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2019-2020年高中物理《重力勢能》教案10 新人教版必修2 一、教學(xué)目的： 1．理解重力勢能的概念，會用重力勢能的定義式進(jìn)行計(jì)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． 二、重難點(diǎn)： 1．重力勢能以及重力勢能的變化與重力做功的關(guān)系. 2．理解重力勢能的相對性. 三、教學(xué)方法： 演示實(shí)驗(yàn)、分析推理、講授討論. 四、教具： 輕重不同的重錘一個、木樁、沙箱、橡皮筋. 五、教學(xué)過程： （一）引入新課： 大家知道水力發(fā)電站是利用水來發(fā)電的，水是利用什么能來發(fā)電的呢？學(xué)習(xí)這節(jié)課后，我們將會了解這個問題。 通過前面對功和能的關(guān)系的學(xué)習(xí)，我們知道怎樣判斷一個物體具有能量：一個物體能夠?qū)ν庾龉?，我們就說這個物體具有能量。 演示重錘從高處落下，把木樁打進(jìn)沙箱中，說明重錘對木樁做了功，舉高的重錘具有能量。我們把重錘由于被學(xué)舉高而具有的能量叫做重力勢能。本節(jié)課將學(xué)習(xí)重力勢能的有關(guān)知識。 （二）進(jìn)行新課： 重力勢能的大小與什么因素有關(guān)呢？ 演示實(shí)驗(yàn)1：演示由質(zhì)量不同的重錘從相同高度落下，木樁被打進(jìn)沙箱的深度不同，引導(dǎo)學(xué)生分析得出：質(zhì)量越大的重錘具有的重力勢能越大。 演示實(shí)驗(yàn)2：演示用同一重錘從不同高度落下，木樁被打進(jìn)沙箱的深度不同，引導(dǎo)學(xué)生得出：重錘高度越大，具有的重力勢能越大。 怎樣定量地表示重力勢能呢？ 把一個物體舉高，要克服重力做功，同時物體的重力勢能增加。一個物體從高處下落，重力做功，同時重力勢力能減小。可見重力勢能跟重力做功有密切關(guān)系。 如圖1所示，設(shè)一個質(zhì)量為m的物體，從高度為h1的A點(diǎn)下落到高度為h2的B點(diǎn)，重力所做的功為： WG=mgΔh=mgh1-mgh2 我們可以看出WG等于mgh這個量的變化。在物理學(xué)中就用這個物理量表示物體的重力勢能。重力勢能用EP來表示。 h1 h2 Δh A B 圖1 1．重力勢能 （1）定義：由于物體被舉高而具有的能量。 （2）重力勢能的計(jì)算式：EP=mgh. 即物體的重力勢能等于物體的重量和它的高度的乘積。 （3）重力勢能是標(biāo)量，其單位與功的單位相同，在國際單位中 都是焦耳(J) 2．對EP=mgh的理解： （1）式中h應(yīng)為物體重心的高度。 （2）重力勢能具有相對性，是相對于選取的參考面而言的。因此在計(jì)算重力勢能時，應(yīng)該明確選取零勢面。 （3）重力勢能可正可負(fù)，在零勢面上方重力勢能為正值，在零勢面下方重力勢能為負(fù)值。 （4）選取不同的零勢面，物體的勢能值是不同的，但勢能的變化量不會因零勢面的不同而不同。 3．重力勢能的變化和重力做功的關(guān)系 引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步分析：課本圖7-16中，重力做正功，重力勢能減少，減少的重力勢能轉(zhuǎn)化為物體的動能了。重力勢能的變化是否在任意情況下都等于重力所做的功？重力做功有什么特點(diǎn)？ 討論1：物體從A點(diǎn)下落到B點(diǎn)過程中，如果受阻力作用，重力做的功與重力勢能變化之間的關(guān)系是怎樣的？ 物體下落受到阻力，只影響物體動能的變化，不影響重力的功，重力勢能的變化只與A、B兩點(diǎn)的高度差有關(guān)。 WG=mgh1-mgh2=EP1-EP2. 物體減少的重力勢能等于重力所做的功，但由于要克服阻力做功，減少的重力勢能沒有全部轉(zhuǎn)化為動能。 h1 h2 Δh A B 圖3 C 討論2：若物體從A點(diǎn)下落到B點(diǎn)后，再平移到與B點(diǎn)等高的C點(diǎn)，重力做的功是多少？重力做功與重力勢能之間的關(guān)系又如何？如圖3所示。 物體由B到C過程中重力不做功，重力勢能也不變化，因此物體由A運(yùn)動到C點(diǎn)過程中，重力的功仍是WG=mgh1-mgh2=EP1-EP2. 物體減少的重力勢能等于重力所做的功。 討論3:若物體是從A點(diǎn)沿斜面滑到與B點(diǎn)等高的C點(diǎn)，上 述關(guān)系是否成立？ 設(shè)AC之間長為S，且與水平方向成θ角。 重力做功WG=Fssinθ=mgh1-mgh2 由此發(fā)現(xiàn)重力做功與路徑無關(guān)，只跟初末位置高度有關(guān)，物體減少的重力勢能仍等于重力所做的功。 討論4:物體從B點(diǎn)分別勻速、加速、減速上升到A點(diǎn)，上述關(guān)系又是如何呢？ 無論物體從B點(diǎn)上升到A點(diǎn)是勻速、加速、減速，重力都做負(fù)功，且都等于物體重力與初末位置高度差的乘積。而重力勢能都增加，增加的重力勢能等于克服重力所做的功。但這三種情況中，由于所受拉力不同，物體動能的變化量等于合外力的功，動能變化量不相同。 師生共同總結(jié)出重力勢能變化只與重力做的功有關(guān)，兩者關(guān)系如下： 當(dāng)物體由高處運(yùn)動到低處時，重力做正功，重力勢能減少。減少的重力勢能等于重力所做的功。 當(dāng)物體由低處運(yùn)動到高處時，重力做負(fù)功，即物體克服重力做功，重力勢能增加。增加的重力勢能等于克服重力所做的功。 引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出重力做功的特點(diǎn)： 4．重力做功的特點(diǎn)：重力所做的功只跟初始位置的高度和末位置的高度有關(guān)，跟物體的運(yùn)動路徑無關(guān)。 演示實(shí)驗(yàn)3:演示張緊的橡皮筋把紙團(tuán)射出去，說明發(fā)生彈性形變的橡皮筋能夠做功，因而具有能量------這種能量稱為彈性勢能。 5．彈性勢能：發(fā)生彈性形變的物體，在恢復(fù)原狀時能夠?qū)ν饨缱龉?，我們把物體因發(fā)生彈性形變而具有的勢能叫彈性勢能。 引導(dǎo)學(xué)生舉些具有彈性勢能物體的實(shí)例。如張緊的弓、卷緊的發(fā)條、位伸或壓縮的彈簧、擊球時的網(wǎng)球拍等都具有彈性勢能。初步了解彈簧所具有彈性勢能的大小與什么因素有關(guān)。 分析：彈簧被拉伸或壓縮的長度越大，恢復(fù)原狀時對外做的功就越多，彈簧的彈性勢能就越大。彈簧的彈性勢能不跟彈簧的勁度有關(guān)，被拉伸或壓縮的長度相同時，勁度越大的彈簧彈性勢能越大。 重力勢能和彈性勢能是由相互作用物體的相對位置決定的，所以勢能又叫位能。今后還將學(xué)習(xí)其它形式的勢能。 【例題2】沿著高度相同，坡度不同，粗糙程度也不同的斜面向上拉同一物體到頂端，以下說法中正確的是： A．沿著坡度小、長度大的斜面上升克服重力做的功多； B．沿長度大、粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功多； C．沿長度大、粗糙程度小的斜面上升克服重力做的功多； D．上述幾種情況重力做功同樣多。 學(xué)生先做，老師再評講。正確答案為D。 （三）課堂小結(jié)： 1．重力勢能：由于物體被舉高而具有的能量；重力勢能的計(jì)算式：EP=mgh.，即物體的重力勢能等于物體的重量和它的高度的乘積；重力勢能是標(biāo)量，其單位與功的單位相同，在國際單位中都是焦耳。 2．重力做功的特點(diǎn)：重力所做的功只跟初始位置的高度和末位置的高度有關(guān)，跟物體的運(yùn)動路徑無關(guān)。 3．彈性勢能：發(fā)生彈性形變的物體，在恢復(fù)原狀時能夠?qū)ν饨缱龉?，我們把物體因發(fā)生彈性形變而具有的勢能叫彈性勢能。 （四）課外作業(yè)： 1．復(fù)習(xí)歸納本節(jié)課內(nèi)容。 2．思考課本練習(xí)四第（1）、（3）題。 3．練習(xí)四第(2)、(4)、(5)題上交。