高中物理人教版 (2019)必修 第二册2 重力势能教案

基于大单元教学设计的高中物理教案

课题名称：必修 第二册8.2《重力势能》教案      

课型：新授课

一、教学目标

1.学生通过不同路径重力做功的分析，归纳出重力做功与路径无关的特点。

2.学生理解重力势能的表达式，通过重力做功与重力势能变化的关系体会功能关系。

3.学生知道重力势能的大小与参考平面的选取有关，即重力势能具有相对性，但重力势能的变化量与参考平面的选取无关。

4.学生了解弹性势能的决定因素，知道弹簧的弹性势能与形变量和弹簧的劲度系数有关。

二、教学重难点

重点：重力做功的特点、重力势能的相对性及系统性

难点：重力势能表达式的得出过程、重力势能的系统性、用微元法分析重力做功与路径无关

教学环节

[新课导入]

有句话是“搬起石头砸自己的脚”，从物理的角度看待这一问题，搬起的石头有了做功的本领，它就具有了能，这种能我们称为重力势能。我们今天就来学习重力势能。

[主干知识导引]

[概念梳理 夯实基础]

一、重力做的功

1.重力所做的功WG＝mgΔh，Δh指初位置与末位置的高度差.

2.重力做功的特点：物体运动时，重力对它做的功只跟它的起点和终点的位置有关，而跟物体运动的路径无关.

二、重力势能

1.重力势能.

(1)表达式：Ep＝mgh.

(2)单位：焦耳；符号：J.

2.重力做功与重力势能之间的关系：WG＝Ep1－Ep2.

(1)当物体由高处运动到低处时，重力做正功，重力势能减小；即WG＞0，Ep1＞Ep2.

(2)当物体由低处运动到高处时，重力做负功，重力势能增加；即WG＜0，Ep1＜Ep2.

3.重力势能的系统性

重力势能是地球与物体所组成的“系统”所共有的，而不是地球上的物体单独具有的.

三、重力势能的相对性

由于高度具有相对性，所以重力势能也具有相对性。

1、参考平面

物体的重力势能总是相对于某一水平面来说的，这个水平面叫作参考平面，物体的重力势能取为0。

注意：零势能面可任意选择的，选择哪个平面为参考平面，可视研究问题的方便而定，通常选择地面或较低的位置作为参考平面。

2、重力势能的正负

（1）在参考平面上方的物体，重力势能是正值；

（2）在参考平面下方的物体，重力势能是负值。

以二楼的地面作为参考平面，二楼房间里 A 处的物体具有正的重力势能，一楼房间里 B 处的物体具有负的重力势能。

[典型例题]

例1.如图所示，质量为m的小球从高为h处的斜面上的A点滚下，经过水平面BC后再滚上另一斜面，当它到达h的D点时，速度为零，在这个过程中，重力做的功为(　　)

1. mgh   B.mgh   C．mgh D．0

答案　B

解析  重力做功与路径无关，只与始末位置的高度差有关。根据重力做功的公式得，故答案为B。

例2.沿高度相同、坡度不同、粗糙程度也不同的斜面将同一物体分别从底端拉到顶端。下列说法正确的是(　　)

A．沿坡度小的斜面运动时物体克服重力做功多

B．沿坡度大、粗糙程度大的斜面运动时物体克服重力做功多

C．沿坡度小、粗糙程度大的斜面运动时物体克服重力做功多

D．不管沿怎样的斜面运动，物体克服重力做功相同

答案　D

解析　不论接触面是光滑还是粗糙，也不论是直线运动还是曲线运动，重力做功与物体的运动路径无关，只与初末状态物体的高度差有关。所以只有D正确。

例3.如图所示，质量为m的小球，从离桌面H高处由静止下落，桌面离地高度为h.若以桌面为参考平面，那么小球落地时的重力势能及整个过程中重力势能的变化分别是(　　)

A．mgh，减少mg(H－h)　　B．mgh，增加mg(H＋h)

C．－mgh，增加mg(H－h)   D．－mgh，减少mg(H＋h)

答案  D　

解析　以桌面为参考平面，落地时小球的重力势能为－mgh，初状态重力势能为mgH，即重力势能的变化ΔEp＝－mgh－mgH＝－mg(H＋h)，所以重力势能减少了mg(H＋h)，D正确．

例4.(多选)关于弹性势能，下列说法中正确的是(　　)

A．任何发生弹性形变的物体，都具有弹性势能

B．任何具有弹性势能的物体，一定发生了弹性形变

C．物体只要发生形变，就一定具有弹性势能

D．弹簧的弹性势能只跟弹簧被拉伸或压缩的长度有关

答案　AB　

解析 发生弹性形变的物体的各部分之间，由于弹力作用而具有的势能，叫作弹性势能，所以，任何发生弹性形变的物体都具有弹性势能，任何具有弹性势能的物体一定发生了弹性形变．物体发生了形变，若是非弹性形变，无弹力作用，则物体就不具有弹性势能．弹簧的弹性势能除了跟弹簧被拉伸或压缩的长度有关外，还跟弹簧的劲度系数有关．故选A、B.

[课堂快练]

1.某游客领着孩子游泰山时，孩子不小心将手中的皮球滑落，球从A点滚到了山脚下的B点，高度标记如图6所示，则下列说法正确的是(　　)

图6

A．从A到B的曲线轨迹长度不知道，无法求出此过程重力做的功

B．从A到B过程中阻力大小不知道，无法求出此过程重力做的功

C．从A到B重力做功mg(H＋h)

D．从A到B重力做功mgH

解析：选D　重力对物体所做的功只与初、末位置的高度差有关，大小为WG＝mgH，故正确选项为D。

2．如图7所示，质量为m的小球从高为h处的斜面上的A点滚下经过水平面BC后，再滚上另一斜面，当它到达的D点时，速度为零，在这个过程中，重力做功为(　　)

图7

A.　　　　　　　　　 B.

C．mgh   D．0

解析：选B　根据重力做功的公式，W＝mg(h1－h2)＝。故B正确。

3.(多选)质量为m的物体，由静止开始下落，由于空气阻力作用，下落的加速度为g，在物体下落h的过程中，下列说法正确的是(　　)

A．物体重力做的功为mgh

B．物体所受阻力做功为

C．物体重力势能减少了mgh

D．物体克服阻力所做的功为

答案　ACD

解析　因物体的加速度为g，由牛顿第二定律可知，mg－Ff＝ma，解得空气阻力Ff＝mg。重力做功WG＝mgh，阻力做功Wf＝－mgh，A、D正确，B错误；重力做功与重力势能变化的关系WG＝－ΔEp，重力做正功，故重力势能减小mgh，C正确。