及重力做功跟物体重力势能改变的关系。

难点：重力势能的系统性和相对性。 三、教学方法：探究、讲授、讨论、练习 四、教学手段：多媒体辅助教学

课 型：新授课（1课时）

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五、教学活动： [新课导入]

(多媒体投影演示．引发学生有意注意，引导学生进入状态)雪崩；陨石坑等等。

师：从刚才的画面中，同学们想到了什么，从做功和能量转化的角度分析问。

生：雪，陨石等物体下落过程中它们受到的重力对它们做了功。据功

和能的关系，既然重力做了功，表明这些物体在没有下落之前具有。因为一个物体能够对外做功，所以这个物体具有能。 师：由于物体被举高而使物体具有的能量是什么能？

生：在初中我们已经学过：物体由于被举高而具有的能量叫重力势能。 师：那么重力势能的大小与什么有关？ 学生探究：

1）同一课本从不同高度下落到自己手上，感觉 ? ? ? 2）不同质量的课本从同一高度下落到自己手上，感觉 ? ? ? 师生分析：重力势能的大小与物体的高度和质量有关 [新课教学] 一、重力的功

师：重力做功与什么因素有关呢？我们现在就通过几个例子来探究一下。

(多媒体展示教材上的图7．4—1、图7．4—2、图7．4—3，让学生独立推导这几种情况下重力做的功) 师：比较容易做的是哪一个问题？ 生：第一个和第二个问题。 师：为什么这两个问题容易研究呢？

生：因为这两个问题中物体运动的路径是直线，所以在研究重力做功问题上比较容易研究。

师：那么这两个问题的答案是什么呢？ 生l：第一个问题中WG＝mg△h=mghl一mgh2

生2：第二个问题中WG=mgcosa=mg△h＝mgh1一mgh2；，和第一个问题

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中所求出的答案相同。

师：我们大胆猜想一下，第三个图中重力做的功和前两个是否相等

呢？

生：可能是相等的。

师：我们来验证一下我们的猜想，第三个图的困难在哪里？ 生：力做功的路径是曲线。 师：我们怎样突破这个难点呢?

生1(很为难)：这是力在曲线上做功的情况，不容易研究。 生2：我记得在第二节学习力对物体做功的问题时曾经接触过有关变力做功的问题。

师(鼓励)：说说看，解决的途径是什么？

生2：曲线问题不容易解决，我们可以把这一条曲线看作由很多小的

直线组成，这样把每小段直线上重力做的功合起来就是整个过程中重力做的总功。

师(表扬)：这个同学分析得非常好，根据这个同学的分析方法，第三

个问题的答案应该是什么呢？

生：在第三种情况下重力做的功和前两种情况中重力做的功相同。 师：我们可以得到什么样的结论？ 生：重力做功与路径无关。

师：既然重力做功与路径无关，那么它与什么因素有关呢？ 生：与物体的初末位置有关。

师：假设所说“倾斜的直线”是个斜面，斜面是否光滑对计算“重力做的功”有影响吗？

生：重力所做的功只和重力以及重力方向上通过的位移有关，和其他力无关。

例题：一质量为5kg的小球从5m高处下落，碰撞地面后弹起,，每次

弹起的高度比下落高度低1m，求:小球从下落到停在地面的过程中重力一共做了多少功？ (g=9.8m/s2) 师生分析：略

二、重力势能

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师：重力做功具体的表达式是什么？

生：WG=mgh1一mgh2，其中hl和h2表示物体所处位置的高度。 师：很好，可见物体的重力mg与它所在位置的高度h的乘积“mgh”

是一个具有特殊意义的物理量。 师：怎样定义物体的重力势能?

生：我们把物理量mgh叫做物体的重力势能。 师：为什么可以这样来进行定义？

生：这是因为mgh这个物理量的特殊意义在于它一方面与重力做功密

切相关，另一方面它随高度的变化而变化。 师：重力势能的表达式是什么？用文字怎样叙述？

生：Ep=mgh，物体的重力势能等于它所受到的重力与所处高度的乘积。 师：重力势能是矢量还是标量？

生：与所有的能量一样，重力势能也是标量。 师：重力势能的单位是什么？符号是什么？

生：重力势能和其他能量一样，它们的单位和功的单位相同，都是焦耳，符号是J。

1 J=1 kg﹒ m﹒s-2﹒ m=1N﹒m

三、重力做功与重力势能变化的关系

师：有了重力势能的表达式，重力做的功与重力势能的关系可以写为

WG = mgh1-mgh2=Ep1 - Ep2

生：当物体由高处向低处运动时，重力做正功，物体重力势能减少，

也就是WG>0，Ep1>Ep2；当物体从低处运送到高处时，重力做负功(或者说物体克服重力做功)，重力势能增加，也就是WG<0，Epl

师：如果重力的功与路径有关，即对应于相同的起点和终点，重力对

同一物体做的功，随物体运动路径的不同而不同，我们还能把mgh叫做物体的重力势能吗？

生：当然不能，因为此时这个能量不能表示物体重力做功的实际情况。

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师：当摩擦力对物体做功时，我们能不能定义有一个摩擦力势能存在呢？为什么？

生：不行，摩擦力做功与路径有关。

课堂练习：质量是50kg的人沿着长150 m、倾角为30°的坡路走上

土丘，重力对他所做的功是多少？他克服重力所做的功是多少？他的重力势能增加了多少？(g取10m／s2) 解析：重力对人做的功为 人克服重力所做的功为3．75X104J 重力势能增加了3．75X104J

四、重力势能的相对性

(举例说明高度具有相对性，可以用身边的物体做实验，也可以投影演示)

师：我把课本放在桌面上，课本的高度是多少呢？ 生1：大约是课桌的高度，约为1 m左右。

生2：不对，它比一楼地面高出4m左右(假设学生在二楼)。 师：这两位同学哪位同学错了呢？

生：两个同学都没错，只是选取的参考平面不同。 师：我们可以得到一个什么结论？

生：物体所处相同位置时它的高度值可能不一样，是因为高度的参考平面不同。

师：那么重力势能有没有相对性呢？

生：由于高度有相对性，所以重力势能也应该有相对性。 师：我们在研究一个物体重力势能时应该怎么办？

生：应该也选择一个参考平面，在这个平面上物体的重力势能值为零。 师(总结)：重力势能总是相对于某个水平面来说的，这个水平面叫参

考平面。参考平面选取不同，重力势能的数值就不同。可见，重力势能具有相对性。选择哪个水平面作为参考平面，可视研究问题的方便而定，通常选择地面作为参考平面。选择不同的参考平面，物体的重力势能的数值是不同的，但并不影响研究

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WG＝mg／cos(90°

+30°)=50X10X150X(-0.5)J＝-3．75X104J

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