重力勢能——教學設計任縣中學張宇強一、教材分析教材在本節中首先指出物體由于被舉高而具有的能為重力勢能，在物體被舉高的過程中，伴隨著重力做功，提出通過研究重力做功來認識重力勢能的重要物理思想．通過分析重力做功與路徑無關的特點，推導得出重力勢能的表達式．介紹重力勢能的相對性和系統性完善和加深了學生對重力勢能的理解．功和能的關系是物理學中研究的主要關系之一，教材在本章中也也一直是以功能關系為主線進行編寫的．通過本節課的學習，學生應了解到研究重力做功是探究重力勢能的變化的途徑，為今后學習探究彈性勢能的表達式，探究功與動能變化的關系奠定基礎．本節教學內容相對抽象，教學時可結合小實驗、多媒體視頻和圖片使學生產生新奇感和親切感，從感性思維逐步升華為理性思維．二、教學目標分析【知識與技能】1．理解重力勢能的變化和重力做功的關系．知道重力做功與路徑無關．2．理解重力勢能的概念，會用重力勢能的定義式進行計算．3．知道重力勢能的相對性和系統性．【過程與方法】1．根據功和能的關系，推導出重力勢能的表達式．2．通過實驗，使學生掌握科學的研究方法——控制變量法；培養學生的實際操作能力．4．通過對結果的分析，培養學生分析、推理、歸納的能力．【情感態度與價值觀】1．通過對實驗操作、觀察、討論，以及得出本節課物理知識的過程和方法，激發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物理現象的觀察，得到物理結論的方法，激發和培養學生探索自然規律的興趣．三、教學重點難點教學重點：1、重力勢能的概念；2、重力做功與物體重力勢能改變的關系．教學難點：重力勢能的系統性和相對性．四、學情分析1．學生對功和能有了一些初步的認識，但仍不能深刻認識兩者之間的聯系，教學時需要通過生活實例引導學生認識功和能的聯系，使學生認識到要通過研究重力做功來認識重力勢能．2．在初中學習中學生已接觸過重力勢能的概念，這有助于學習重力勢能的定量計算．3．學生在生活中“高度”和“高度差”概念的模糊認識是理解重力勢能相對性的障礙，可通過生動趣味的圖片引導突破這一難點．五、教學方法實驗觀察法、分析歸納法．六、教學準備紙杯、白紙、質量大小不同的塑料、鋼球各1個；多媒體課件七、教學過程設計教師活動學生活動設計意圖新課導入：1、播放雪崩視頻和隕石坑圖片；2、水力發電站圖片和打樁機視頻．3、提出問題：為什么晶瑩剔透的白雪和隕石有如此大的破壞力？水力發電站和打樁機又利用了什么能量為人們所用？教師總結：是因為它們具有一種潛在能量．只要一有機會，就會通過做功把這種能量釋放出來．我們將這種能量叫重力勢能．觀看視頻和圖片

學生思考回答通過圖片和視頻引入新課，使學生認識到重力勢能的破壞性和人們對重力勢能的利用，進而激發探究重力勢能的大小的興趣．為了更好的利用重力勢能，我們有必要知道重力勢能的大小與哪些因素有關，有怎樣的關系．請大家進行猜想．學生思考，猜想提出問題，引發思考，猜想重力勢能與重力和高度的定性關系．大家的猜想是否正確，我們通過實驗來研究．出示實驗器材：紙杯、薄白紙（蒙在紙杯口上）、大小相同但質量不同的兩個小球．以白紙能否被擊破來體現重力勢能的大小．在學生展講過程中，引導學生利用控制變量法，對重力勢能與物重和高度的定性關系進行嚴謹說明．教師總結并投影結果：同一高度：越重的物體，重力勢能越大；重量相同的物體：高度越高，重力勢能越大．學生分組實驗，展示結果以分組實驗檢驗猜想設問：重力勢能與物體的重量和高度有怎樣的定量關系呢？通過分析重物的下落和舉高，認識到重力勢能變化與重力做功之間存在聯系．并得到重力做功與重力勢能變化的定性關系．重物下落過程中重力勢能如何變化？這一過程中重力是否做了功？做正功還是負功？重物被舉高過程中呢？學生思考，回答問題：重力做正功，重力勢能減小重力做負功，重力勢能增加總結并投影：重力做正功，重力勢能減小重力做負功，重力勢能增加可見重力勢能的變化和重力做功之間存在著緊密的聯系，下面我們就通過研究重力做功來探究重力勢能的表達式．新授內容：一、重力的功出示投影：1、請大家計算兩種情況下重力所做的功．

ACDBh1θmmhACDBh1θmmh2C→D重力做功：W2=計算并得出：W1=mg(h1-h2)W2=mglcosθ=mg(h1-h2)通過計算三種情況下重力做功，從特殊到一般，逐步深入，真正理解重力做功與路徑無關的特點．2、若第二個圖中物體是沿一有摩擦的斜面下滑，重力做功會改變嗎？不會改變，重力做功與其他力做功無關ACDBθACDBθmmh2EFmh1學生感到困難，表示不容易計算問：這個問題困難在什么地方？學生回答：因為物體運動的軌跡是曲線我們怎樣突破這個難點？（教師適時引導回答）可以把曲線看作由很多段小的直線組成第三種情況下重力做功多少？在第三種情況下重力做的功和前兩種情況中重力做的功相同W3=mg(h1-h2)以上三個問題中有什么相同和不同之處？重力做功相同，運動路徑不同你能總結出重力做功的特點嗎？引導學生注意到高度差相同，重力做功相同的共同點．總結得出重力做功與路徑無關，與起點和終點的位置有關的特點．總結投影并板書：物體運動時，重力對它做的功只跟它的起點和終點的位置有關，而與物體運動路徑無關．WG=mg(h1-h2)二、重力勢能問：在這一過程中，重力勢能是否變化？是怎樣變化的呢？物體下落，重力勢能減小通過分析重力勢能的變化，為對比重力做功得出重力勢能表達式做好準備．通常我們用Ep表示重力勢能，用Ep1表示物體在起點時的重力勢能，用Ep2表示物體在終點時的重力勢能．怎樣表示下落過程中重力勢能的變化呢？重力勢能減少了Ep1-Ep2我們注意到這一過程中重力做功為：（投影）1、重力做功WG=mg(h1-h2)=mgh1-mgh2，2、對比重力勢能的變化：重力勢能減少了Ep1-Ep2；3、我們又通過實驗了解到重力勢能與物體的重量和高度有關的特點．引導學生綜合分析實驗結論、重力做功特點、重力勢能的變化總結歸納出重力勢能的計算表達式．問：“mgh”是否具有很特殊的意義呢？學生分析歸納，最終得出：用mgh這個量表示重力勢能的大小總結并板書：重力勢能的表達式重力勢能：Ep=mgh重力勢能是矢量還是標量?與所有的能量一樣，重力勢能也是標量重力勢能的單位是什么?由重力勢能的計算表達式可知重力勢能的單位是焦，符號是J．三、重力勢能的相對性問：重力勢能的大小決定于物體的高度，怎樣確定物體的高度呢？學生覺得高度的確定不是問題，可能回答“是物體到地面的距離”．通過趣味問題的探討，突破重力勢能的相對性的難點．提出問題：（提前為班上最高的學生陳某拍照）投影：陳某同學和姚明誰高？引導過程中抓住“高度”和“高度差”得概念區別進行分析．學生興致高漲，積極回答問題．總結：可見高度是相對的，所以重力勢能也是相對的．我們把被定為高度為零的平面叫做參考平面．在參考平面上任何物體的重力勢能都是零．最終達到共識：確定高度要先選定零高度，高度差與零高度位置無關投影：桌面高1m，桌面上方一點A距桌面高1m，地面上一點B，問：1、若以地面為參考平面，重1N的物體在A、B兩點的重力勢能各是多大？從A到B，物體的重力勢能變化了多少？EpA=2J，EpB=0J重力勢能減小2J通過具體計算對重力勢能的相對性加深理解．2、若以桌面所在平面為參考平面，物體在A、B兩點的重力勢能各是多大？從A到B，物體的重力勢能變化了多少？EpA=1J，EpB=-1J重力勢能減小2J通過這個問題，你覺得重力勢能的大小與參考平面的選取有關嗎？重力勢能的變化與參考平面的選取有關嗎？重力是勢能的大小與參考平面的選取有關，是相對的；重力勢能的變化與參考平面的選取無關，是絕對的四、重力勢能的系統性我們知道當物體的高度升高，重力勢能會增大．那么是誰的重力勢能增大了呢？是物體的重力勢能增大投影：動畫中有地球和小球，巨人一只手抓著地球，另一只手把小球拉離地球，同時表現遠離過程中消耗了人的能量，重力勢能增加；松開手地球和小球又吸引在一起，重力勢能釋放出來．觀看動畫并進行思考通過動畫演示，突破重力勢能系統性這一難點．總結：由于物體高度升高的過程中克服了物體與地球之間相互的引力做功，所以增加的重力勢能是物體和地球共有的．板書：重力勢能的系統性．拓展：不只是重力勢能，任何形式的勢能，都是相互作用的物體所構成的系統所共有的．課堂小結1．重力勢能是地球