高中物理人教版 (2019)必修 第二册2 重力势能精品表格教学设计

教学基本信息

课题

《重力势能》第一课时

学科

物理

年级

高一

教学目标及教学重点、难点

【教学目标】

1．       认识重力做功与路径无关的特点。

2．       理解重力势能的概念，会用重力势能的定义式进行计算。

3．       理解重力做功和重力势能的变化的关系。

4．       知道重力势能具有相对性。

5．       知道重力势能是物体和地球系统所共有的。

【难点】重力势能的系统性和相对性。

【重点】重力做功与路径无关，重力势能的概念，重力做功和重力势能的关系。

教学过程(表格描述)

教学环节

主要教学活动

设置意图

环节一

回顾初中学习的重力势能的概念，重力势能的影响因素。

环节二

思考物体竖直向下运动，重力做的功。

环节三

思考物体先沿斜面向下运动，再沿水平面运动时，重力做的功。

环节四

综合两种情况，寻找重力做功是否与路径无关。

环节五

由重力做功，得到重力势能的概念、定义、公式、单位等。

环节六

寻找重力做功和重力势能的关系。

环节七

结合生活实际理解重力势能的相对性和重力势能差值的确定性。

环节八

理解重力势能是物体和地球系统共有的。

环节九

*拓展一：物体沿曲面下滑时，如何计算重力做的功。

环节十

*拓展二：如果重力做功和路径有关，还可以用mgh 表示重力势能吗？

环节十二

小结本节。

回顾初中学习的重力势能的概念。

回顾初中学习的重力势能的影响因素。通过分析得到，研究重力势能应该从重力做功入手。

思考：物体竖直向下运动，重力做的功。

一个质量为m的物体，从与地面高度为h1的位置A，竖直向下运动到高度为h2的位置B，求这个过程中重力做的功？

WG= mgΔh =mgh1-mgh2

思考：物体先沿斜面向下运动，再沿水平面运动时，重力做的功。

一个质量为m的物体，沿着斜面从A点向下运动到Bˊ点，高度由h1降为h2，再水平运动到B点。求整个过程，重力做的功？

从A点到Bˊ点

=mglcosθ= mgh1-mgh2

从Bˊ点到B点

=0

整个过程

=+= mgh1-mgh2

第二次和第一次重力做的功相同。

思考：斜面是否光滑，对重力工作是否有影响。

因为重力做功只和G和有关，所以摩擦力不会影响G。

结论：斜面是否光滑不会影响重力做的功。

综合两种情况，寻找重力做功是否与路径无关。

WG= mgΔh = mgh1-mgh2

综合两种情况，发现重力做功只与始末位置有关，与路径无关。

重力做功的公式和特点。

结合寻找同学的生活实例，感受重力做功与路径无关。

由重力做功，得到重力势能的概念。

mgh这个式子的形式很特殊，一方面，它和重力做功密切相关，我们是由重力做功计算得到这个式子，另一方面，它随着高度的增加而增加，随质量的增加而增加，与我们初中学过的重力势能特征一致，因此我们把mgh叫做重力势能。

重力势能的概念、公式EP=mgh、单位、重力势能是标量。推导重力势能的单位。

1kg·m·s-2·m=1N·m=1J

重力做功和重力势能的关系，

WG=mgh1-mgh2=EP1-EP2,

结合寻找同学的生活实例感受重力做功和重力势能的关系。

你从四楼到二楼，相当于物体从高处运动到低处，重力做正功， WG>0,重力势能减少， EP1>EP2 ，在这个过程中，重力势能减少的数值等于重力所做的功，这是功能关系。

你从二楼到四楼，相当于物体从低处运动到高处，重力做负功， WG<0，克服重力做功，重力势能增加， EP1<EP2 ，重力势能增加的数值等于物体克服重力所做的功。这里也体现了功能关系。

请同学们写出，第一幅图小球竖直下落，在A处的重力势能？发现因为高度有相对性，所以重力势能也有相对性。

结合生活实际，理解重力势能的参考平面，知道重力势能的正负值的含义。

思考：以二楼的地面为参考平面，二楼房间里A处和一楼房间里的B处的物体的重力势能是正值还是负值呢？

思考；选择不同的参考平面，重力势能的差值相同吗。

结合上图，计算选择不同的参考平面，物体位于AB两点时，重力势能的差值。

结论：选择不同参考平面，重力势能的差值相同。

思考：选择不同的参考平面，重力做的功相同吗？

思路一：功能关系。

思路二：重力做功的计算公式WG=mgΔh。

结论：选择不同的参考平面，重力做的功相同。

理解重力势能是物体和地球系统共有的。

重力是地球和物体之间的相互作用力，没有地球的吸引，就不会有重力，也就不会用重力势能，严格的说，重力势能是地球和物体所组成的这个物体系统共有的。

*拓展一；物体沿曲面下滑时，如何计算重力做的功。

结合以前学习的内容回顾微元法。

匀变速直线运动的v-t图像与坐标轴围成了一个梯形，我们先用(按)无限分割的方法(按)把梯形分割成一个个小矩形，这样就把我们(按)不熟悉的变速过程分解成我们熟悉的匀速过程。(按)每一个小的匀速过程就是微元。每一个小矩形就是微元。

当分割的小矩形越来越多时，我们发现(按)无数个小矩形合在一起就成了梯形，(按)小矩形面积之和就能精确的代表梯形的面积，代表匀变速直线运动的位移，由此我们得到了匀变速直线运动的位移公式，并且先无限分割再求和过程(按)适用于处理任何形状的v-t图像。可见微元法是非常重要的方法，可以化难为易。

利用微元法得到物体沿曲面下滑时，重力做的功

物体沿着曲面下滑，还是从A点到B点，重力做的功是多少呢？

WG=mgΔh1+mgΔh2+mgΔh3+…

=mg(Δh1+Δh2+Δh3)

=mgΔh

= mgh1-mgh2

重力做的功与前两种情况相同。

综合三种情况，发现重力做功与路径无关。

*拓展二：如果重力做功和路径有关，还可以用mgh 表示重力势能吗？

同一物体分别沿红色的路径和绿色的路径从A点运动到B点，如果重力所作的功与路径有关，会出现什么样的情况呢？

设B点为重力势能的零势能点，若重力做功与路径有关， 同一物体分别沿不同路径从A点运动到B点，重力所作的功不同，根据WG =EPA-EPB，现在EPB相同都为零，WG 不同，则EPA不同，即A点有不同的重力势能值，相对于B点，A点的高度是确定的，根据EP=mgh,A点的重力势能应该是确定的数值，两者相互矛盾，由此我们知道，如果重力做功与路径有关我们就不能用mgh 表示重力势能了。可见重力势能存在的前提条件是重力做功与路径无关。

结论：如果重力做功和路径有关，就不能能用mgh表示重力势能。

本节小结

温故知新

从简单的情境入手，得到重力做功的公式。

综合两种情景得到重力做功的特点。

启发学生思考重力做功与摩擦力是否有关系。

由重力做功得到重力势能的概念。

通过与生活相联系，感受重力做重力做功和重力势能的关系。

结合实际，知道重力势能具有相对性，重力势能的差值，具有绝对性。

拓展学生思维

得到物体沿曲线下滑是重力做的功，再次证明重力做功与路径无关。