2019-2020年高中物理 7.4《重力勢能》優(yōu)秀教案 新人教版必修2.doc
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2019-2020年高中物理 7.4《重力勢能》優(yōu)秀教案 新人教版必修2 重力勢能及其相對性是本節(jié)的主要教學內(nèi)容.教材從分析重力做功與路徑無關(guān)入手，來建立重力勢能的概念.按照“以學生為主體”新課程標準要求，在這一環(huán)節(jié)，要讓學生親自動手算一算這兩種情況下重力對物體做了多少功，來加深對探究過程的理解.正是因為重力做功有這樣的特點，才引入重力勢能的概念，對這一點學生會感覺比較困難.這一認知是逐漸建立起來的，在這里要求不宜過高.教師可以幫助學生回憶，在“追尋守恒量”一節(jié)中，給出了勢能的定義，“物體勢能是物體憑借其位置而具有的能量.”啟發(fā)學生思考，請學生說一說重力勢能應該與哪些物理量有關(guān).經(jīng)過討論，學生會得出，重力勢能應跟物體在地球的相對位置有關(guān)，還應與物體受到的重力有關(guān).本節(jié)重點講述重力勢能及其相對性，重力勢能的變化以及與重力做功的關(guān)系.重力做正功時，重力勢能減少，克服重力做功(重力做負功)時，重力勢能增加，關(guān)于這個關(guān)系，學生往往不易理解，教學時最好能結(jié)合一些實例，從能量轉(zhuǎn)化的角度分析，解開學生的困惑，例如可舉在自由落體運動中，重力做正功，重力勢能減少，同時由動能定理可知，動能增加,重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，這樣做，也可以為下一節(jié)講解機械能守恒定律作好準備. 為了突出重點，突破難點，采用學生實際操作、推理和互動探究的方法，學生對計算結(jié)果分析，先思索由結(jié)果發(fā)現(xiàn)什么問題，激發(fā)學生的學習熱情，然后由教師層層提出問題，分析問題，逐步解決問題，使學生理解和掌握本節(jié)的知識.關(guān)于重力做功與路徑無關(guān)和彈性勢能的教學：只要求學生知道即可. 教學重點 重力勢能的概念及重力做功跟物體重力勢能改變的關(guān)系. 教學難點 重力勢能的系統(tǒng)性和相對性. 課時安排 1課時 三維目標 知識與技能 1.理解重力勢能的概念，會用重力勢能的定義式進行計算. 2.理解重力勢能的變化和重力做功的關(guān)系.知道重力做功與路徑無關(guān). 3.知道重力勢能的相對性. 4.了解彈性勢能. 過程與方法 1.根據(jù)功和能的關(guān)系，推導出重力勢能的表達式. 2.學會從功和能的關(guān)系上解釋和分析物理現(xiàn)象. 3.通過實驗，使學生掌握科學的研究方法——控制變量法；培養(yǎng)學生的實際操作能力. 4.通過對結(jié)果的分析，培養(yǎng)學生發(fā)散性思維，及分析、推理、歸納的能力. 情感態(tài)度與價值觀 1.通過對實驗操作、觀察、討論，以及得出本節(jié)課物理知識的過程和方法，激發(fā)學生探索的興趣和熱愛科學的精神. 2.滲透從對生活中有關(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)學生探索自然規(guī)律的興趣. 課前準備 自制課件、事先搜集各種投影圖片；大小不一的兩個鐵塊、自制小桌、盛滿沙的盒子等. 教學過程 導入新課 故事導入 1994年7月7日，蘇梅克列維9號彗星以60 km/s的速度，向木星飛馳而去.第一顆彗核撞上了木星，緊接著，其余的彗核也接二連三地向木星撞擊，這一壯烈的天體碰撞，持續(xù)了5天才告結(jié)束.碰撞產(chǎn)生了相當于20億顆原子彈爆炸的威力，產(chǎn)生的火球，直徑達10 km，溫度達到7 000 ℃，產(chǎn)生的光亮在數(shù)億千米外也能拍到，騰起的蘑菇云極為壯觀，形成的塵埃云團與地球同樣大小，并存在了幾個月之久. 教師引導學生思考討論：為什么彗星撞擊木星時會產(chǎn)生如此大的能量呢? 情景導入 大屏幕投影展示下面幾幅圖片，讓學生自己仔細觀察，并自己提出問題來討論. 2002年9月21日上午，俄羅斯高加索北奧塞梯地區(qū)的一個村莊發(fā)生雪崩，造成至少100人失蹤 美國內(nèi)華達州亞利桑那隕石坑。這個隕石坑是5萬年前，一顆直徑約為30—50米的鐵質(zhì)流星撞擊地面的結(jié)果.據(jù)說，坑中可以安放下20個足球場，四周的看臺則能容納200多萬觀眾 參考問題：1.我們看到一個冰天雪地、廣袤無垠的銀色世界，它帶給人們的是圣潔、平和、寧靜的感受，一種心靈的洗滌.但是一旦大量積雪從高處滑下形成雪崩.一面面白茫茫的雪墻排山倒海而來，你將感受到大雪崩所帶來最令人驚心動魄的白色恐懼，將對人們的生命與財產(chǎn)帶來災難……為什么這么漂亮的雪花有如此大的破壞力？發(fā)生的雪崩為什么具有這么大的能量？ 2.通過美國內(nèi)華達州亞利桑那的隕石坑現(xiàn)象，你能說出這么大的能量與哪些因素有關(guān)？ 實驗引入 教師利用課前準備好的實驗儀器：自制小桌、鐵塊（一大一小兩個）、盛滿沙的小盒,如圖.先讓學生猜測重力勢能的影響因素. 通過學生分組討論，由學生代表表述自己的想法，重力勢能的影響因素有哪些？然后分別設計實驗，驗證學生的猜想. 推進新課 一、重力的功 問題：物體的重力勢能跟哪些影響因素有關(guān)呢？ 通過重力勢能的定義，引導學生找出重力勢能的影響因素：物體的質(zhì)量與高度.具體的關(guān)系，要求學生設計具體的物理情景來探討. 情境設置：把自制的物理小桌放在盛滿沙的盒子中，比較質(zhì)量不同的兩個鐵塊落在小桌上時小桌陷入的深度；比較同一鐵塊從不同的高度落在桌子上陷入的深度. 實驗一：用質(zhì)量不同的兩個鐵塊從同一高度釋放，觀察小桌陷入沙子中的深度. 實驗二：用同一個鐵塊從不同高度釋放，觀察小桌陷入沙子中的深度. 學生認真操作實驗，并記錄觀察到的實驗現(xiàn)象. 現(xiàn)象：在實驗一中，鐵塊的質(zhì)量越大，小桌陷入沙子中的深度越大；在實驗二中，鐵塊釋放的高度越高，小桌陷入沙子中的深度越大. 通過以上實驗的進行，學生深切感受兩個影響因素對重力勢能的影響，并從中總結(jié)具體是怎樣影響的： 物體的質(zhì)量越大，高度越大，重力勢能就越大. 因此，要研究重力勢能，就不能脫離對重力做功的研究. 重力做功的特點： 創(chuàng)設情景，引導學生推導重力做功的特點:如圖，提出物體從A到C的幾種情況，讓學生寫出在這幾種情況下，物體從A→C，重力做的功： 圖A是物體由A做自由落體到B，再水平運動到C，容易得出此過程中，重力做功為mgh； 圖B是物體沿斜面由A滑到C，重力做功為：mgssinθ=mgh； 圖C是物體沿曲面由A滑到C，可以把曲面看成很多段小斜面組成，利用圖B的結(jié)論可以得出，重力做功也為mgh.還可從A到BC面畫任意路徑讓學生求重力做功，可以看出結(jié)論都為mgh. 學生從以上三個過程的推導中容易得到重力做功的特點：重力做功與路徑無關(guān)，只與物體起點和終點位置的高度差有關(guān). 思維拓展 重力做功與路徑無關(guān)，其他力(比如摩擦力)做功是否與路徑有關(guān)？回答是肯定的.可見，重力做功的特點不能亂用，要視具體力而定.同時提醒學生，今后學習中還會遇到具有這種特點的力（例如電場力）. 如右圖所示，指導學生計算質(zhì)量為m的物體，從A運動到B的過程中，重力做的功是多少？ 小球的質(zhì)量為m，從高度為h1的A點下落到高度為h2的B點，如圖所示，重力所做的功為： WG=mgΔh=mgh1-mgh2 從上面的表達式，可以看出重力做功的大小等于重力跟起點高度的乘積mgh1與重力跟終點高度的乘積mgh2兩者之差. 點評：引導學生逐步認識mgh1、mgh2兩個量是用來描述初末狀態(tài)能量特點的，為重力勢能概念的提出作思路引導. 二、重力勢能 復習勢能的概念：相互作用的物體憑借其相對位置而具有的能量，稱為勢能. mgh這個物理量具有特殊的物理意義，一方面與重力做功有關(guān)（相互作用），又隨高度的變化而變化（憑借其相對位置），具有了勢能的特征.物理學中，把物理量mgh叫做物體的重力勢能，用Ep表示. 點評：教師在分析重力做功的基礎上，分析勢能的兩個主要特征，mgh同時具備兩個主要特征，重力勢能概念的提出就水到渠成. 師生共同討論，理解Ep=mgh，主要采取講授式： 1.標矢性：標量 2.單位：焦耳（J） 問題:重力做功引起了物體位置的變化，物體位置變化引起重力勢能變化，重力做功與重力勢能變化有什么關(guān)系呢？ 引導學生推導：重力做功也可以寫成WG=Ep1-Ep2 當物體下落時，重力做正功mgh，WG>0，即Ep1>Ep2，這說明，重力做功，重力勢能Ep減少，減少的值等于重力所做的功. 同理，當物體上升時，重力做負功-mgh，重力勢能Ep增加的值等于重力所做的功，要注意的是，重力做負功也可以說成物體克服重力做功.重力做功是重力勢能變化的量度. 三、重力勢能的相對性 問題：將一個質(zhì)量為5 kg的鐵球放在4樓一張1.5 m高的桌子上，已知每層樓的高度均為2.5 m，求鐵球的重力勢能. 要求學生分組計算，讓各小組代表自由表述自己的計算結(jié)果，教師暫不作評價.預測學生的計算情況，在高度的數(shù)值代入上有不同的意見.出現(xiàn)計算上的矛盾，此時，教師引導學生感受由于參考面的選取不同，給計算造成了不便，無法計算.因為沒有說明物體的高度是以什么位置為零高度. 請學生分別寫出上圖中以B和地面C為零點的物體的重力勢能：Ep1=mgh1，Ep2=mg(h1+h2)，（h1=AB，h2=BC）. 總結(jié)：1.重力勢能具有相對性，是與零點選取有關(guān)的，因此在表達重力勢能時，要指明勢能零點的位置.我們把重力勢能為零的水平面叫做零勢能面.通常以水平地面為零勢能面. 2.對選定的參考平面而言，在參考平面上方的物體，高度是正值，重力勢能也是正值；在參考平面下方的物體，高度是負值，重力勢能也是負值.物體具有負的重力勢能，表示物體在該位置具有的重力勢能比在參考平面上具有的重力勢能要少. 自主學習：學生分別寫出以B和地面C為零點情況下，物體落在B和落在地面C上時與初態(tài)的重力勢能差：ΔEp1=-mgh1,ΔEp2=-mg(h1+h2)，這是與零點選取無關(guān)的. 師生總結(jié)：不論我們?nèi)绾芜x擇參考系，對于一物理過程，重力勢能的改變是一定的.我們今后的學習中，更多地是研究某物理過程中重力勢能的變化，這時我們就可以適當選擇參考系使問題簡化，而不會影響結(jié)果. 課堂訓練 1.分析判斷下列幾種說法是否正確. （1）物體在末位置的重力勢能與物體如何運動無關(guān)； （2）物體在地球表面和月球表面上的重力勢能相等； （3）一個靜止的物體重力勢能為負值時，說明物體無做功本領. 2.起重機以的加速度將質(zhì)量為m的物體勻減速地沿豎直方向提升高度h，則起重機鋼索的拉力對物體做的功為多少？物體克服重力做功為多少？物體的重力勢能變化了多少？ 3.關(guān)于重力勢能，下列說法中正確的是（ ） A.物體的位置一旦確定，它的重力勢能的大小也隨之確定 B.物體與零勢面的距離越大，它的重力勢能也越大 C.一個物體的重力勢能從-5 J變化到-3 J，重力勢能減少了 D.重力勢能的減少量等于重力對物體做的功 參考答案 1.第一種說法正確. 解析：（1）把重力勢能的決定因素和實際問題的給定條件相比較； （2）正確理解重力勢能是系統(tǒng)具有的，系統(tǒng)發(fā)生變化時，重力勢能如何變化； （3）理解重力勢能的正、負與物體做功之間的關(guān)系. 2.解析：由題意可知起重機的加速度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 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 又因為 WG=Ep1-Ep2=-mgh WG<0，Ep1
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