势能的改变.doc

基本信息
课题
高中物理必修2鲁科版第二章第二节：势能的改变
作者及工作单位
向仕元 酉阳县第四中学校
教材分析
本节内容在教材中属于重点章节。这节课是让学生进一步理解“力做功的过程是能量转化的过程”、“功是能量变化的量度”和提高灵活运用知识的能力。同时为下一节《能量守恒定律》的学习奠定基础。
学情分析
高中的学生具有一定自主探究能力，因而，在教学中以学生自主探究学习为主，引导他们自觉主动地去讨论探究。以学生为主体，注重以实验为引导的启发式教学，注重以实验探究作为学生思维的出发点，引导学生讨论和思考，寻找重力势能改变有规律。

教学目标
（一）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关．
　　3.知道重力势能的相对性．
　　4.了解弹性势能．
　　（二）过程与方法
　　1.根据功和能的关系，推导出重力势能的表达式．
　　2.学会从功和能的关系上解释和分析物理形象．
　　（三）情感态度与价值观
　　通过小组合作学习让每个同学体会到责任和义务以及尊重，学会同学间相互取长补短，感受合作学习的快乐，通过对新知识的研究，体会物理规律与生活的联系，激发探索未知世界的乐趣。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．
教学重点和难点
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。
教学过程

教学环节
教师活动
预设学生行为
设计意图
1、情境导入。

2、 演示实验。

3、 教学过程。

4、 教学过程

5、 知识应用。

6、课堂小结。
师：提出问题：运动的物体具有能量，被举高的物体有没有能量？
多媒体投影水电站图片，提出问题：大家都知道水力发电站是用水来发电的，为什么要修那么高的大坝？水是利用了什么能来发电的？（结合生活实际再举几个实例）
(一) 重力势能
请同学们分析、讨论以上提出的问题并引导学生归纳出重力势能的定义。
定义：物体处于一定的高度而具有的能叫做重力势能。

提出问题：物体重力势能的大小可能与哪些因素有关？
请同学们猜想：
演示实验【提供实验器材：铁球(大小、质量均不同的两个)、透明玻璃容器、沙子】
在一个透明的玻璃容器内装上沙子。
实验一：将不同的两铁球从同一高度释放，观察铁球落在沙子中的深度。
实验二：用一个铁球从不同高度释放，观察铁球落在沙子中的深度。
学生回答观察的现象：铁球的释放高度越大，铁球落在沙子中的深度越大。质量大的铁球落在沙子中的深度越大。
归纳上述演示，我们可以定性得到：重力势能跟物体的质量和高度都有关系，且物体的质量越大，高度越高，重力势能就越大。
提出问题：那么，怎样来定量表示重力势能呢？
实验演示及解答问题：
投影片出示问题：让质量为ｍ的小球从高度为h1的A点下落到高度为ｈ2的B点，重力所做的功为多少?

学生求解得到：
重力所做的功为：
WG＝ｍｇΔｈ＝ｍｇ（ｈ１－ｈ２）

让学生研究上式的物理意义：
重力所做的功等于ｍｇｈ这个量的变化，所以在物理学中就用ｍｇｈ这个式子来表示物体的重力势能.
板书：重力势能公式：EＰ＝mgh
　EＰ 物体的重力势能 焦（J
　　ｍ→物体的质量 千克（kg）
　　ｇ→重力加速度→(米每二次方秒)s2/ｍ
　　ｈ→物体的高度→米（ｍ）

让学生推导重力势能的单位
∵１kg·ｍ/s2·ｍ＝１Ｎ·ｍ＝１J
∴重力势能的单位是焦耳。
　重力势能是标量
多媒体投影问题：一个质量为10kg的物体,把它放置在一张高1m的桌面上,则此物体的重力势能是多少呢？（取g=10ｍ/s2）。
根据学生回答让学生讨论：为什么同一个问题会得到不同的答案？
提出重力势能的相对性：重力势能EＰ＝mgh 中h是相对于某个水平面来说的,这个水平面上h=0,重力势能也为零,这个水平面叫做零势能参考平面。通常也叫零势面。参考水平面的选取是任意的，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。
选择不同的零势面，重力势能是不同的。h是所处位置的平面到参考水平面的距离。
物体位于参考平面上方,h>0,重力势能是正值,
物体位于参考平面下方,h<0,重力势能是负值,表示物体在该位置具有的重力势能比它在参考水平面上面具有的重力势能少。
教师：前面我们学过了功是能量变化的量度，重力势能的变化也可用做功表示出来。我们知道力对物体做了多少功，物体的能量就将变化多少，那
么
同学们猜想重力所做的功与物体重力势能的变化之间有什么关系?
（二）重力做功与重力势能的改变
教师：我们用 来表示物体在初位置的重力势能，用 来表示物体在末位置的重力势能，则
学生讨论得到：
　　当物体由高处运动到低处时，ｈ１>ｈ2，WＧ>０  ∴
　 　当物体由低处运动到高处时，ｈ１<ｈ2，WＧ<０  ∴
教师总结：重力做正功时，重力势能减少，减少的重力势能等于重力所做的功。物体克服重力做功(重力做负功)时，重力势能增加，增加的重力势能等于物体克服重力所做的功。
阅读教材中讨论与交流：
学生讨论得出：重力所做的功相同，因为重力所做的功等于重力势能的减少量，而重力势能的减少量ｍｇ（ｈ１－ｈ2）是一定的。
教师：由此得到：重力所做的功只跟物体初位置的高度ｈ１和末位置的高度ｈ2有关，跟物体运动的路径无关。

(三)弹性势能的改变
　　1.演示
　　装置如图所示：将一弹簧压缩不同程度 观察现象．
　　取一个硬弹簧，一个软弹簧，分别把它们压缩相同程度，观察现象．
　　2.学生叙述实验现象
　　实验1中：当弹簧压缩程度越大时，弹簧把木块推的越远．
　　实验2中：两根等长的软、硬弹簧，压缩相同程度时，硬弹簧把木块弹出的远．

3.上述实验中，弹簧被压缩时，要发生形变，在恢复原状时能够对木块做功，我们说弹簧具有能，这种能叫弹性势能．
4.教师：同学们能举几个物体具有弹性势能的例子吗?
　　学生：卷紧的发条，被拉伸或压缩的弹簧，拉弯的弓击球时的网球拍或羽毛球拍、撑杆跳高时的撑杆等．
5.教师分析上述各例中弹性势能和形变程度之间的关系，学生总结得到：形变程度越大，弹性势能也越大．　　
6.教师：到现在为止，我们已学习了两种势能：重力势能和弹性势能．对于重力势能，其大小由地球和地面上物体的相对位置决定.
对于弹性势能，其大小由形变程度决定，而形变程度不同，发生形变的物体的各部分相对位置也会发生变化，得到：
①势能也叫位能．
　　②势能具有系统性：重力势能是物体和地球组成的系统共有的，弹性势能是物体的各部分所共有的。

用投影片出示思考题：
1.关于重力做功和物体的重力势能，下列说法中正确的是
　　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.地球上任何一个物体的重力势能都有一个确定值
　　D.重力做功的多少与参考平面的选取无关
2.物体在运动过程中，克服重力做功为50 J，则
　　A.重力做功为50 J
　　B.物体的重力势能一定增加50 J
　　C.物体的动能一定减少50 J
　　D.重力做了50 J的负功
3.以40 ｍ/s的初速度竖直向上抛出一个物体，经过ｔ秒后，物体的重力势能是动能的3倍，ｇ＝10 ｍ/s2，则ｔ的大小为
A.2秒  　B.3秒　　C.4秒 　D.5秒

1.势能由物体间的相互作用而产生，由它们的相对位置而决定．
　　2.势能是标量，单位是焦耳．
　　3.重力对物体所做的功与物体的运动路径无关，只跟物体运动的始、末位置有关，重力所做的功等于物体始、末位置的重力势能之差．
　　4.重力势能是地球和地面上的物体共同具有的，一个物体的重力势能的大小与参考平面的选取有关．
观看幻灯片
听老师讲述并进行思考。

学生思考讨论交流进行分析
得出定义：物体处于一定的高度而具有的能叫做重力势能。

观察实验，回答现象
学生回答：铁球的释放高度越大，铁球落在沙子中的深度越大。质量大的铁球落在沙子中的深度越大。

思考
分析
回答问题
学生求解得到：
重力所做的功为：
WG＝ｍｇΔｈ＝ｍｇ（ｈ１－ｈ２）。

动手推导重力势能单位
∵１kg·ｍ/s2·ｍ＝１Ｎ·ｍ＝１J
∴重力势能的单位是焦耳。

思考问题并进行讨论。

小组讨论交流
得出结论：
　　当物体由高处运动到低处时，ｈ１>ｈ2，WＧ>０  ∴
　 　当物体由低处运动到高处时，ｈ１<ｈ2，WＧ<０  ∴

思考讨论,分析得出:
重力所做的功相同。

观察实验,叙述实验现象
实验1中：当弹簧压缩程度越大时，弹簧把木块推的越远．
　　实验2中：两根等长的软、硬弹簧，压缩相同程度时，硬弹簧把木块弹出的远。

学生举出实例:卷紧的发条，被拉伸或压缩的弹簧，拉弯的弓、击球时的网球拍或羽毛球拍、撑杆跳高时的撑杆等。

独立思考并
动手解题
1. ABD
2. BD
3. B
引导学生通过对实例的观察与分析。

引导学
生通过对运动实例的观察与分析，总结出重力势能的定义。

通过实验引导学生分析物理量之间的关系(控制变量法)。

通过实例分析物体受到的重力所做的功。

通过动手自我推导重力势能的单位进一步理解单位之间的关系。

让学生通过问题设疑,讨论分析,最后对问题进行归纳总结.提高学生的解决问题和分析问题的能力。

通过对物理量之间的关系式来讨论各个物理量在不同的条件下的关系。

通过阅读讨论分析,提高学生对问题的分析和提炼观点的能力。

通过实验现象来给学生对弹性势能有个感性认识。.

通过大量的实例使学生进一步理解弹性势能的概念。

通过练习来巩固本堂课所学的知识点,要理解并懂得熟练应用所学的知识。

培养学生归纳的能力.进一步掌握本堂课的内容。

板书设计
势能的改变
（一）重力势能：
1、 定义：把物体由于在重力场中处于一定高度而具有的能。
2、重力势能大小的决定因素：物体的质量m和所处的高度h即物体的质量m，所处的高度越大,重力势能Ep就越大。
3、表达式：Ep=mgh。
4、单位：焦耳（J）。
4、重力势能是标量。
（二）重力做功与重力势能的改变：
WG=Ep1-Ep2（其中Ep1表示物体在初位置时的重力势能；Ep2表示物体在未位置时的重力势能）。
（1）重力做正功 WG>0 ，Ep1>Ep2 重力势能减小。
（2）重力做负功 WG<0 ，Ep1说明，学生很难理解和把握，于是把设计的重点放在引导学生探讨问题，自己推出结论，用已学旧知识，推导新知识的结论，这样学生就能更好的理解了，对于重力做功和重力势能的关系，也是引导学生用旧知识的推导得到结论。
为了突破难点从高度具有相对性入手，问学生挂在天花板上的电灯、电风扇有多高。不同的学生可能会有不同的回答，这样从矛盾当中，我们很自然的就引入了参考平面，即零势能面。有了高度的相对性，学生根据重力势能的计算式，就会很容易理解重力势能也具有相对性：选择不同的参考平面，物体的重力势能是不同的。然后，再让学生选择不同的参考平面来计算物体从A位置下落到B位置重力势能的改变。这样的切入学生容易理解，难点也自然而然地被突破了。
不足之处是过于追求知识的完整和严谨，对学生的答案要求过高，给予补充的太多太细，还过于急躁的在学生回答时插话，有些问题放不开让学生讨论。老担心学生的讨论不够全面，有遗漏。以后上课我要多加强学生的讨论和交流，让学生真正变为主体，引导的方法和技巧要设计得更科学、灵活、合理。