1、1第 2 节 势能的改变教学过程(一)重力势能第一层次:探究 EP=mgh提出问题:重力势能的大小与什么因素有关?建立假设师:同学们可以根据已有的知识和经验,大胆提出自己的假设,并且说明你的理由。生:高度有关。由定义:地球上的物体由于处于一定的高度而具有的能量,我们把这种能量叫做重力势能。例如,放在地面上的石头没有杀伤力,一旦从较高处落下,就会很危险;一个杠铃放在你的脚边,你一定不觉得什么?但是如果把它悬挂在你的头顶之上,那一定会让你如坐针毡。 “禁止高空抛物” ;高层建筑在施工时必须有“工程防护网”等。 (渗透社会公德教育:预防高空坠物的危险)生:与物体的质量(重力)有关。如果悬挂在头顶之上
2、的是一团棉花,不是杠铃,就不会觉得可怕。如果你的头顶电线下悬挂的不是日光灯,而是 200 千克的杠铃,你有何感受?生:与质量和高度都有关系。 (教师做好对学生的即时性评价)检验假设实验定性检验出示实验器材:透明玻璃容器(或塑料桶) 、报纸、大小相同而质量不同的两个小球。以报纸是否被小球击破来体现势能的大小。这样实验效果明显,可见度大。教师演示,要求通过 3 个实验步骤,能够科学严谨的说明重力势能的大小与质量和高度之间的定性关系。教师引导前面我们已学过,物体所具有能量越大,对外做功的本领就越强。得到:同一高度的物体:质量越大,重力势能越大;质量相同的物体:高度越高,重力势能越大。理论定量推导师:
3、功是能量变化的量度,我们可否通过“力做了多少功,对应的重力势能就有多少2发生变化”的角度,来定量推导重力势能的表达式。你能设计一个物理过程来从理论上定量推导重力势能与重力 mg 和高度 h 的关系。学生讨论、设计物理过程,并发表自己的设想。可能的设想:(教师随手演示)如图 1,小球做自由落体运动,由动能定理 mgh= 21mv ;由“能量守恒” (动能由重力势能转化而来)重力势能等于动能即 EP= 2,所以 EP=mgh如图 2,将物体竖直向上匀速抬高 h,由平衡条件 F=mg ;则 F 做功为 WF=Fh=mgh;由功能关系得到:E P=WF=Fh=mgh得出结论:E P=mgh第二层次:理
4、解 EP=mgh主要采取讲授式标矢性:标量单位:焦耳(J)相对性: Ep与参考平面(零势能面)的选择有关系统性:重力势能为地球与物体所共有的,重力势能具有系统性。为了叙述方便,可以说成是某一物体的重力势能。相对性的教学出示电视剧“ 雪城”主题曲 心中的太阳歌词片段:山上有棵小树山下有棵大hm图 1hm图 23树,我不知道我不知道我不知道,那个更大那个更高学生讨论:相对高度和绝对高度的意义教师引导:零高度的参考平面对应零势能参考平面(说明规定零势能参考平面的必要性)举例深化:通过的例子(书放在课桌上,分别以地面和桌子作为参考面,讨论重力势能。教师随手演示。)来说明:重力势能的正负含义;一般情况下
5、以地面作为零势能的参考平面。(重新指出:图 1、图 2 定量推导时是以地面为参考平面的。使推导更加有科学性和完整性)过渡语:功是能量变化的量度,有力做功就有对应的能量发生变化,物体重力势能发生变化与什么力做功相对应呢?生:重力(二)重力做功与重力势能的改变1实例探究举例:一只花盆从 16 楼窗台落地,根据给出数据计算填表(事先印发) 。学生讨论探究:从表格中能总结出什么规律?(分组讨论,交流,教师引导总结)m=2kg,h=50m,h 1=10m,g=10m/s 2A :16楼B :3 楼4花盆仅在重力作用下 花盆在重力和阻力作用下规定的零势面花盆在各点处的重力势能 重力势能的改变 重力做功 重
6、力势能的改变 重力做功地面 EPA=1000JEPB =200J-800J 800J -800J 800J三楼 EPA=800JEPB =0-800J 800J -800J 800J教师引导的方向重力势能与零势面选取有关吗?物体在某两点间重力势能的改变与零势面选取有关吗?(指出改变量是末状态量减去初状态量)物体在某两点间重力势能的改变与重力做功有什么关系?与是否有除重力之外的其他力存在或参与做功有关吗?学生总结规律重力势能的具有相对性(相对于不同的参考平面重力势能的大小不同) ,确定了参考平面,物体重力势能才有确定值。重力势能的变化与零势能面的选取无关,具有绝对性重力势能的变化与重力做功的关系
7、。花盆下落,这一过程中重力做正功,重力势能减少,重力做多少功,重力势能减少多少;与是否有除重力之外的其他力存在或参与做功无关。2变式深化若用吊篮将花盆从 3 楼竖直吊回 16 楼,运动方式有匀速上升、匀加速上升,花盆的重力势能分别如何变化,重力对花盆做功分别又将如何?若乘电梯将花盆从 3 楼运到 16 楼,花盆的重力势能如何变化,重力对花盆做功又将如何?3归纳总结:重力做功是重力势能变化的量度物体下落,重力做正功 mgh,重力势能减少 mghEp,物体上升,重力做负功 ,重力势能增加 。GpWE过渡语:上面我们讨论花盆的运动都是在竖直方向,如果某人爬楼梯将花盆从 3 楼搬到 16 楼,重力对花
8、盆做功又将如何?5(三)重力做功和物体运动路径的关系学生讨论:小孩以不同的路径从某一高度回到地面,重力对小孩做功大小有什么关系?为什么?教师引导:从“力做功的两个要素:力与力方向上的位移”的角度思考。从功能关系:重力做功是引起物体重力势能变化的唯一因素的角度思考。结论:重力做功只与物体始末位置的高度差有关,与路径无关。 (进一步说明:重力做功的特点决定重力势能变化的绝对性;重力势能的变化只与重力做功有关,与物体是否受到其他力,和其他力是否做功无关)(四).课堂练习,运用重力势能的知识解决问题训练 1:新闻图片,设置情境在雅典奥运会举重男子 69 公斤级比赛中,中国选手张国政以抓举 160 公斤
9、,挺举 187.5公斤,总成绩 347.5 公斤获得金牌,这也是中国代表团在本届奥运会上的第 11 枚金牌。 张国政制胜的一举,挺举 187.5kg,杠铃被举高约 2m。试求:1、杠铃的势能变化多少?2、重力做功多少?(张国政能在短时间内爆发出如此巨大的功率绝非一日之功,为了能为祖国争得荣誉,运动员在平时的训练中付出心血。 )训练 2:一位同学说:若以喜马拉雅山的山顶为零势能参考平面,则长江山峡的水库所储备的大量水的势能是负值,所以它就不能发电了。你认为此同学的说法对吗?为什么?训练 3:(选做)做竖直上抛运动的物体,在上升到某一高度时,重力势能的改变量为 E P,动能的改变量为 E K ,物
10、体克服重力做功 WG,物体克服空气阻力做功 Wf,则下列关系正确的是( )A.E P=WG B. E P=WG+WfC. E K= -E p-Wf D. E K = E p+WG+Wf (五) 、弹性势能(据课时情况,可以让学生自学)生活中还有一些物体既没有运动也没有很大的高度却同样“储存”着能量,哪怕它只是孩童手里的玩具(图片:弹弓) 。张紧的弓一撒手就会对箭支做功改变它的动能,松弛的6弓有这样的本领吗?同样是弓前者具有能量而后者没有,那么什么情况下物体才具有这种能量呢?张紧的弓在恢复原状的过程会对外做功,但是拉断的弓还能有做功的本领吗?1定义:物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能。
11、2弹性势能的大小与哪些因素有关呢?小实验出示玩具弓箭、可以上发条的小汽车,让学生自己做实验。弓箭的皮筋拉得越长,恢复原状时对塑料箭做功越多,塑料箭获得的动能越大,射得越远。发条上的越紧,小车运动的时间越长。学生总结弹性势能的大小同弹性形变的大小有关。弹性形变越大,弹性势能也越大。教师强调弹簧处与原长时弹性势能为 0;弹簧的伸长和压缩的长度相同则弹性势能也相同举例:生活中还有那些利用弹性势能的例子呢? 拉伸或压缩的弹簧、球拍、撑杆跳高、跳板跳水等。3、势能由相互作用的物体的相对位置决定的能量。重力势能:由地球和物体间相对位置决定。弹性势能:由发生形变的各部分的相对位置决定。(六)课堂小结1重力势
12、能是地球和地面上的物体共同具有的。重力势能的大小具有相对性,确定了参考平面,物体重力势能才有确定值。但重力势能的改变是绝对的。2重力做功与物体的运动路径无关,只跟物体运动的始末位置有关。3重力做功是重力势能变化的量度。教师总结关于人类与重力势能的认识,是一个从恐惧到挑战直到利用的过程。人们对重力势能的恐惧感是与生俱来的(雪崩、泥石流:2006 年 2 月 17 日泥石流突袭菲律宾 2000 人丧生) 。但是随着人们通过生产实践中对重力势能的认识的逐步加深,我们开始变得乐于挑战这种能量(攀岩运动) 。甚至在可以控制的范围内享受重力势能带给我的种种乐趣(过山车) 。但是科学的意义不仅仅是认识自然,
13、挑战自然,更在于能动的利用自然!介绍水力发电(水力发电的图片) 。7【教学后记】本节课在教学设计上遵循学生的认知规律,遵循辩证唯物主义的认识论,使学生对重力势能概念的建立和理解有一个从感性到理性,从定性到定量的过程,使学生对物理概念和规律的学习并不感到突然和困难。本节课运用“实验(举例)理论探究归纳实例研究”教学方法,把“实验观察、学生讨论、教师讲解”融合在一起。本着“学生主体,教师主导”的原则,在特定情景下的实例研究,让学生感到新鲜好奇,讨论问题积极主动,自主地总结规律。贴近生活的实例、小实验,使学生的学习兴趣高涨,体验社会公德、爱国情感及合理利用自然的科学认识。本节课在多媒体、实验、板书的
14、运用上,相互补充,克服了单一媒体运用的呆板的课堂教学形式,对整合课堂教学资源,起到了一定的作用。幻灯片所展示的各种生动、活泼、有趣的图片,激发学生探究知识的欲望和积极性,也是本节课的一大亮点。本节课至始至终围绕“功是能量变化的量度”到“重力做功是重力势能变化的量度”课题中心内容。让学生体会到重力做功是导致重力势能变化的唯一因素。【板书设计】一、重力势能二、弹性势能1定义:物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能。2弹性势能的大小同弹性形变的大小有关。三、势能:由相互作用的物体的相对位置决定的能量。GpWE(与路径无关)重力势能重力做功表达式:E p=mgh单位:焦耳(J)标矢性:标量相对性系统性8