高一物理重力勢(shì)能教學(xué)設(shè)計(jì)
一、素質(zhì)教育目標(biāo)
（一）知識(shí)教學(xué)點(diǎn)
1．知道重力勢(shì)能的定義。
2．理解重力勢(shì)能的計(jì)算公式，知道重力勢(shì)能是標(biāo)量，單位是焦耳。
3．理解重力做功與重力勢(shì)能的關(guān)系。
4．知道重力勢(shì)能的值是相對(duì)的，理解重力勢(shì)能正負(fù)的含義。
5．了解彈性勢(shì)能，知道彈簧的彈性勢(shì)能的決定因素。
（二）能力訓(xùn)練點(diǎn)
1．據(jù)重力做功的特點(diǎn)，推導(dǎo)重力勢(shì)能的表達(dá)方式。
2．從能的轉(zhuǎn)化角度和功能關(guān)系來(lái)解釋和分析物理現(xiàn)象
（三）德育滲透點(diǎn)
1．培養(yǎng)熱愛(ài)科學(xué)，崇尚科學(xué)的品質(zhì)
2．注意觀察和分析生活中的有關(guān)的物理現(xiàn)象，激發(fā)和培養(yǎng)探索自然規(guī)律的興趣。
（四）美育滲透點(diǎn)
讓學(xué)生體會(huì)到從自然現(xiàn)象中概括了來(lái)的物理概念具有的自然美，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)美。
二、學(xué)法引導(dǎo)
通過(guò)典型事例分析和實(shí)驗(yàn)演示來(lái)分析討論，指導(dǎo)學(xué)生總結(jié)、歸納。
三、重點(diǎn)難點(diǎn)疑點(diǎn)及解決辦法
1．重點(diǎn)
重力勢(shì)能大小的確定。
2．難點(diǎn)
重力勢(shì)能的相對(duì)性的理解，參考平面的選擇方法。
3．疑點(diǎn)
如何理解重力對(duì)物體做功等于物體重力勢(shì)能增量的負(fù)值。
4．
1．演繹推導(dǎo)物體重力勢(shì)能的定義表達(dá)方式。
2．類比分析，舉例釋疑。
四、課時(shí)安排
1課時(shí)
五、教具學(xué)具準(zhǔn)備
彈簧、鐵球、木球、玻璃缸、細(xì)沙、長(zhǎng)木板，木塊。
六、師生互動(dòng)活動(dòng)設(shè)計(jì)
1．教師利用實(shí)例來(lái)引入問(wèn)題，利用實(shí)驗(yàn)來(lái)引導(dǎo)學(xué)生討論問(wèn)題，利用講解來(lái)加深對(duì)概念的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。
2．學(xué)生觀察、分析、討論、總結(jié)，并通過(guò)實(shí)例分析來(lái)形成能力。
七、教學(xué)步驟
（一）明確目標(biāo)
�。裕�
（二）整體感知
在復(fù)習(xí)初中掌握的重力勢(shì)能有關(guān)知識(shí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步根據(jù)功的定義，推導(dǎo)出重力勢(shì)能的計(jì)算公式，并通過(guò)實(shí)例分析，理解重力勢(shì)能的相對(duì)性、正負(fù)含義等，并能準(zhǔn)確地計(jì)算重力勢(shì)能值。
（三）重點(diǎn)、難點(diǎn)的學(xué)習(xí)與目標(biāo)完成過(guò)程
【引入新課】
放錄像并講解：俄羅斯“和平號(hào)”空間站于2001年3月23日北京時(shí)間14時(shí)0分12秒所有殘片都已成功安全地墜入預(yù)定的南太平洋海域，墜毀過(guò)程極為壯觀美麗，137噸的龐然大物分解燃燒，天空中出一條條長(zhǎng)長(zhǎng)的金色軌跡。這是一個(gè)完美的告別，“和平號(hào)”的15年風(fēng)雨歷程將成為人類永恒的記憶�！昂推教�(hào)”的功績(jī)將永載史冊(cè)。
現(xiàn)提問(wèn)：“和平號(hào)”空間站墜落時(shí)，為什么會(huì)燃燒？
碎片燃燒時(shí)，溫度可達(dá)3000℃，其能量由什么能量轉(zhuǎn)化而來(lái)？
現(xiàn)在，就講重力勢(shì)能。
1．重力勢(shì)能
回憶初中的知識(shí)，可知。
（l）定義：物體由于被舉高而具有的能量。
演示實(shí)驗(yàn)，用木球和鐵球先后從同一高度處自由下落，落入玻璃缸中的細(xì)沙中，觀察到什么現(xiàn)象？這說(shuō)明了什么？（鐵球深入細(xì)砂中的距離比木球要長(zhǎng)，這說(shuō)明，質(zhì)量大的物體在相同的高度時(shí)，重力勢(shì)能大，克服細(xì)砂阻力做功要多）
用鐵球在不同的高度處自由下落，先后落入玻璃缸中的細(xì)砂里，觀察到什么現(xiàn)象，這又說(shuō)明了什么？（鐵球在比較高的地方落下來(lái)，深入砂中的距離也比較長(zhǎng)，這說(shuō)明，同一個(gè)物體在比較高的地方重力勢(shì)能較大，克服細(xì)砂阻力做功要多）
綜上所述，物體的重力勢(shì)能的大小與物體的質(zhì)量和物體所處的高度有關(guān)。
現(xiàn)在來(lái)推導(dǎo)重力勢(shì)能的定量表達(dá)式：投球的質(zhì)量為，從高度為 的A點(diǎn)下落到高度為 的B點(diǎn)，如圖所示，重力所做的功為。
�。�2）重力勢(shì)能的表述式
物體的重力勢(shì)能等于物體的重量和它的高度的乘積，重力勢(shì)能是標(biāo)量，也是狀態(tài)量，其單位為。
�。�3）重力做功與重力勢(shì)能的關(guān)系
重力做功也可以寫(xiě)成。
當(dāng)物體下落時(shí)，重力做正功， ，可設(shè) ，這說(shuō)明，重力做功，重力勢(shì)能 減少，減少的值等于重力所做的功。
同理，當(dāng)物體上升時(shí)，重力做負(fù)功，重力勢(shì)能E增加，增加的值等于重力所做的功，要注意的是，重力做負(fù)功也可以說(shuō)成物體克服重力做功。
這種功能關(guān)系不僅適合于直線運(yùn)動(dòng)，也適合于曲線運(yùn)動(dòng)，重力做功只跟物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中初、末位置的高度差有關(guān)，而與運(yùn)動(dòng)的路徑無(wú)關(guān)。
提問(wèn)：一個(gè)物體的質(zhì)量為10g，把它置放在2樓的一張1高的桌面上，若樓房的每層樓高3，求此物體的重力勢(shì)能值？
（無(wú)法計(jì)算，因?yàn)闆](méi)有說(shuō)明物體的高度是以什么位置為零高度，從地面算起，物體的重力勢(shì)能 ，若從二樓樓面算起，物體的重力勢(shì)為 。對(duì)于不同的零高度點(diǎn)物體所對(duì)應(yīng)的重力勢(shì)能值也各不相同）
2．重力勢(shì)能具有相對(duì)性
正如上例所述，要確定物體重力勢(shì)能 的大小，首先必須確定一個(gè)參考平面為零勢(shì)能面，若定了零重力勢(shì)能參考平面，物體在此平面的下方，物體的重力勢(shì)能就為負(fù)，如上例把三樓底板為零重力勢(shì)能平面物體的重力勢(shì)能。
由此看來(lái)，物體重力勢(shì)能的正負(fù)還表示重力勢(shì)能的大小，在參考水平面以上的物體的重力勢(shì)能一定大于參考平面以下物體的重力勢(shì)能。
要特別指出的是：重力勢(shì)能的變化縣與零重力勢(shì)能參考平面選擇無(wú)關(guān)，就好像物體的高度值與選擇哪一點(diǎn)作為測(cè)量起點(diǎn)無(wú)關(guān)．至于選擇哪個(gè)水平面作為參考平面，可視研究，解決問(wèn)題的方便而定。
與重力勢(shì)能相類似，還有彈性勢(shì)能。
3．彈性勢(shì)能
演示實(shí)驗(yàn)：把水平放置的輕彈簧一端固定，另一端系一木塊，壓（或拉）木塊，使彈簧縮短（或伸長(zhǎng)）再釋放木塊，讓彈簧的作用力帶動(dòng)木塊在水平面上運(yùn)動(dòng)。
可知，發(fā)生彈性形變的物體能對(duì)外界做功，因而具有能量，這種能量就叫彈性勢(shì)能，它存在于發(fā)生彈性形變的物體之中。
舉出除彈簧以外的彈性勢(shì)能存在的實(shí)例
彈性勢(shì)能的`大小，與物體的性質(zhì)（如勁度系數(shù)）和形變量有關(guān)，可用實(shí)驗(yàn)演示彈簧形變量越大對(duì)外界做功可越多來(lái)說(shuō)明。
勢(shì)能又叫位能，它是由相互作用的物體的相對(duì)位置決定，機(jī)械運(yùn)動(dòng)中的勢(shì)能是重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能的統(tǒng)稱。
（四）總結(jié)、擴(kuò)展
1．勢(shì)能有多種，與高度有關(guān)的重力勢(shì)能和與形變有關(guān)的彈性勢(shì)能是力學(xué)中的兩種，在熱力學(xué)中有分子勢(shì)能，在電磁學(xué)中有電勢(shì)能等。
2．勢(shì)能是存在于有相互作用的物體之間，它是屬于有相互作用兩部分物體即物體系的，但不是有相互作用物體之間就有勢(shì)能存在，比如物體間的相互作用是摩擦力，但它們就不存在什么勢(shì)能。
3．勢(shì)能都是相對(duì)量，只有先走零勢(shì)能參考平面，勢(shì)能才有確定的值。
八、布置作業(yè)
P146練習(xí)四（2）（4）（5）
九、板書(shū)設(shè)計(jì)
1．重力勢(shì)能
�。�1）定義：物體由于被舉高而具有的能量。
（2）重力勢(shì)能的表達(dá)公式。
�。�3）重力做功與重力勢(shì)能的關(guān)系。
物體下落
物體上升
2．重力勢(shì)能具有相對(duì)性。
定了參考平面，物體重力勢(shì)能才有確定值。
重力勢(shì)能的變化與參考平面選擇無(wú)關(guān)。
3．彈性勢(shì)能
十、背景知識(shí)與課外閱讀
用能量最低原理求解兩例物理題
高中化學(xué)中講到“能量最低原理”在不違背泡利原理的情況下，核外電子總是盡先安排布在能量最低的軌道上，電子在該軌道上，處于穩(wěn)定狀態(tài)，其實(shí)，能量最低原理也適用于物體系物體系的穩(wěn)定狀態(tài)與系統(tǒng)的勢(shì)能有關(guān)，勢(shì)能越小則狀態(tài)越穩(wěn)定。物體系在不受外力的情況下，總處在勢(shì)能最小的狀態(tài)，即穩(wěn)定狀態(tài)。下面利用能量最低原理，求解兩例物理題。
�。劾�1］ 一質(zhì)量均勻不可伸長(zhǎng)的繩索，重為 G ，A、B兩端固定在天花板上，如圖所示．今在最低點(diǎn)C施加一豎直向下的力將繩拉至D點(diǎn)，在此過(guò)程中，繩索AB的重心位置（ ）
A．逐漸升高 B．逐漸降低
C．先降低后升高 D．始終不變
解析：由能量最低原理知，物體在靜止情況下，總處于能量最低狀態(tài)（即穩(wěn)定狀態(tài)）．該狀態(tài)下重力勢(shì)能最�。适┝后，細(xì)繩重心上升，故選答案A。
［例2］ 如圖所示．容器A、B中各有一個(gè)可自由移動(dòng)的輕活塞，活塞下面是水．大氣壓恒定，A、B底部由帶閥門(mén)的管道相連，整個(gè)裝置與外界絕熱，原先A中的水面比B中的高，打開(kāi)閥門(mén)，使A中的水逐漸向B中流，在這個(gè)過(guò)程中（ ）
A．大氣壓力對(duì)水做功，水的內(nèi)能增加
B．水克服大氣壓力做功，水的內(nèi)能不變
C．大氣壓力對(duì)水不做功，水的內(nèi)能不變
D．大氣壓力對(duì)水不做功，水的內(nèi)能增加
解析：由能量最低原理可知，打開(kāi)閥門(mén)見(jiàn)水達(dá)到平衡時(shí)應(yīng)具有最小勢(shì)能，故在打開(kāi)閥門(mén)至平衡過(guò)程中，水的重力勢(shì)能減小．又由題意知整個(gè)裝置與外界絕熱，因此由能量守恒得，重力勢(shì)能的減少量轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能，故選答案D。
十一、隨堂練習(xí)
1．下面關(guān)于重力勢(shì)能的說(shuō)法中，正確的是（ ）
A．地球上的任何一個(gè)物體的重力勢(shì)能都有一個(gè)確定的值。
B．從同一高度將某一物體以相同的速率平拋或下拋，落到地面時(shí)，物體的重力勢(shì)能 變化是相同的。
C．在不同高度的物體具有的重力勢(shì)能可能相同。
D．低于零重力勢(shì)能面的物體的重力勢(shì)能一定小于在零重力勢(shì)能平面以上物體的重力 勢(shì)能。
2．如圖所示，質(zhì)量為的物體置于水平地面上，其上表面豎立直著一根輕彈簧，彈簧長(zhǎng)為 ，勁度系數(shù)為，下端與物體相連接，現(xiàn)將彈簧上端緩緩豎直向上提起一段距離L，使物體離開(kāi)地面，這時(shí)物體重力勢(shì)能增加。
3．一根質(zhì)量分布不均勻的金屬鏈條重30N，長(zhǎng)1，盤(pán)曲在水平地面上，當(dāng)從鏈條的A端慢慢提起鏈條到使它的另一端B恰好離開(kāi)地面需做功12，如改從B端慢慢提起鏈條使鏈條A端恰好離開(kāi)地面需要做功多少？
4．如圖所示，桌面高為h，質(zhì)量為的小球從離桌面高為H處自由下落，不計(jì)空氣阻力，假設(shè)桌面處的重力勢(shì)能為零，則小球落到地面前瞬間的機(jī)械能為（ ）
A．B．
C．D．
5．如圖所示，物體從A點(diǎn)出發(fā)，沿3條不同的軌道運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，則在移動(dòng)的過(guò)程中重力做功的情況是（ ）
A．沿路徑運(yùn)動(dòng)，重力做功最多
B．沿路徑運(yùn)動(dòng)，重力做功最多
C．沿路徑運(yùn)動(dòng)，重力做功最多
D．無(wú)論沿哪條路徑，做功都一樣多
6．質(zhì)量為1g的物體做自由落體運(yùn)動(dòng)，下落1s時(shí)，物體的動(dòng)能為 ，物體的重力勢(shì)能減少了 。
答案：1．BCD 2． 3．18 4．B 5．D 6．50 50
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