重力势能教案

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=-mgh1·ΔEp2=-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:mgs·sinθ=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。

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