4 重力势能
文本式教学设计(一)
江苏淮安楚州范集中学 宗建芳 本教案获江苏新课程教学创新设计大赛二等奖[来&*源^:中教~网@]
教学设计思想
首先由重力做功的特点，引入重力势能的概念，这一认知是逐渐建立起来的．通过帮助学生回忆，在“追寻守恒量”一节中，给出了势能的定义，“重力势能是物体凭借其位置而具有的能量”．启发学生思考，请学生说一说重力势能应该与哪些物理量有关．经过讨论，学生会得出，重力势能应跟物体在地球的相对位置有关，还应与物体受到的重力有关．然后让学生体会教材中所写的“看起来，物体所受的重力mg与它所处位置的高度的乘积mgh是一个有特殊意义的物理量”．它的特殊意义在于，它一方面与重力所做的功密切相关，另一方面它随着高度的变化而变化，它恰恰是我们要寻找的重力势能的表达式．
接着教材中给出了图7.44和图7.45，可以根据这一问题情景，编制具体的问题，让学生算一算，重力做功与重力势能变化的关系．这样可以使学生体会到，物体向上运动，重力做负功，重力势能增加；重力做了多少功，重力势能就增加多少．物体向下运动，重力做正功，重力势能减少；重力做了多少功，重力势能就减少多少．[来%源#:zz@step.c*om&]
其次由教材中给出的图7.47分析出重力势能的大小与零势能面的位置有关，而这个参考面可以任意规定，所以重力势能具有相对性．一般以解决问题时简便为原则来选取零势能面．[中%&国教*^育出版~网]
最后由重力势能的定义分析，重力势能与物体和地球的相对位置有关．重力势能属于物体和地球组成的系统共有的．它的变化量与重力所做的功相对应，所以是标量，其单位与功的单位相同，都是焦耳．[来源~:zzst%ep.c&*#om]
教学内容分析
与以往教材相比，本教材分析了重力做功与路径无关的问题．教材通过物体从A点到B点的不同路径的计算，得出重力对物体所做的功只跟起点和终点的位置有关，而跟物体运动的路径无关的结论．学生对图7.41和图7.42两个路径计算重力的功并不困难，但是要使学生真正认识到这一点，仍然要学生亲自动手算一算这两种情况下重力对物体做了多少功．对于物体沿任意曲线运动的情况，又一次用到了极限的思想．在有了以前求变速运动的位移的学习经历之后，学生对极限的方法会有一定的印象．该处仍只要求学生能“跟”来，并不要求学生自己去重复．因为这里主要强调的是科学方法，让学生看到我们可以站在更高的角度去处理问题．
与以往教材不同的是，本教材没有生硬地给出“功是能量变化的量度”，而是在探究重力做功、探究弹簧的拉力做功和探究功与物体速度变化关系的过程中，不断渗透这一思想的．
教学目标分析
★知识目标
1．理解重力势能的概念，会用重力势能的定义进行计算．[来^&%源:中教网@~]
2．理解重力势能的变化和重力做功的关系，知道重力做功与路径无关．
3．知道重力势能的相对性．[中~国&^教育出#*版网]
★技能目标
1．根据功和能的关系，推导出重力势能的表达式．[中^国教#育&*%出版网]
2．学会从功和能的关系上解释和分析物理形象．[中~国%#教@育出&版网]
★情感目标[www^.%zzste~p*.@com]
渗透从对生活中有关物理现象的观察，得到物理结论的方法，激发和培养学生探索自然规律的兴趣．
★教学重点[来源*%:zzs#tep&.@com]
重力势能的概念及重力做功跟物体重力势能改变的关系．
★教学难点
重力势能的系统性和相对性．
教学准备
Powerpoint设计整个教学流程．
多媒体下载两幅水力发电站的图片．[来&源#@:^中*教网]
教学过程设计 [zzst#~e@p&^.com]
步骤
教学内容
方法运用
导
入
新
课
问题一：大家都知道水力发电站是用水来发电的，水是利用了什么能来发电的呢？为什么要修那么高的大坝？
学生：因为水具有重力势能．修那么高的大坝是为了提升水的高度．
问题二：什么是重力势能？
学生：物体由于被举高而具有的能量叫重力势能．(初中学过)
今天我们就来学习重力势能的相关知识．
(板书)四、重力势能
学生
观察
提问
思考
回忆
续表[来^源~:#中国教育出版网%@]
步骤
教学内容
方法运用
新
课
教
学
1.重力做功(板书)
物体的高度发生变化时，重力要做功．物体被举高时，重力做负功；物体下降时，重力做正功．因此，认识这种势能，不能脱离对重力做功的研究．
①(问)如图7.41，设一个质量为m的物体，从高度是h1的位置，竖直向下运动到高度是h2的位置，这个过程中重力做的功是
(学生)答：WG＝mgh＝mgh1－mgh2
②(问)如图7.42，物体沿倾斜直线运动的距离是L，在这一过程中重力所做的功是
(学生)答：WG＝mgcosθ·L＝mgh＝mghl－mgh2
③(思考)如图7.43，假设这个物体沿任一路径由高度是h1的起点A，运动到高度是h2的终点B，在这一过程中重力所做的功是多少？
方法点拨：我们把整个路径分成许多很短的间隔AA1，A1A2，A2A3……
由于每一段都很小很小，它们都可以近似地看做一段倾斜的直线．设每段小斜线的高度差分别是Δh1，Δh2，Δh3，…则物体通过每段小斜线时重力所做的功分别为mgΔh1，mgΔh2，mgΔh3，…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，即
WG＝mgΔh1＋mgΔh2＋mgΔh3＋…＝mg(Δh1＋Δh2＋Δh3＋…)
＝mgh＝mgh1－mgh2
重力做功的特点：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．(板书)
重力做功的大小等于物重跟起点高度的乘积mgh1与物重跟终点高度的乘积mgh2两者之差．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．
2．重力势能(板书)
mgh这个物理量的特殊意义在于它一方面与重力所做的功密切相关，另一方面它随着高度的变化而变化，它恰恰是我们要寻找的重力势能的表达式．
①重力势能：等于它所受重力与所处高度的乘积．(板书)
②重力势能的公式：Ep＝mgh(板书)
③重力势能与其他形式的能一样，也是标量，其单位与功的单位相同，在国际单位制中都是焦耳，符号为J.(板书)
④重力做功与重力势能变化之间的关系进行讨论：
学生
观察
分析
思考
师生
互动
教师
配合
讲解
极限
思想
应用
得出
结论
思考
分析
引出
重力
势能
的概念
学生
讨论
得出
结论
续表
步骤
教学内容
方法运用
新
课
教
学
教师：我们用Ep1＝mgh1来表示物体在初位置的重力势能，用Ep2＝mgh2来表示物体在末位置的重力势能，则WG＝Ep1－Ep2.
学生讨论得到：
a．当物体由高处向低处运动时，h1>h2，WG>0，所以Ep1>Ep2.
b．当物体由低处向高处运动时，h1
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