优秀教案系列
第2节重力势能
教学分析
教学分析
教学目标
1.分析物体沿不同路径重力做功的特点,培养学生科学推理素养。
2.理解重力势能表达式,引导学生科学探究,体会重力做功与重力势能变化的功能关系。
3.知道重力势能具有相对性,让学生体会能量观念。
4.了解弹性势能的决定因素。
教学重难点
重点:
1.重力做功与路径无关。
2.重力势能表达式的得出过程。
难点:重力势能的相对性和系统性。
教学方法
探究法、讲授法、讨论法
课时安排
1课时
教学准备
多媒体辅助教学设备、学案等
教学
教学设计
一、引入新课
浩瀚夜空,点点繁星,当我们在欣赏璀璨星空的时候,绝不会想象到它们也会给地球带来巨大的伤害:
辽宁岫岩县苏子沟镇古龙村的地貌是一个环形的大坑,该坑被确认为是我国境内第一个地球外天体撞击构造形成的陨石坑。岫岩陨石坑形态呈碗状,属于简单坑,直径1800米,坑深约150米。
洁白无垠的雪,总让人浮想联翩,也让人向往,但是,令人想不到的是,它也具有惊人的破坏力:
2020年3月8日,奥地利阿尔卑斯山区达赫施泰因山发生雪崩,5名旅行者不幸遇难。
[提出问题]陨石和雪崩为何具有这么大的能量?
[学生回答]陨石和雪崩具有一个共同的特点,具有一定的高度。
[教师总结]初中我们知道物体由于被举高而具有的能量就叫做重力势能,物体的质量越大、所处位置越高,重力势能就越大。那么重力势能的表达式是怎样的?这节课我们就来研究一下。
[板书课题]重力势能
二、新课讲授
(一)重力做功
[情境设问]物体竖直上升和下降过程,重力分别做什么功?重力势能怎么变化?
[学生回答]物体竖直上升过程,重力做负功,重力势能增加;物体竖直下降过程,重力做正功,重力势能减小。
[教师总结]重力势能与重力做功密切相关,探究重力势能表达式应该研究重力做功。
[引入情境]根据功的计算公式分别计算甲、乙两种情况中小球由A运动到B过程中重力所做的功。
[学生推导]过程甲、乙结果为WG=mgh=mgh1-mgh2。
[教师提问]甲乙两个过程路径不同,但重力做功相同。如果路径是曲线呢?
丙
[学生讨论]学生选出代表发表自己的见解,直至谈出微元的思想。程度好一些的学生还可能根据功的定义式直接找出重力及其方向上的位移,得出结果:WG=mgh=mgh1-mgh2。
[教师总结]把整个路径分成许多很短的间隔;由于每一段很小很小,都可以近似看作一段倾斜直线;分别求出物体通过每一小段倾斜直线时重力所做的功;物体通过整个路径时重力所做的功,等于重力在每小段上所做的功的代数和。
甲、乙、丙三种情境,路径不同,但重力做功都是一样的。得到结论: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
[科学推理与论证]回到重力做功的表达式,分析表达式:WG=mgh=mgh1-mgh2,重力做功等于重力与初位置高度的乘积与重力与末位置高度乘积的差值。看起来,物体所受的重力mg与它所处位置的高度h的乘积“mgh”是一个具有特殊意义的物理量。这个物理量的特殊意义在于它一方面与重力密切相关;另一方面与高度有关。恰与重力势能的基本特征一致。因此,在物理学中,我们就用“mgh”表示物体的重力势能。
[学生阅读]下面请同学们阅读教材P80,完成下面四个问题。课件展示内容。
1.定义:
2.表达式:
3.单位:
4.重力势能的系统性:
[情境分析]将手中的质量为m的粉笔头竖直上抛,上升高度为h。学生分析其上升和下落过程中重力做功与重力势能的变化。
上升过程:重力做功-mgh,重力势能增加mgh;
下降过程:重力做功mgh,重力势能减小mgh。
启发学生得出结论:重力势能的变化只与重力做功有关,重力做多少正功,重力势能就减少多少,重力做多少负功,重力势能就增加多少。
重力做的功与重力势能的关系:WG=Ep1-Ep2=-ΔEp。
(三)重力势能的相对性
[问题引入]问题:一本质量为0.2kg的书放在讲台桌上,教室层高4m,讲台高1m,请问这本书的重力势能是多少?(g取10m/s2)
[学生讨论]学生有多种答案,学生可能回答:2J、0J、10J
[教师总结]都对也都不对,为什么?引导学生回答:重力势能具有相对性。
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。在参考平面上,物体的重力势能取为0。
确定重力势能的方法:
①先选定参考平面(零势能面)。
②在参考面上方的物体的高度是正值,重力势能也是正值;在参考面下方的物体的高度是负值,重力势能也是负值。“+”表示物体在这个位置具有的重力势能比在