高中物理《重力势能》教案10 新人教版必修2.docx
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高中物理《重力势能》教案10 新人教版必修2.docx
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高中物理《重力势能》教案10新人教版必修2
2019-2020年高中物理《重力势能》教案10新人教版必修2
一、教学目的:
1.理解重力势能的概念,会用重力势能的定义式进行计算.
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.
4.了解弹性势能.
二、重难点:
1.重力势能以及重力势能的变化与重力做功的关系.
2.理解重力势能的相对性.
三、教学方法:
演示实验、分析推理、讲授讨论.
四、教具:
轻重不同的重锤一个、木桩、沙箱、橡皮筋.
五、教学过程:
(一)引入新课:
大家知道水力发电站是利用水来发电的,水是利用什么能来发电的呢?
学习这节课后,我们将会了解这个问题。
通过前面对功和能的关系的学习,我们知道怎样判断一个物体具有能量:
一个物体能够对外做功,我们就说这个物体具有能量。
演示重锤从高处落下,把木桩打进沙箱中,说明重锤对木桩做了功,举高的重锤具有能量。
我们把重锤由于被学举高而具有的能量叫做重力势能。
本节课将学习重力势能的有关知识。
(二)进行新课:
重力势能的大小与什么因素有关呢?
演示实验1:
演示由质量不同的重锤从相同高度落下,木桩被打进沙箱的深度不同,引导学生分析得出:
质量越大的重锤具有的重力势能越大。
演示实验2:
演示用同一重锤从不同高度落下,木桩被打进沙箱的深度不同,引导学生得出:
重锤高度越大,具有的重力势能越大。
怎样定量地表示重力势能呢?
把一个物体举高,要克服重力做功,同时物体的重力势能增加。
一个物体从高处下落,重力做功,同时重力势力能减小。
可见重力势能跟重力做功有密切关系。
如图1所示,设一个质量为m的物体,从高度为h1的A点下落到高度为h2的B点,重力所做的功为:
WG=mgΔh=mgh1-mgh2
我们可以看出WG等于mgh这个量的变化。
在物理学中就用这个物理量表示物体的重力势能。
重力势能用EP来表示。
1.重力势能
(1)定义:
由于物体被举高而具有的能量。
(2)重力势能的计算式:
EP=mgh.
即物体的重力势能等于物体的重量和它的高度的乘积。
(3)重力势能是标量,其单位与功的单位相同,在国际单位中都是焦耳(J)
2.对EP=mgh的理解:
(1)式中h应为物体重心的高度。
(2)重力势能具有相对性,是相对于选取的参考面而言的。
因此在计算重力势能时,应该明确选取零势面。
(3)重力势能可正可负,在零势面上方重力势能为正值,在零势面下方重力势能为负值。
(4)选取不同的零势面,物体的势能值是不同的,但势能的变化量不会因零势面的不同而不同。
3.重力势能的变化和重力做功的关系
引导学生进一步分析:
课本图7-16中,重力做正功,重力势能减少,减少的重力势能转化为物体的动能了。
重力势能的变化是否在任意情况下都等于重力所做的功?
重力做功有什么特点?
讨论1:
物体从A点下落到B点过程中,如果受阻力作用,重力做的功与重力势能变化之间的关系是怎样的?
物体下落受到阻力,只影响物体动能的变化,不影响重力的功,重力势能的变化只与A、B两点的高度差有关。
WG=mgh1-mgh2=EP1-EP2.
物体减少的重力势能等于重力所做的功,但由于要克服阻力做功,减少的重力势能没有全部转化为动能。
讨论2:
若物体从A点下落到B点后,再平移到与B点等高的C点,重力做的功是多少?
重力做功与重力势能之间的关系又如何?
如图3所示。
物体由B到C过程中重力不做功,重力势能也不变化,因此物体由A运动到C点过程中,重力的功仍是WG=mgh1-mgh2=EP1-EP2.物体减少的重力势能等于重力所做的功。
讨论3:
若物体是从A点沿斜面滑到与B点等高的C点,上
述关系是否成立?
设AC之间长为S,且与水平方向成θ角。
重力做功WG=Fssinθ=mgh1-mgh2
由此发现重力做功与路径无关,只跟初末位置高度有关,物体减少的重力势能仍等于重力所做的功。
讨论4:
物体从B点分别匀速、加速、减速上升到A点,上述关系又是如何呢?
无论物体从B点上升到A点是匀速、加速、减速,重力都做负功,且都等于物体重力与初末位置高度差的乘积。
而重力势能都增加,增加的重力势能等于克服重力所做的功。
但这三种情况中,由于所受拉力不同,物体动能的变化量等于合外力的功,动能变化量不相同。
师生共同总结出重力势能变化只与重力做的功有关,两者关系如下:
当物体由高处运动到低处时,重力做正功,重力势能减少。
减少的重力势能等于重力所做的功。
当物体由低处运动到高处时,重力做负功,即物体克服重力做功,重力势能增加。
增加的重力势能等于克服重力所做的功。
引导学生总结出重力做功的特点:
4.重力做功的特点:
重力所做的功只跟初始位置的高度和末位置的高度有关,跟物体的运动路径无关。
演示实验3:
演示张紧的橡皮筋把纸团射出去,说明发生弹性形变的橡皮筋能够做功,因而具有能量------这种能量称为弹性势能。
5.弹性势能:
发生弹性形变的物体,在恢复原状时能够对外界做功,我们把物体因发生弹性形变而具有的势能叫弹性势能。
引导学生举些具有弹性势能物体的实例。
如张紧的弓、卷紧的发条、位伸或压缩的弹簧、击球时的网球拍等都具有弹性势能。
初步了解弹簧所具有弹性势能的大小与什么因素有关。
分析:
弹簧被拉伸或压缩的长度越大,恢复原状时对外做的功就越多,弹簧的弹性势能就越大。
弹簧的弹性势能不跟弹簧的劲度有关,被拉伸或压缩的长度相同时,劲度越大的弹簧弹性势能越大。
重力势能和弹性势能是由相互作用物体的相对位置决定的,所以势能又叫位能。
今后还将学习其它形式的势能。
【例题2】沿着高度相同,坡度不同,粗糙程度也不同的斜面向上拉同一物体到顶端,以下说法中正确的是:
A.沿着坡度小、长度大的斜面上升克服重力做的功多;
B.沿长度大、粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功多;
C.沿长度大、粗糙程度小的斜面上升克服重力做的功多;
D.上述几种情况重力做功同样多。
学生先做,老师再评讲。
正确答案为D。
(三)课堂小结:
1.重力势能:
由于物体被举高而具有的能量;重力势能的计算式:
EP=mgh.,即物体的重力势能等于物体的重量和它的高度的乘积;重力势能是标量,其单位与功的单位相同,在国际单位中都是焦耳。
2.重力做功的特点:
重力所做的功只跟初始位置的高度和末位置的高度有关,跟物体的运动路径无关。
3.弹性势能:
发生弹性形变的物体,在恢复原状时能够对外界做功,我们把物体因发生弹性形变而具有的势能叫弹性势能。
(四)课外作业:
1.复习归纳本节课内容。
2.思考课本练习四第
(1)、(3)题。
3.练习四第
(2)、(4)、(5)题上交。
2019-2020年高中物理《重力势能》教案12新人教版必修2
【教学目标】
1、知识目标
(1)正确理解重力势能的概念,会用重力势能的定义进行计算;
(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的特点;
(3)知道重力势能的相对性,会根据具体问题选择参考平面,知道重力势能是标量,理解重力势能正、负的含义;
(4)定性地了解弹性势能,知道发生弹性形变的物体具有弹性势能。
2、能力目标
(1)根据功和能的关系,推导出重力势能的表达式;
(2)学会从功和能的关系上解释和分析物理形象。
3、德育目标
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】
重力势能的概念、表达式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及对于势能这种潜在做功能力的理解。
【教学方法】
实验观察法、分析归纳法、讲练法。
【教具准备】
轻重不同的铁球两个、透明玻璃容器、沙子、投影片。
【课时安排】
1课时
【教学过程】
一、导入新课
一个物体能够对外做功,我们就说这个物体具有能量。
我们已知道运动的物体具有动能,那么静止的物体是否有能量?
我们又是如何知道它是否具有能量的呢?
大家都知道水力发电站是利用水来发电的,是利用水的什么能来发电的呢?
本节课将定量地学习与重力势能有关的问题。
二、新课教学
1、重力势能
打桩机的重锤从高处落下时,可以把水泥桩打进地里,说明被举高的重锤具有重力势能。
(1)概念
物体由于被举高而具有的能量叫重力势能。
(2)与重力势能有关的因素
如果有一片树叶从高处正落向你的头顶,相信你不会避让。
但一块砖头正从你的头顶上落下时,你会迅速走开。
而同样是社块砖头,如果就放在你的头顶上,相信你也不会害怕。
这是为什么呢?
演示实验:
在一个透明的玻璃容器内装上沙子。
实验一:
用一个铁球从不同高度释放,观察铁球落在沙子中的深度。
实验二:
用大小不同的两个铁球从同一高度释放,观察铁球落在沙子中的深度。
现象:
在实验一中,铁球的释放高度越大,铁球落在沙子中的深度越大;在实验二中,质量大的铁球落在沙子中的深度大。
结论:
重力势能跟物体的质量和高度都有关系,且物体的质量越大,高度越大,重力势能就越大。
那么,怎样定量地表示重力势能呢?
(3)表达式
前面我们学过了功和能之间的关系,我们知道力对物体做了多少功,物体的能量就将变化多少,那么重力所做的功与物体重力势能的变化之间是:
重力所做的功等于物体重力势能的变化。
把一个质量为m的物体竖直向上抛出,上升过程中,物体克服重力做功(重力做负功),物体的重力势能增大。
下落过程中,重力做正功,物体的重力势能减小。
下面我们再来定量地分析一个例子:
质量为m的物体从高度为h1的A点下落到高度为h2的B点,重力所做的功为多少?
重力所做的功为:
前面我们结合功和能的关系分析得到重力所做的功等于物体重力势能的变化,而我们经过推导又得到重力所做的功等于mgh这个量的变化,所以在物理学中就用mgh这个式子来表示物体的重力势能。
EP表示物体的重力势能,m表示物体的质量,g为重力加速度,h为物体的高度。
物体的重力势能等于物体的重量和它的高度的乘积,或等于物体的质量、重力加速度和它的高度三者的乘积。
(4)单位
在国际单位制中,重力势能的单位也是焦耳。
1kg·m/s2·m=1N·m=1J
(5)说明
①重力势能的相对性
高度是相对的,引起重力势能的数值也是相对的。
我们说物体具有重力势能mgh,这总是相对于某个水平面来说的,这个水平面的高度为零,重力势能也为零,这个水平面叫做参考平面。
重力势能的大小与零势能参考平面的选择有关,只有当零势能参考平面选定后,重力势能才有相对确定的数值。
如:
有一个物体质量为m,放在三楼顶,每层楼高h,则该物体的重力势能为多大?
我们把所选高度的起点处的平面叫参考平面,以一楼地面为参考平面得到物体的重力势能为3mgh;以二楼地面作为参考平面,得到的重力势能为2mgh;以三楼地面为参考平面,则物体的重力势能为mgh。
选择不同的参考平面,物体的重力势能的数值是不同的,但这并不影响研究有关重力势能的问题。
因为在有关的问题中,有确定意义的是重力势能的差值,这个差值并不因选择不同的参考平面而有所不同。
如图,请学生分别写出以桌面和地面为参考平面时的小球的重力势能:
EP1=mgh1,EP2=mg(h1+h2),可以看出,结果是与零点选取有关的。
因此在表达重力势能时,要指明势能零点的位置。
再请学生写出两种参考平面选取情况下,小球从初位置落在桌面上时与初态的重力势能差:
ΔEP=mgh1,这是与零点选取无关的。
可见,不论我们如何选择参照系,对于一物理过程,重力势能的改变是一定的。
我们今后的学习中,更多地是研究某物理过程中重力势能的变化,这时我们就可以适当选择参照系使问题简化,而不会影响结果。
a.重力势能是相对的,选取不同的参考平面,物体的重力势能的数值不同;
b.参考平面的选取是
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