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2019-2020年高中物理 7.4《重力勢能》同步教案 【教學(xué)目標(biāo)】 一、知識目標(biāo) 1.理解重力勢能的概念，會用重力勢能的定義進(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、能力目標(biāo) 1.根據(jù)功和能的關(guān)系，推導(dǎo)出重力勢能的表達(dá)式. 2.學(xué)會從功和能的關(guān)系上解釋和分析物理形象. 【教學(xué)重點(diǎn)】 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(xué)難點(diǎn)】 重力勢能的系統(tǒng)性和相對性 【探究學(xué)習(xí)】 一、復(fù)習(xí)導(dǎo)入 教師：打樁機(jī)的重錘從高處落下時(shí)，可以把水泥樁打進(jìn)地里，為什么? 學(xué)生：因?yàn)橹劐N具有重力勢能. 教師：那么什么是重力勢能? 學(xué)生：物體由于被舉高而具有的能量叫重力勢能. 演示實(shí)驗(yàn)： 在一個(gè)透明的玻璃容器內(nèi)裝上沙子. 實(shí)驗(yàn)一：用一個(gè)鐵球從不同高度釋放，觀察鐵球落在沙子中的深度. 實(shí)驗(yàn)二：用大小不同的兩個(gè)鐵球從同一高度釋放，觀察鐵球落在沙子中的深度. 學(xué)生回答觀察到的現(xiàn)象： 在實(shí)驗(yàn)一中，鐵球的釋放高度越大，鐵球落在沙子中的深度越大. 在實(shí)驗(yàn)二中，質(zhì)量大的鐵球落在沙子中的深度大. 教師：通過上述演示，我們可以定性得到：重力勢能跟物體的質(zhì)量和高度都有關(guān)系，且物體的質(zhì)量越大，高度越大，重力勢能就越大. 引入：那么，怎樣定量地表示重力勢能呢? 板書課題：重力勢能 二、新課教學(xué) (一)重力勢能 1.教師舉例 把一個(gè)質(zhì)量為ｍ的物體豎直向上拋出，在它上升和下落的過程中，重力分別做什么功?重力勢能如何變化? 學(xué)生：上升過程中，物體克服重力做功(重力做負(fù)功).物體的重力勢能增大. 下落過程中，重力做正功，物體的重力勢能減小. 教師：前邊我們學(xué)過了功和能之間的關(guān)系，我們知道力對物體做了多少功，物體的能量就將變化多少，那么同學(xué)們認(rèn)為重力所做的功與物體重力勢能的變化之間有什么關(guān)系? 學(xué)生：重力所做的功等于物體重力勢能的變化. 2.上邊我們定性分析了重力所做的功等于物體重力勢能的變化，下邊我們再來分析一個(gè)例子： ①用投影片出示問題： 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)，重力所做的功為多少? ②學(xué)生求解得到： 重力所做的功為：WG＝ｍｇΔｈ＝ｍｇ（ｈ１－ｈ２） ③教師：前邊我們結(jié)合功和能的關(guān)系分析得到重力所做的功等于物體重力勢能的變化，而我們經(jīng)過推導(dǎo)又得到重力所做的功等于ｍｇｈ這個(gè)量的變化，所以在物理學(xué)中就用ｍｇｈ這個(gè)式子來表示物體的重力勢能. 板書：EＰ＝mgh EＰ物體的重力勢能焦（J） ｍ→物體的質(zhì)量千克（kg） ｇ→重力加速度→(米每二次方秒)s2/ｍ ｈ→物體的高度→米（ｍ） ④推導(dǎo)重力勢能的單位： ∵１kgｍ/s2ｍ＝１Ｎｍ＝１J ∴重力勢能的單位是焦耳，并把上述板書補(bǔ)充完整. ⑤重力勢能是標(biāo)量 3.據(jù)重力做功與重力勢能變化之間的關(guān)系進(jìn)行討論： ①教師：我們用來表示物體在初位置的重力勢能，用來表示物體在末位置的重力勢能，則 ②學(xué)生討論得到： 當(dāng)物體由高處運(yùn)動(dòng)到低處時(shí)，ｈ１>ｈ2，WＧ>０ ∴ 當(dāng)物體由低處運(yùn)動(dòng)到高處時(shí)，ｈ１<ｈ2，WＧ<０ ∴ ③教師總結(jié)：重力做正功時(shí)，重力勢能減少，減少的重力勢能等于重力所做的功. 物體克服重力做功(重力做負(fù)功)時(shí)，重力勢能增加，增加的重力勢能等于物體克服重力所做的功. 4.討論：如圖所示，物體從高為h1處運(yùn)動(dòng)到高為ｈ2處，運(yùn)動(dòng)的路徑有無數(shù)條，討論在這些運(yùn)動(dòng)過程中，重力所做的功是否相同. 學(xué)生：重力所做的功相同，因?yàn)橹亓λ龅墓Φ扔谥亓菽艿臏p少量，而重力勢能的減少量ｍｇ（ｈ１－ｈ2）是一定的. 教師：由此得到：重力所做的功只跟物體初位置的高度ｈ１和末位置的高度ｈ2有關(guān)，跟物體運(yùn)動(dòng)的路徑無關(guān). (二)重力勢能的相對性 教師：有一個(gè)物體放在三樓頂，每層樓高ｈ，則該物體的重力勢能為多大? 學(xué)生：3mgh；mgh；2mgh. 教師：同一個(gè)物體的重力勢能，為什么會有三個(gè)不同的值呢? 學(xué)生：是由于所選高度的起點(diǎn)不同而造成的. 教師：我們把所選高度的起點(diǎn)處的平面叫參考平面，第一位同學(xué)以一樓地面為參考水平面得到物體的重力勢能為3mgh，第二位同學(xué)是以三樓地面為參考平面，則物體的重力勢能為mgh，同理第三位同學(xué)是以二樓地面作為參考平面，得到的重力勢能為2mgh. 板書：①參考平面的選取是任意的. ②選取不同的參考平面，物體的重力勢能的數(shù)值是不同的. ③通常選地面為參考平面. (三)彈性勢能 1.演示 裝置如圖所示：將一彈簧壓縮不同程度：觀察現(xiàn)象. 取一個(gè)硬彈簧，一個(gè)軟彈簧，分別把它們壓縮相同程度，觀察現(xiàn)象. 2.學(xué)生敘述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 實(shí)驗(yàn)一中：當(dāng)彈簧壓縮程度越大時(shí)，彈簧把木塊推的越遠(yuǎn). 實(shí)驗(yàn)二中：兩根等長的軟、硬彈簧，壓縮相同程度時(shí)，硬彈簧把木塊彈出的遠(yuǎn). 3.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，我們說彈簧具有能，這種能叫彈性勢能. 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能. 4.教師：同學(xué)們能舉幾個(gè)物體具有彈性勢能的例子嗎? 學(xué)生：卷緊的發(fā)條，被拉伸或壓縮的彈簧，拉彎的弓、擊球時(shí)的網(wǎng)球拍或羽毛球拍、撐桿跳高時(shí)的撐桿等. 5.教師分析上述各例中彈性勢能和形變程度之間的關(guān)系，學(xué)生總結(jié)得到： 形變程度越大，彈性勢能也越大. 6.教師：到現(xiàn)在為止，我們已學(xué)習(xí)了兩種勢能：重力勢能和彈性勢能. 對于重力勢能，其大小由地球和地面上物體的相對位置決定，對于彈性勢能，其大小由形變程度決定，而形變程度不同，發(fā)生形變的物體的各部分相對位置也會發(fā)生變化，得到： ①勢能也叫位能. ②勢能具有系統(tǒng)性：重力勢能是物體和地球組成的系統(tǒng)共有的，彈性勢能是物體的 各部分所共有的. 三、鞏固練習(xí) 用投影片出示思考題： 1.關(guān)于重力做功和物體的重力勢能，下列說法中正確的是 A.當(dāng)重力對物體做正功時(shí)，物體的重力勢能一定減少 B.物體克服重力做功時(shí)，物體的重力勢能一定增加 C.地球上任何一個(gè)物體的重力勢能都有一個(gè)確定值 D.重力做功的多少與參考平面的選取無關(guān) 2.物體在運(yùn)動(dòng)過程中，克服重力做功為50 J，則 A.重力做功為50 J B.物體的重力勢能一定增加50 J C.物體的動(dòng)能一定減少50 J D.重力做了50 J的負(fù)功 3.以40 ｍ/s的初速度豎直向上拋出一個(gè)物體，經(jīng)過ｔ秒后，物體的重力勢能是動(dòng)能的3倍，ｇ＝10 ｍ/s2，則ｔ的大小為 A.2秒 B.3秒 C.4秒 D.5秒 參考答案： 1.ABD2.BD3.A 【課堂小結(jié)】 本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了： 1.勢能由物體間的相互作用而產(chǎn)生，由它們的相對位置而決定. 2.勢能是標(biāo)量，單位是焦耳. 1.物體的重力勢能等于物體的重量和它的高度的乘積→EＰ＝mgh 2.重力勢能是標(biāo)量，是狀態(tài)量 3.重力勢能是物體和地球共有的，常稱為物體的重力勢能. 4.重力勢能是具有相對性(相對于參考平面) 5.單位：焦(J) 6.重力做功與路徑無關(guān)，與初、末位置有關(guān) 1.發(fā)生彈性形變的物體，在恢復(fù)原狀時(shí)能夠?qū)ν庾龉Γ矬w具有能量，這種能量叫彈性勢能. 2.彈性勢能與形變大小有關(guān) 3.重力對物體所做的功與物體的運(yùn)動(dòng)路徑無關(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、末位置的重力勢能之差. 4.重力勢能是地球和地面上的物體共同具有的，一個(gè)物體的重力勢能的大小與參考平面的選取有關(guān). 【板書設(shè)計(jì)】