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1、2022年高一物理 第七章機(jī)械能 五、重力勢(shì)能(第一課時(shí)) 人教大綱版第一冊(cè) ●本節(jié)教材分析 本節(jié)講述重力勢(shì)能及其相對(duì)性，重力勢(shì)能的變化以及與重力做功的關(guān)系． 由于與動(dòng)能定理的表述不一致，學(xué)生往往不易理解，教學(xué)時(shí)最好能結(jié)合一些實(shí)例，從能量轉(zhuǎn)化的角度分析，解開學(xué)生的困惑，例如可舉在自由落體運(yùn)動(dòng)中，重力做正功，重力勢(shì)能減少，同時(shí)由動(dòng)能定理可知，動(dòng)能增加，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能.這樣做也可以為下一節(jié)講解機(jī)械能守恒定律做好準(zhǔn)備． 關(guān)于重力做功與路徑無(wú)關(guān)和彈性勢(shì)能的教學(xué)，只要求學(xué)生知道即可. ●教學(xué)目標(biāo) 一、知識(shí)目標(biāo) 1.理解重力勢(shì)能的概念，會(huì)用重力勢(shì)能的定義進(jìn)行計(jì)算. 2.理解重力勢(shì)能的變

2、化和重力做功的關(guān)系，知道重力做功與路徑無(wú)關(guān). 3.知道重力勢(shì)能的相對(duì)性. 4.了解彈性勢(shì)能. 二、能力目標(biāo) 1.根據(jù)功和能的關(guān)系，推導(dǎo)出重力勢(shì)能的表達(dá)式. 2.學(xué)會(huì)從功和能的關(guān)系上解釋和分析物理現(xiàn)象. 三、德育目標(biāo) 滲透從對(duì)生活中有關(guān)物理現(xiàn)象的觀察，得到物理結(jié)論的方法，激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生探索自然規(guī)律的興趣． ●教學(xué)重點(diǎn) 重力勢(shì)能的概念及重力做功跟物體重力勢(shì)能改變的關(guān)系. ●教學(xué)難點(diǎn) 重力勢(shì)能的系統(tǒng)性和相對(duì)性. ●教學(xué)方法 實(shí)驗(yàn)觀察法、分析歸納法、講練法. ●教學(xué)用具 鐵球(大小、質(zhì)量均不同)兩個(gè)、透明玻璃容器、沙子、投影片． ●課時(shí)安排 1課時(shí) ●教學(xué)過(guò)程 一

3、、導(dǎo)入新課 ［放錄像］ 打樁機(jī)的重錘從高處落下，把水泥樁打進(jìn)地里. ［分析］重錘把水泥樁打進(jìn)地里，說(shuō)明重錘對(duì)水泥樁做了功. 據(jù)功和能的關(guān)系，既然重錘可以對(duì)水泥樁做功，表明重錘具有能. 實(shí)際上重錘在下落過(guò)程中把重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，再對(duì)水泥樁做功，把其打入地里. ［導(dǎo)入］ 在初中我們已經(jīng)學(xué)過(guò)：物體由于被舉高而具有的能量叫重力勢(shì)能.那么重力勢(shì)能的大小與什么有關(guān)，又如何定量表示呢？本節(jié)課我們就來(lái)學(xué)習(xí)這個(gè)問(wèn)題. 二、新課教學(xué) ［知識(shí)板塊一］重力勢(shì)能與什么因素有關(guān). ［程序一］演示實(shí)驗(yàn) ［演示一］在一個(gè)玻璃容器內(nèi)放入沙子，拿一個(gè)鐵球分別從不同的高度釋放，使其落到沙子中，觀察鐵球落入的

4、深度. ［演示二］ 把大小不同的兩個(gè)鐵球從同一高度釋放，觀察它們落入沙子中的深度. ［程序二］學(xué)生敘述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象： 1.當(dāng)鐵球質(zhì)量一定時(shí)，釋放點(diǎn)越高，鐵球落入沙子中越深； 2.當(dāng)釋放高度一定時(shí)，鐵球質(zhì)量越大，鐵球落入沙子中越深. ［程序三］據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象總結(jié)： 物體的質(zhì)量越大，高度越大，重力勢(shì)能就越大. ［知識(shí)板塊二］ 重力勢(shì)能的定量表示： ［程序一］定性討論： 1.把一個(gè)物體舉高，重力做什么功？重力勢(shì)能如何變化？ 2.一個(gè)物體從高處下落，重力做什么功？重力勢(shì)能如何變化？ ［程序二］學(xué)生匯報(bào)討論結(jié)果： 把一個(gè)物體舉高，重力做負(fù)功，即物體克服重力做功，物體的重力勢(shì)能增大；

5、 一個(gè)物體從高處下落，重力做正功，重力勢(shì)能減小. ［程序三］教師總結(jié)： 從剛才的討論中可知：重力做正功，重力勢(shì)能減小；重力做負(fù)功，重力勢(shì)能增加. 把功和能的關(guān)系用到此處得到： 1.重力勢(shì)能的變化跟重力做功有密切聯(lián)系. 2.重力做了多少功，重力勢(shì)能就改變多少. ［過(guò)渡］由此我們可以借助于重力做功來(lái)定量研究重力勢(shì)能. ［程序四］推導(dǎo)重力勢(shì)能的定量表示式. ［投影］ 一個(gè)質(zhì)量為m的物體從距地高為h1的A點(diǎn)下落到距地高為h2的B點(diǎn)，求重力做的功. ［推導(dǎo)得到］ 在該下落過(guò)程中，重力做的功為： WG=mgΔh=mgh1－mgh2 ［多媒體對(duì)比分析］ 1.重力做的功等于物體

6、重力勢(shì)能的變化量. 2.WG=mgh1－mgh2(即WG等于mgh這個(gè)量的變化）. ［總結(jié)］ 通過(guò)上述類比分析得到： 在物理學(xué)中重力勢(shì)能的變化對(duì)應(yīng)于mgh的變化，我們就用mgh這個(gè)物理量來(lái)表示物體的重力勢(shì)能. ［板書］Ep=mgh ［練習(xí)］ 一物體質(zhì)量為5 kg放在水平桌面上，桌面高度為4 m，求該物體具有的重力勢(shì)能. 解：據(jù)Ep=mgh得，物體具有的重力勢(shì)能為： Ep=5×10×4 J=200 J ［程序五］討論重力做的功與重力勢(shì)能改變之間的關(guān)系. 投影公式： WG=Ep1－Ep2 ［說(shuō)明］WG表示重力做的功；Ep1表示物體初位置的重力勢(shì)能；Ep2表示物體末位置

7、的重力勢(shì)能. 討論得到： 1.當(dāng)物體由高處運(yùn)動(dòng)到低處時(shí)，重力做正功，則WG>0,Ep1>Ep2,表示重力做正功時(shí)，重力勢(shì)能減少，減少的重力勢(shì)能等于重力所做的功. 2.當(dāng)物體由低處運(yùn)動(dòng)到高處時(shí)，重力做負(fù)功，WG<0，Ep1

8、位置的高度h2有關(guān)，跟物體運(yùn)動(dòng)的路徑無(wú)關(guān). ［練習(xí)］ 一物體從A點(diǎn)沿粗糙面AB與光滑面AC分別滑到同一水平面上的B點(diǎn)與C點(diǎn)，則下列說(shuō)法中正確的是 A.沿AB面重力做功多 B.沿兩個(gè)面重力做的功相同 C.沿AB面重力勢(shì)能減少多 D.沿兩個(gè)面減少的重力勢(shì)能相同 本題正確答案為BD. ［知識(shí)板塊三］重力勢(shì)能的相對(duì)性. ［程序一］學(xué)生閱讀課文相關(guān)內(nèi)容. ［程序二］投影閱讀思考題： 1.為什么說(shuō)重力勢(shì)能具有相對(duì)性？ 2.什么是參考平面？參考平面的選取是唯一確定的嗎？ 3.選擇不同的參考平面，物體的重力勢(shì)能的數(shù)值是否相同？是否會(huì)影響有關(guān)重力勢(shì)能問(wèn)題的研究？ 4.如果物體在參

9、考平面的上方，重力勢(shì)能取什么值？表示什么含義？ 5.如果物體在參考平面的下方，重力勢(shì)能取什么值？表示什么含義？ ［程序三］抽查學(xué)生解答思考題，總結(jié)得到： 1.重力勢(shì)能總是相對(duì)于某個(gè)水平面來(lái)說(shuō)的，這個(gè)水平面叫參考平面. 選擇哪個(gè)水平面作為參考平面，可視研究問(wèn)題的方便而定，通常選擇地面作為參考平面. 2.選擇不同的參考平面，物體的重力勢(shì)能的數(shù)值是不同的，但并不影響研究有關(guān)重力勢(shì)能的問(wèn)題，因?yàn)樵谟嘘P(guān)的問(wèn)題中，有確定意義的是重力勢(shì)能的差值，這個(gè)差值并不因選擇不同的參考平面而有所不同. 3.對(duì)選定的參考平面而言，在參考平面上方的物體，高度是正值，重力勢(shì)能也是正值，表示物體在該位置具有的重力勢(shì)

10、能比在參考平面具有的重力勢(shì)能要大. 4.在參考平面下方的物體，高度是負(fù)值，物體具有負(fù)的重力勢(shì)能，表示物體在該位置具有的重力勢(shì)能比在參考平面上具有的重力勢(shì)能要少. ［程序四］針對(duì)練習(xí) 1.關(guān)于重力勢(shì)能的幾種理解，正確的是 A.重力勢(shì)能等于零的物體，一定不會(huì)對(duì)別的物體做功 B.放在地面上的物體，它的重力勢(shì)能一定等于零 C.在不同高度將某一物體拋出，落地時(shí)重力勢(shì)能相等 D.相對(duì)不同的參考平面，物體具有不同數(shù)值的重力勢(shì)能，但并不影響研究有關(guān)重力勢(shì)能的問(wèn)題 本題正確選項(xiàng)為CD. 2.如圖所示，桌面高為h，質(zhì)量為m的小球從離桌面高H處自由落下，不計(jì)空氣阻力，假設(shè)桌面處的重力勢(shì)能為0，則小

11、球落到地面前瞬間的重力勢(shì)能為 A.mgh B.mgH C.mg(h+H) D.－mgh ［思路］重力勢(shì)能的大小是相對(duì)參考平面而言的，參考平面選擇不同，物體的高度不同，重力勢(shì)能的大小則不同. 解：據(jù)題意知已選定桌面為參考平面，則小球在最高點(diǎn)時(shí)的高度為H，小球在桌面的高度為零，小球在地面時(shí)的高度為－h(huán)，所以小球落到地面時(shí)，它的重力勢(shì)能為Ep=－mgh. 答案：D ［知識(shí)板塊四］ 彈性勢(shì)能： 1.演示： 裝置如圖所示： 將一木塊靠在彈簧上，壓縮后松手，彈簧將木塊彈出. 分別用一個(gè)硬彈簧和一個(gè)軟彈簧做上述實(shí)驗(yàn)，分別把它們壓縮后松手，觀察現(xiàn)象.

12、 2.學(xué)生敘述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 現(xiàn)象一：同一根彈簧，壓縮程度越大時(shí)，彈簧把木塊推得越遠(yuǎn)． 現(xiàn)象二：兩根等長(zhǎng)的軟、硬彈簧，壓縮相同程度時(shí)，硬彈簧把木塊彈出得遠(yuǎn)． 3.［師生共同分析］ 上述實(shí)驗(yàn)中，彈簧被壓縮時(shí)，要發(fā)生形變，在恢復(fù)原狀時(shí)能夠?qū)δ緣K做功，因而具有能量，這種能量叫做彈性勢(shì)能． ［板書］發(fā)生形變的物體，在恢復(fù)原狀時(shí)能夠?qū)ν庾龉?，因而具有能量，這種能量叫做彈性勢(shì)能． ［學(xué)生活動(dòng)］ 舉幾個(gè)物體具有彈性勢(shì)能的例子： a.卷緊的發(fā)條 b.被拉伸或壓縮的彈簧 三、鞏固練習(xí) 1.起重機(jī)以的加速度將質(zhì)量為m的物體勻減速地沿豎直方向提升高度h，則起重機(jī)鋼索的拉力對(duì)物體做的功為多少？物體

13、克服重力做功為多少？物體的重力勢(shì)能變化了多少. 解：由題意可知起重機(jī)的加速度a=，物體上升高度h， 據(jù)牛頓第二定律得mg－F=ma所以F=mg－ma=mg－m×g=mg 方向豎直向上. 所以拉力做功 WF=Fhcos0°=mgh 重力做功 WG=mghcos180°=－mgh 即物體克服重力做功為mgh 又因?yàn)? WG=Ep1－Ep2=－mgh WG<0,Ep1

14、之間在未提起時(shí)無(wú)相互作用，所以勻速提起時(shí)的拉力F1總是等于被提起部分鐵環(huán)的重力，即F1=G1=m1g，由于m1是逐漸增大的，所以拉力F1也是逐漸增大的，所以不能用W=Fhcosα求解. 由功能關(guān)系，鐵鏈從初狀態(tài)到末狀態(tài)，它的重心位置提高了h=，因而它的重力勢(shì)能增加了ΔEp=mgh=mgL/2,又由于鐵鏈?zhǔn)莿蛩偬崞?，因而它的?dòng)能沒(méi)有變化，所以拉力F對(duì)鐵鏈所做的功就等于鐵鏈重力勢(shì)能的增加量. 即WF=ΔEp=mgL=×10×9.8×2 J=98 J 四、小結(jié) 本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了： 1.勢(shì)能由物體間的相互作用而產(chǎn)生，由它們的相對(duì)位置而決定. 2.勢(shì)能是標(biāo)量，單位是焦耳． 3.重力對(duì)物體所

15、做的功與物體的運(yùn)動(dòng)路徑無(wú)關(guān)，只跟物體運(yùn)動(dòng)的始、末位置有關(guān)，重力所做的功等于物體始、末位置的重力勢(shì)能之差． 4.重力勢(shì)能是地球和地面上的物體共同具有的，一個(gè)物體的重力勢(shì)能的大小與參考平面的選取有關(guān)． 五、作業(yè) (一)課文P146練習(xí)五①②③④ (二)思考題 1.關(guān)于重力勢(shì)能的幾種理解，正確的是 A.重力勢(shì)能等于零的物體，一定不會(huì)對(duì)別的物體做功 B.相對(duì)于不同的參考平面，物體具有不同數(shù)值的重力勢(shì)能，但這并不影響研究有關(guān)重力勢(shì)能的問(wèn)題 C.在同一高度將物體不論向何方向拋出，只要拋出時(shí)的初速度大小相同，則落地時(shí)減少的重力勢(shì)能必相等 D.放在地面的物體，它的重力勢(shì)能一定等于零 2.在

16、水平面上豎直放置一輕質(zhì)彈簧，有一物體在它的正上方自由落下，在物體壓縮彈簧速度減為零時(shí) A.物體的重力勢(shì)能最大 B.物體的動(dòng)能最大 C.彈簧的彈性勢(shì)能最大 D.彈簧的彈性勢(shì)能最小 3.質(zhì)量為1　kg的鐵球從某一高度自由落下，當(dāng)下落到全程中點(diǎn)位置時(shí)，具有36 J的動(dòng)能.空氣阻力不計(jì)，取地面為零勢(shì)能面，g取10　m／s2，則 A.鐵球在最高點(diǎn)時(shí)的重力勢(shì)能為36　J B.鐵球在全程中點(diǎn)位置時(shí)具有72　J機(jī)械能 C.鐵球落到地面時(shí)速度為12　m／s D.鐵球開始下落時(shí)的高度為7．2　m 參考答案： 1.ＢＣ 2.C 3.ＢＣＤ 六、板書設(shè)計(jì) 七、本節(jié)優(yōu)化訓(xùn)練設(shè)計(jì) 1.

17、關(guān)于重力勢(shì)能的理解，下列說(shuō)法正確的是 A.重力勢(shì)能是一個(gè)定值 B.當(dāng)重力對(duì)物體做正功時(shí)，物體的重力勢(shì)能減小 C.放在地面上的物體，它的重力勢(shì)能一定等于0 D.重力勢(shì)能是物體和地球共有的，而不是物體單獨(dú)具有的 2.物體的重力勢(shì)能等于___________，定義式Ep＝__________． 3.如圖所示，一根均勻的直棒平放在地面，將它豎直立起時(shí)O點(diǎn)不滑動(dòng)，若棒的質(zhì) 量為m，棒長(zhǎng)為L(zhǎng)，則棒被豎直立起時(shí)外力做功至少為______________，重力做功為______________，物體克服重力做功為______________，棒的重力勢(shì)能增加了______________，外力作

18、用點(diǎn)越靠近右端時(shí)用的力___________，但做的功______________． 4.如圖所示，重物A的質(zhì)量為m，置于水平地面上，其上表面連接一根豎直的輕質(zhì)彈簧，彈簧的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，勁度系數(shù)為k，現(xiàn)將彈簧的上端P緩慢地豎直上提一段距離L，使重物A離地面時(shí)，重物具有的重力勢(shì)能為______________. 5.如圖所示，質(zhì)量為m的物體從h高處的A點(diǎn)由靜止自斜面滑下，再滑到平面上的C點(diǎn)停下，在B點(diǎn)沒(méi)有能量損失，則在A→B→C的全過(guò)程中物體克服阻力所做的功為______________，如果使物體由C點(diǎn)沿原路返回到A點(diǎn)，則外力至少做功為______________． 6.一個(gè)物體

19、從距地面的高度為H處自由下落，當(dāng)它的動(dòng)能與其重力勢(shì)能相等時(shí)，需要下落的時(shí)間為 A. B. C. D. 7.在豎直平面內(nèi)有一個(gè)半徑為R的圓弧形軌道，一個(gè)質(zhì)量為m的小物體從軌道最高點(diǎn)A由靜止滑下，到達(dá)最低點(diǎn)B時(shí)恰好又靜止，問(wèn)： （1）物體在下滑過(guò)程中受到哪些力的作用? （2）對(duì)小物塊做功的力各是什么力?做了多少功，大小各為多少? （3）小物塊由A到B，其重力勢(shì)能變化了多少，如何變化?轉(zhuǎn)化為什么形式的能?有多少，用什么去量度? 8.如圖是幾個(gè)斜面，它們高度相同而傾角不同，讓質(zhì)量相同的物體沿斜面由靜止從頂端運(yùn)動(dòng)到底端，試根據(jù)功的公式計(jì)算沿不同斜面重力所做的功，并證明這個(gè)

20、功與斜面的傾角無(wú)關(guān)． 9.如圖所示，輕質(zhì)長(zhǎng)繩水平地跨過(guò)距2Ｌ的兩個(gè)定滑輪A、B上，質(zhì)量為m的物塊懸掛在繩上O點(diǎn)，O與A、B兩滑輪的距離相等，在輕繩兩端C、D分別施加豎直向下的恒力F＝mg，先托住物塊，使繩處于水平拉直狀態(tài).從靜止釋放物塊，在物塊下落過(guò)程中，保持C、D兩端的拉力F不變，則： （1）當(dāng)物塊下落距離h為多大時(shí)，物塊的加速度為零． （2）當(dāng)物塊下落上述距離的過(guò)程中，克服C端恒力F做的功W為多少? （3）求物體下落的最大速度vm和最大距離H． 參考答案： 1.ＢＤ 2.物體的重量和它的高度的乘積；mgh 3. mgL；－mgL；mgL；mgL；越小，不變 4.mg（L－） 5.mgh；2mgh 6.B 7.（1）重力、彈力和滑動(dòng)摩擦力 （2）重力和滑動(dòng)摩擦力；重力做正功，大小為mgR；滑動(dòng)摩擦力做負(fù)功，大小為mgR （3）mgＲ；減少；內(nèi)能；mgＲ；滑動(dòng)摩擦力做的功 8.證明略 9.（1） （2）（－1）mgＬ （3）； L