一、教学目标
1.理解重力势能的概念:
(1)知道什么是重力势能,强调“势”的含义。
(2)通过做功与能量关系,得到重力势能公式Ep=mgh,知道在国际单位制中,势能的单位是焦耳(J);势能是标量。
(3)了解重力势能的相对性及势能差的不变性。
2.掌握重力做功特点及重力做功与重力势能变化的关系,应用其解决相关问题。
3.知道弹性势能及其相关因素。
二、重点、难点分析
1.本节重点是重力势能的表达,重力做功与重力势能变化的关系。
2.对于势能这种潜在做功能力的理解:一旦做了功,势能就发挥出来而减少了。
3.要强调重力做功与重力势能变化的相反量的关系,这在初学时很容易发生错误,所以应作为难点强调。
三、教具
投影仪及幻灯片(主要用于把课上要举的例题和图打出,节约时间和黑板空间)。
四、主要教学过程
(一)引入新课
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?
根据学生的回答引出新课内容。
(二)教学过程设计
1.重力势能
利用刚才学生举的例子说明,被举高的重物一旦下落就可以做功,表明处于一定高度的重物“储存”着一种能量,这就是重力势能,即:重力势能是由于物体处于一定高度而具有的能量。
从重力势能的含义可以看出,它与物体的重力和高度有关,到底是什么关系呢?
2.重力势能公式
功是能量变化的量度,重力势能的变化也可用做功表示出来。例如,用一外力把一质量为m的物体匀速举高h,由于是匀速上升,物体的动能不变,外力举高物体做的功W=mgh全部用于增加物体的重力势能。而此过程中克服重力做功亦为mgh,也就是克服重力做了多少功,就获得了多少重力势能。用Ep表示势能,则处于高度h处的物体的重力势能为:
Ep=mgh
即重力势能等于物体重力与高度的乘积。
从势能公式的指导可以看出,它与功一样,在国际单位制中的单位也是焦耳(J),而且也是标量。它是由物体所处的位置状态决定的,所以与动能一样是状态量。
如图1,请学生分别写出以桌面和地面为零点的小球的重力势能: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。再请学生写出两种零点选取情况下,小球落在桌面上和落在地面上时与初态的重力势能差:ΔEp1=-mgh1ΔEp2=-mg(h1+h2),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。
3.重力做功与重力势能的变化关系
(1)重力做功的特点
如图2,让学生写出几种情况下,物体从A→C,重力做的功:
图A是物体由A做自由落体到B,再水平运动到C,容易得出此过程中,重力做功为mgh;图B是物体沿斜面由A滑到C,重力做功为:mgssinθ=mgh;图C是物体沿曲面由A滑到C,可以把曲面看成很多段小斜面组成,利用图B的结论可以得出,重力做功也为mgh。教师还可从A到BC面画任意路径让学生求重力做功,可以看出结论都为mgh。让学生总结出规律。板书:
重力做功与路径无关,只与物体起点和终点位置的高度差有关。
提问:其他力(比如摩擦力)做功是否与路径有关?回答是肯定的。可见,重力做功的特点不能乱用,要视具体力而定。同时提醒学生,今后学习中还会遇到做功具这个特点的力,让学生在今后遇到新的力时注意这个问题。
(2)重力做功与重力势能的变化
教师将手中粉笔头竖直上抛,然后让学生分析其上升和下落过程中重力做功与重力势能的变化,如图3,可以看出,上升过程中,重力做功为-mgh,重力势能增加mgh;下落过程中,重力做功为mgh,重力势能减少mgh,(或称增加-mgh),启发学生总结出如下结论:
重力做多少正功,重力势能就减少多少;重力做多少负功(或称克服重力做了多少功),重力势能就增加多少。即重力做功等于重力势能的减少量。若用W。表示重力做功,Ep1表示初态的重力势能,Ep2表示末态的重力势能,则上述关系可表达为:(板书)
WG=Ep1-Ep2=ΔEp。
提醒学生注意公式中两个势能的先后位置和ΔEp前负号的意义(-ΔEp指减少量)。
4.弹性势能
(1)什么是弹性势能
通过举例看出,发生弹性形变的物体,在恢复形变时能对外界做功,所以它也具有一种潜在的能量,称之为弹性势能。
(2)弹性势能与什么因素有关?
以弹簧为例,引导学生得出弹性势能随弹簧劲度系数和形变量增大而增大的结论。对基础好的学生,还可引导其利用弹力与形变关系的函数图象(如图4),求出弹力的功,从而得出弹性势能的定量表达式:Ep
5.例题讲解与讨论
例1.图5表示一个斜抛物体的运动,当物体由抛出位置1运动到最高位置2时,重力做功是多少?重力势能改变了多少?由位置2运动到跟位置1在同一水平面上的位置3时,重力做功和重力势能的变化是多少?由位置1运动到位置3呢?
解答:由位置1→2,重力做功-mgh,重力势能增大mgh;由位置2→3,重力做功mgh,重力势能减少mgh(增加-mgh);由位置1→3,重力做功和势能变化均为零。
此例的目的是再次强化重力做功、重力势能的概念和计算
例2.如图6,光滑斜轨道下端与光滑圆周轨道相接。要使小球进入圆周轨道后能经过轨道最高点并不落下来,至少应使它从斜轨道上多高处由静止开始下滑?
解答:因所有轨道都光滑,所以小球运动过程中,只有重力做功,要使小球能经过轨道最高点而不下落,对小球此时速度有一下限,也就是此处动能有一下限,利用动能定理对小球从出发点到圆周轨道最高点的过程列式,有:
可以看出,利用重力做功的特点对全程列式可使问题大大简化。(可让分段列式同学提出自己的解答,然后比较优劣。)
例3.如图7所示,一物体质量m=2kg,在倾角θ=37°的斜面上的A点以初速度v0=3m/s下滑。A点距弹簧上的挡板位置B的距离为AB=4m,当物体到达B后,将弹簧压缩到C点,最大压缩量为BC=0.2m,然后物体又被弹簧弹上去,弹到最高位置D点,D点距A点为AD=3m。求:物体跟斜面间的动摩擦因数。(g取10m/s2,弹簧及挡板质量不计)
分析:此题一看上去似乎很繁,涉及到重力、弹力摩擦力做功的问题。其实认真分析一下就会发现,在物体从B→C又返回到B时,弹簧先做负功,又做了相等数量的正功。总功为零,即弹力功为零;而重力做功根据其特点,只考虑由A到D的高度差即可;摩擦力做功由于与路径有关,须认真计算物体在全程中的位移。可见,对不同性质的力做功要具体分析,才会既简化问题又避免发生错误。
利用动能定理对A→B→C→D全过程列式:
(三)课堂小结
1.对势能的含义和表达式予以必要重复。
2.对重力做功的特点和重力做功与重力势能变化关系予以强调。
3.回忆上节动能定理。结合本节知识,让学生课下思考:动能定理可变成什么其他形式?又有什么意义?为以后讲机械能守恒定律打下基础。
五、说明
1.不管是动能定理还是本节所讲的重力做功与重力势能变化的关系,都是过程量与状态量变化之间的关系。因此对过程分析和状态定位非常重要。教师应通过例题强调公式中每个符号的物理意义,不要把顺序搞错,以免给以后深入研究功能关系带来麻烦。
2.势能是一个较难理解的概念,学生在一节课内不易全面理解和掌握。因此本节没有给出有势力的概念,未通过有势力做功的特点来定义势能,而是直接给出定义和计算公式,这样是为了避免给学生造成理解困难,而淡化了本节的教学重点。可在今后学习中接触了更多势能概念如分子势能、电势能等时,再进一步总结势能特点,深入对它的理解。
3.关于势能是属于系统的讲解,由于课时所限,在本节提出也难免囫囵吞枣,因此也拟放在讲解机械能守恒定律时再深入讨论。本节先简略说成某物体具多少势能,但不要过分强调这一提法,以免以后纠正困难。
古人云,工欲善其事,必先利其器。高中教师要准备好教案,这是高中教师需要精心准备的。教案可以让学生们能够更好的找到学习的乐趣,帮助高中教师营造一个良好的教学氛围。你知道怎么写具体的高中教案内容吗?为此,小编从网络上为大家精心整理了《重力导学案》,仅供参考,大家一起来看看吧。
第三章相互作用
第一节重力基本相互作用导学案
【学习目标】
1、准确理解力、重力、重心的概念,提高分析物体受力问题的能力。
2、自主学习、合作探究,学会用力的图示解决重力问题的方法。
3、激情投入,全力以赴,激发探究科学真理的兴趣
【重点难点】
1.力的图示法和重力、重心的理解
2.力的作用效果的理解
【使用说明】
1.先通读教材P51-P53,勾画出本节的基本概念(力、力的图示、重力、重心),四种基本相互作用作为简单了解。
2.在理解教材内容的基础上,独立完成导学案,用红笔标出疑问,以备上课合作探究。
3.认真书写,找出自己的问题和疑惑,以备课上讨论质疑。
【问题导学】
1.苹果熟了,为什么会从树上落下?用力推桌子,桌子为什么会移动?
2.小刚把球踢过来,你一脚踢回去,你改变了足球的哪些运动状态?
【合作探究】
探究点一:力的相互作用和表示方法(重点)
问题1:什么是力?你是怎样感受到力的存在的?
问题2:力的作用是相互的,有没有只有受力物体的力或只有施力物体的力?
问题3:物体之间发生相互作用的力,是不是必须相互接触?如果不是,请举例说明。
问题4:什么是力的图示?怎样用力的图示表示出力的三要素?
问题5:画出下列各的力的图示和力的示意图,并比较力的图示与力的示意图有哪些不同?
1.桌面上的物体的重力是50N(规范作图、直尺和铅笔)
2.一物体在光滑水平面上受到30N的水平拉力的作用
3.一物体受到竖直向上的20N的拉力的作用
【针对训练】:
1.下列说法中正确的是()
A、某施力物体同时也一定是受力物体。
B、没有施力物体和受力物体,力照样可以独立存在。
C、找不到施力物体的力是不存在的。
D、有的物体自己就有力,这个力不是另外的物体施加的。
2.下述关于力的说法中不正确的是()
A、力对物体的作用效果,完全由力的大小决定。
B、作用在物体上的力,不论作用点在什么位置产生的效果均相同。
C、物体受到力的作用后,一定同时出现形变和运动状态的改变。
D、力的作用效果一定会使物体运动。
3.请作出一人在水平面上用平行于水平面30N推动木箱做匀速直线运动的力的图示。
探究点二:重力及其特点(难点)
知识补充:质量分布均匀形状规则的物体重心位于几何中心,结合课本中的图3.13和图3.14理解
问题1:重力是怎样产生的?重力的大小与什么因素有关?G=mg中的g与物体做自由落体的加速度有什么关系?
问题2:画出空中飞行的足球所受重力的示意图?借此来理解重力的方向。
问题3:重力的作用点就是物体的重心。质量分布均匀、形状规则的物体的重心在什么地方?怎样才能找出不规则薄皮状的物体重心,用什么方法?
《重力势能》的教学设计
我教学的题目是高一物理第七章第五节重力势能。重力势能概念的建立是形成机械能概念的基础,也是今后形成更完整能量概念的保证。本节内容“重力势能”的学习也将为今后“电势能”的学习打下基础。
本教材提供了较多情景及几个问题来展开分析,
本课教学目标很明确:
⑴从重力势能的定量描述、单位、量性及它的相对性中理解重力势能的概念;
⑵理解重力势能得变化和重力做功的关系,知道重力做功与路径无关;
⑶了解弹性势能。
能力目标:
⑴学会从功和能的关系推导出重力势能的表达式;
⑵在小实验设计研究中,初步会用控制变量法设计实验;
⑶在讨论分析中激发质疑探究意识,提高质疑能力。
情感目标:生活实验中激发物理研究兴趣。
本节课着重解决了两个问题,即重力势能及其对称性;重力势能的变化与重力做功的关系,关于重力做正功,重力势能减少,重力做负功,重力势能增加。这个关系由于与动能定理的表述不一致,学生往往不易理解,教学是要结合一些实例,解开学生的困惑。而难点是学生对重力势能相对性的理解。教学中用与温度的相对性类比的方法来突破这个难点。
学生对重力势能在初中已初步形成定性概念,知道重力势能是物体举高而具有的能,故本课引入要唤醒学生对这些概念的记忆,为定量认识重力势能打好铺垫。学生在前一节课“动能”学习中已体验定量研究的一些方法,这也为本课的研究学习打下了基础。但估计学生对“Ep=mgh”会进行公式化处理,出现只认公式不认理的现象,故引导学生对“Ep=mgh”中的“h”正确认识显得尤为重要。高一学生的研究探索、质疑提问能力很薄弱,通过本课在培养策略要取得一点突破。
依据教学大纲的要求和教材内容的特点、学生的特点,在本节教学中,让学生自己设计和完成实验,探索得到结论,充分体现“学生主体、教师主导”的教学模式。
以下为本课教学过程的设计:
1、情景引入
展出三峡水库大坝的模拟照片,让学生欣赏图片的过程中,引导学生思考、发问,并启发到水坝的作用是提高水位,使水具有重力势能并引入课题,再提出问题“建成后的三峡水库可蕴含多少水的重力势能?”激发学生对重力势能学习的迫切欲望。
通过图片情景,培养学生提问能力,并从三峡大坝的气势中激发学生的民族自豪感;与学生交流中回忆初中所学重力势能概念。
2、实验探究
在初中知识掌握的基础之上,让学生用身边的小物件设计实验验证重力势能与哪些量有关(书落手上、笔穿纸巾),研究探索后,再让学生自己总结得出结论,体现重力势能是由物体质量和相对位置决定的能量。并让学生猜想Ep与m、h的定量关系。
3、建立概念
重力势能的大小是否与重力做功有关系?给学生三个简单的运动过程,例从某高度做自由落体,从光滑斜面由静止滑下,沿曲面从与前两者相同的初平面运动至同一末平面,让学生运算三种情况下重力的功,类比于从动能定理,得到动能的定量表达式,也从中得到重力势能的定量关系:Ep=mgh。接着得到重力做功与重力势能变化量的关系:,从自由下落过程中的重力做功与重力势能具体变化间的关系,帮助学生理解“-”和“=”的含义。提供情景,物体越高,重力势能越大吗?展开对=g中“h”的大讨论,总结重力势能是对于某个参考面来说的。再讨论中“h”含义。从中在学生互促学习中对重力势能的相对性有真正地理解。
4、提出问题
,Ep=mgh中,“△h”与“h”的区别?引出重力势能具有相对性。明确指出“△h”是绝对量,“h”是相对量,所以重力势能是具有相对性的,要确定物体在某一状态所具有的重力势能,就必须首先选择一零势能面作参考。而后类比温度来讲明重力势能是标量,但有正负,启发学生思考其正负的含义。
5、弹性势能
小结重力势能概念形成过程,结合情景图片,让学生发现弹性势能与重力势能的共同点,都是由物体的相对位置决定的能量,并且都是客观存在的能。
6、概括总结,作业布置
必做题:P/45:1、3、5
本课较多采用的是情景讨论法,教师不是简单的呈现问题让学生解决,而是创设问题情景,让学生从中发现问题、提出问题,并在强烈内驱作用下进入学生小组合作探究、讨论过程,使研究性学习方式渗透到学科课堂教学中,一节课上尽可能有实验可操作、有问题可讨论、有平台可交流。在该教法中,教师对学生讨论过程的把握显得尤为重要,对学生的问题、讨论点的评价要及时,并能产生激励效应。
文章来源:http://m.jab88.com/j/7077.html
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