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2020-2021学年高中物理 第1章 功和机械能 第4节 势能及其改变教案1 鲁科版必修第二册

2020-2021学年高中物理 第1章 功和机械能 第4节 势能及其改变教案1 鲁科版必修第二册

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第4节　势能及其改变

重力势能是学生日常生活中很常见的一种能量，它与重力做功紧密联系，加深了学生对做功的理解，并且重力做功与重力势能的变化之间的关系是本章“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、分子势能打下坚实的，基础因此这一部分的内容具有重要的承上启下的作用。

【物理观念】理解重力势能的概念，会用重力势能的定义式进行计算。知道重力势能具有相对性和系统性。
【科学思维】能推导并理解重力做功与路径无关的特点，在推导中体会分析综合、推理论证、从特殊情况到一般规律的科学思维方法。
【科学探究】通过实验探究重力势能和弹性势能与那些因素有关。
【科学态度与责任】经历实验探究和理论推理过程，使学生从中领略到物理等自然科学中所蕴含的严谨的逻辑关系，有较强的学习和研究物理的兴趣。

【教学重点】重力势能概念的建立、重力做功的特点以及重力做功与重力势能改变的关系。
【教学难点】对重力势能有相对性、重力做功与重力势能改变之间的关系，以及弹性势能的理解。

【导入新课】

思考：（1）打桩机的重锤举高后从高处落下时，为什么重锤举高能把水泥桩打进地里?
（2）水力发电站为什么要修那么高的大坝？
【新课讲授】
一、重力势能
1、定义：物体因为处于一定的高度而具有的能量称为重力势能。

思考：重力势能的大小与哪些因素有关？
【动画演示影响重力势能的大小因素】

（1）质量相同时,物体被举得越高重力势能越大
（2）被举高度相同时,物体的质量越大重力势能越大
2、在物理学中，重力势能 Ep可表示为：
3、单位：焦耳（J）
4、重力势能是标量。
5、系统性：重力势能是地球与物体组成系统所共有的。
讨论与交流
假设教学楼每层教室的高度是3.5m，你们目测我们教室上面的灯有多高？一楼的同学觉得我们教室上方的灯有多高？
通过这个问题，请说一说关于重力势能表达式中的“h”，你有什么看法？
例题：桌面高h2，一质量为m的小球，从离桌面h1米高的A处自由落下，不计空气阻力，在这个过程中，分别以
（1）桌面为参考平面；
（2）地面为参考平面。
求小球在A处和落地时C处的重力势能的大小。

问题1：重力势能的大小是否一定？其大小与什么有关？
问题2:势能的大小是否总是正值？
5、重力势能具有相对性。
（1）为了比较势能的大小，应选同一个参考面，处在参考面的物体的重力势能为0 ，这个面叫做零势能面。
（2）参考面上方的物体的重力势能是正数，参考面下方的物体的重力势能是负数。
（3）零势能面的选取是任意的。
二、重力做功与重力势能改变的关系

WG=mgh=mg(h1－h2)=mgh1－mgh2
WG=EP1—EP2=
两种情况的重力势能变化一样，说明物体重力势能的变化只与重力做功有关，与其它力做功无关。

类型1: WG＝mgh＝mgh1－mgh2
类型2: WG＝mgl cosθ＝mgh＝mgh1－mgh2
类型3: WG＝mgΔh1＋mgΔh2＋mgΔh3＋… ＝mgh＝mgh1－mgh2
结论：重力做功只与始末位置的高度差有关，与路径无关。
WG = mgh1-mgh2
WG = Ep1 - Ep2
Ep1=mgh1表示物体在初位置时的重力势能 ；Ep1=mgh2表示物体在末位置时的重力势能
重力所做的功决定重力势能的变化
可知：①物体由高处运动到低处时，重力做正功，物体重力势能减少；重力势能减少的数量等于重力做的功。
②物体由低处运动到高处时，重力做负功，物体重力势能增加；重力势能增加的数量等于物体克服重力做的功。
【随堂练习】关于重力做功和物体的重力势能，下列说法正确的是（ ）
A、当重力对物体做正功时，物体的重力势能一定减少；
B、物体克服重力做功时，物体的重力势能一定增加；
C、地球上的物体的重力势能都只有一个唯一确定的值；
D、重力做功的多少与参考平面的选取无关。
【随堂练习】如图所示，甲、乙两名学生的质量都是m，当他们分别以图示的路径登上高h的阶梯顶端A时，他们的重力做功情况是 (　　)
A．甲的重力做功多
B．乙的重力做功多
C．甲、乙的重力做功一样多
D．无法判断
三、弹性势能

（1）为什么弯曲的杆能让运动员利用手中弹跳出去？
（2）为什么拉满弦的弯弓能把利箭发射出去？
发生弹性形变的物体具有一定的能量。
1、定义：物体因为发生弹性形变而具有的能量称为弹性势能。
思考：弹性势能的大小可能与哪几个物理量有关？（类比、猜想）

弹簧的长度；劲度系数
（1）弹簧的弹性势能可能与哪些物理量有关？
k一定，Δl越大，弹性势能越大
Δl一定，k越大，弹性势能越大
（2）弹簧的弹性势能与弹力做的功有什么关系？
类比：WG = mgh1 - mgh2 = －ΔEp
W弹= －ΔEp

重力势能与物体的高度有关 弹性势能与物体各部分之间的相对位置有关
2、势能：由相对位置决定的能量
注意：势能是存储于一个系统内的能量，不是物体单独所具有的，而是相互作用的物体所共有的。比如：重力势能就是物体与地球所组成的系统所共有的。
四、课堂小结
一、重力势能：地球上的物体具有的与它高度有关的能量
二、重力做功与重力势能变化的关系WG = Ep1－ Ep2
重力做正功，重力势能减少
重力做负功，重力势能增加
三、重力做功的特点：
与路径无关，只与初末位置的高度差有关WG=mg△h
四、弹性势能
五、势能的系统性