高中人教版 (新课标)4.重力势能教案

5.4  重力势能

★新课标要求

（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.

（二）过程与方法

用所学功的概念推导重力作功与路径的关系，亲身感受知识的建立过程

（三）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．

★教学重点

重力势能的概念及重力做功跟物体重力势能改变的关系。

★教学难点

重力势能的系统性和相对性。

★教学方法

实验观察法、分析归纳法、讲练法。

★教学工具

铁球(大小、质量均不同)两个、透明玻璃容器、沙子、投影片。

★教学过程

（一）引入新课

教师活动：放录像：打桩机的重锤从高处落下，把水泥桩打进地里。

          从录像中，同学们想到了什么？

学生活动：观看录像，思考问题。

重锤把水泥桩打进地里，说明重锤对水泥桩做了功。据功和能的关系，既然重锤可以对水泥桩做功，表明重锤具有能。

总结点评：实际上重锤在下落过程中把重力势能转化为动能，再对水泥桩做功，把其打入地里。

导入：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。那么重力势能的大小与什么有关，又如何定量表示呢？本节课我们就来学习这个问题。

（二）进行新课

1、重力的功

教师活动：投影教材上的图5.4－1，图5.4－2，图5.4－3，引导学生阅读教材11页“重力作功”部分。一边阅读，一边在练习本上把推导过程写出来。

通过推导重力在这几种不同情况下做的功，可以得出什么结论？

学生活动：阅读教材，推导三种情况下重力做的功。选出代表发表自己的见解。

点评：通过学生亲手实践，培养学生探求知识的欲望和分析问题解决问题的能力。

教师活动：听取学生汇报，总结点评。

学生活动：认真思考，分组讨论，选出代表回答。

教师活动：倾听学生回答，点评。

结论：物体运动时，重力对它做的功只跟它的起点和重点的位置有关，而跟物体运动的路径无关。。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。

2、对重力势能的学习

教师活动：指导学生阅读教材11－12页“重力势能”一段，提出问题

（1）怎样定量表示物体的重力势能？

（2）重力势能与什么因素有关？你能否列举生活中的实例加以说明？

（3）重力势能的改变和重力作功之间的关系是怎样的？写出它们之间的关系式。

学生活动：阅读教材，认真思考问题。选出代表发表自己的见解、列举实例。

点评：通过学生阅读，培养学生的阅读理解能力；通过学生的回答，培养学生的语言表达能力。通过学生列举生活实例，培养学生观察生活、热爱生活的良好品质。

教师活动：听取学生汇报，总结点评。

如果学生列举实力有困难，教师可以给与指导和帮助，比如录像中打桩机的例子等。也可以设计演示实验。如下：

［演示］在一个玻璃容器内放入沙子，拿一个铁球分别从不同的高度释放，使其落到沙子中，观察铁球落入的深度.

［演示］把大小不同的两个铁球从同一高度释放，观察它们落入沙子中的深度.

学生叙述实验现象：

1.当铁球质量一定时，释放点越高，铁球落入沙子中越深；

2.当释放高度一定时，铁球质量越大，铁球落入沙子中越深.

实验现象说明：

物体的质量越大，高度越大，重力势能就越大。

3、重力势能的相对性和系统性

教师活动：引导学生阅读课文相关内容.

投影阅读思考题：

1.为什么说重力势能具有相对性？

2.什么是参考平面？参考平面的选取是唯一确定的吗？

3.选择不同的参考平面，物体的重力势能的数值是否相同？是否会影响有关重力势能问题的研究？

4.如果物体在参考平面的上方，重力势能取什么值？表示什么含义？

5.如果物体在参考平面的下方，重力势能取什么值？表示什么含义？

6.为什么说“势能是系统所共有的”？

学生活动：带着问题阅读教材。然后选出代表发言。

教师活动：听取学生汇报，总结点评：

1.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.

2.选择不同的参考平面，物体的重力势能的数值是不同的，但并不影响研究有关重力势能的问题，因为在有关的问题中，有确定意义的是重力势能的差值，这个差值并不因选择不同的参考平面而有所不同.

3.对选定的参考平面而言，在参考平面上方的物体，高度是正值，重力势能也是正值，表示物体在该位置具有的重力势能比在参考平面具有的重力势能要大.

4.在参考平面下方的物体，高度是负值，物体具有负的重力势能，表示物体在该位置具有的重力势能比在参考平面上具有的重力势能要少。

5.重力势能根重力有关，而重力是地球施加给物体的，没有地球，也就谈不上重力势能。可见，重力势能是“地球和物体”这个系统共有的。

点评：培养学生阅读理解能力和语言概括能力。

（三）课堂总结、点评

教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。

学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。

点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。

教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。

（四）实例探究

☆ 对重力势能的理解

［例1］关于重力势能的几种理解，正确的是

A.重力势能等于零的物体，一定不会对别的物体做功

B.放在地面上的物体，它的重力势能一定等于零

C.在不同高度将某一物体抛出，落地时重力势能相等

D.相对不同的参考平面，物体具有不同数值的重力势能，但并不影响研究有关重力势能的问题

答案：CD.

☆关于重力势能的相对性

［例2］如图所示，桌面高为h，质量为m的小球从离桌面高H处自由落下，不计空气阻力，假设桌面处的重力势能为0，则小球落到地面前瞬间的重力势能为

A.mgh         B.mgH

C.mg(h+H)        D.-mgh

［思路］重力势能的大小是相对参考平面而言的，参考平面选择不同，物体的高度不同，重力势能的大小则不同.

解：据题意知已选定桌面为参考平面，则小球在最高点时的高度为H，小球在桌面的高度为零，小球在地面时的高度为－h，所以小球落到地面时，它的重力势能为Ep=-mgh.

答案：D

☆重力做功及重力做功与重力势能的关系

［例3］一物体从A点沿粗糙面AB与光滑面AC分别滑到同一水平面上的B点与C点，则下列说法中正确的是

A.沿AB面重力做功多

B.沿两个面重力做的功相同

C.沿AB面重力势能减少多

D.沿两个面减少的重力势能相同

答案：BD.

☆综合应用

［例4］起重机以的加速度将质量为m的物体匀减速地沿竖直方向提升高度h，则起重机钢索的拉力对物体做的功为多少？物体克服重力做功为多少？物体的重力势能变化了多少.

解：由题意可知起重机的加速度a=，物体上升高度h，

据牛顿第二定律得mg-F=ma所以F=mg-ma=mg-m×g=mg

方向竖直向上.

所以拉力做功   WF = Fhcos0°=mgh

重力做功   WG=mghcos180°=-mgh

即物体克服重力做功为mgh

又因为  WG =Ep1-Ep2=-mgh

WG<0，Ep1<Ep2

即物体的重力势能增加了mgh

★课余作业

书面完成P13“问题与练习”中1－4题。

★教学体会

思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。

附：课后练习

1.以下关于重力势能的说法中，正确的是___.

A.地面上的物体的重力势能一定为零

B.质量大的物体重力势能一定大

C.高处物体的重力势能一定大

D.重力做正功时，物体的重力势能一定变化

答案：D

2.关于重力势能，下列说法中正确的是（    ）

A.物体的位置一旦确定，它的重力势能的大小也随之确定

B.物体与零势面的距离越大，它的重力势能也越大

C.一个物体的重力势能从﹣5 J变化到﹣3 J，重力势能变小了

D.重力势能的减少量等于重力对物体做的功

解析：物体的重力势能与参考面有关，同一物体在同一位置相对不同的参考面的重力势能不同，A选项错.物体在零势能面以上，距零势面的距离越大，重力势能越大，物体在零势面以下，距零势面的距离越大，重力势能越小，B选项错，重力势能中的正、负号表示大小，﹣5 J的重力势能小于﹣3 J的重力势能，C选项错，重力做的功量度了重力势能的变化，D选项正确.

答案：D

3.选择不同的水平面作参考平面，物体在某一位置的重力势能和某一过程中重力势能的改变量（    ）

A.都具有不同的数值

B.都具有相同的数值

C.前者具有相同数值，后者具有不同数值

D.前者具有不同数值，后者具有相同数值

解析：物体的重力势能与参考面有关，同一物体在同一位置相对不同的参考面，重力势能的数值不同.物体重力势能的改变量跟参考面无关，选项D正确.

答案：D