1、2.2势能的改变教学内容:普通高中课程标准物理教科书物理（2） （鲁科版）第二章 第2节势能的改变内容与地位：普通高中物理课程标准共同必修模块“物理2”中的二级主题“机械能和能源”的内容标准中涉及本节内容的条目是:“理解重力势能，知道重力势能的变化与重力做功的关系。”该条目要求学生理解什么是重力势能，并能从功是能量转化的量度出发理解重力势能的变化与重力做功之间的关系。 对于重力势能，学生在初中已有了定性了解。在本节教学中，教师应在学生原有知识的基础上，根据学生的认知特点，定量探究重力势能与物体所受的重力、物体所处的高度的关系。在学生学习的过程中要注意保持学生的学习热情和探究未知世界的乐趣，提高
2、学生分析问题和解决问题的能力，养成敢于质疑、大胆提出自己见解的好习惯。在高中物理学习中，学生可能遇到的势能有：重力势能、电势能及分子势能。重力势能概念的学习对以后相关概念的学习至关重要。设计思路：本节首先通过视频复习重力势能的概念，让学生感到物理就在自己熟悉的自然现象中，其次由学生探究重力势能的影响因素，经历探究过程，发展探究能力，同时加深在实验中控制变量法的应用；接着设置问题情境，引导学生探究重力做功与重力势能变化的关系，加深对重力势能的理解，同时学习科学的思维方法，最后通过类比的思想和做课本的迷你实验理解弹性势能，让学生既体会到成功的喜悦，又感到用生活中简单的物品就可研究物理问题，激发了研
3、究物理问题的兴趣。本节设计注重创设情境，关注学生学习过程的体验，激发学生的学习热情，体验成功的乐趣，在理解新知识的同时感悟科学的研究方法。学生分析：1、学生在初中时学生已接触过重力势能的概念，在高中阶段要定量的解决重力势能。2、学生已学习了功的概念和计算方法。通过重力做功的计算来判断重力势能的变化，通过弹性做功来判断弹性势能的变化。3、高中的学生具有一定自主探究能力，因而，在教学中以学生自主探究学习为主，引导他们自觉主动地去讨论探究教学目标：一、知识与技能1.理解重力势能的概念，会用重力势能的定义进行计算；知道重力势能的相对性；2.知道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
4、. 了解弹性势能.二、过程与方法1、经历自主探究过程和根据一定的关系推导出物理量表达式的过程，培养学生逻辑思维能力。2、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和类比思想3、学会从功和能的关系上分析和解释物理现象.三、情感态度与价值观感受探究过程与现实生活经验的联系,激发和培养学生探索自然规律的兴趣.重点难点重点：重力势能的的概念难点：重力做功跟重力势能变化的关系。教学过程导入新课同学们，我们现在开始上课，请同学们看一段视频，雪山上的蓬松的白雪，总是给我们以恬静，美丽的感觉，那当雪崩爆发时呢？大雪以排山倒海之势，摧毁一切，给人类和自然带来巨大的灾难.（视频：电影上帝之杖片段） 图片
5、：美国内华达州亚利桑那陨石坑。动漫：小和尚与大缸教师：为什么看起来非常漂亮的雪花（上帝之杖、陨石）会有如此大的破坏力呢？学生：由于具有巨大的能量.通过这些例子，我们发现物体处在一定的高度时，就具有了一定的能量。而只有当它从所处的高处落下时，这些能量就会以做功的方式释放出来。板书：一、重力势能在初中，我们已经学过：物体由于被举高而具有的能量叫做重力势能.、定义：物体处于一定的高度而具有的能。那么重力势能的大小与什么有关，又如何定量表示呢？除了重力势能以外还有其他形式的势能吗？今天这节课我们将深入地学习势能的改变。学生：接着观看录像，思考问题.请大家再看一个视频（打桩机），建筑工地上的工人将重锤高
6、高举起，然后用重锤把水泥桩打进地里，为什么重锤能够将水泥桩打进地里呢？哦，重锤将水泥桩打进了地里，说明重锤对水泥桩做了功.根据功和能的关系，既然重锤可以对水泥桩做功，表明高高举起的重锤具有很大的能量.一、重力势能(一)探究EP=mgh程序一：提出问题：重力势能的大小与什么因素有关？程序二：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，放在地面上的大缸没有杀伤力，一旦从较高处落下，就会很危险；打桩机重锤越高，桩陷得越深。生：与物体的质量（重力）有关。如果悬挂在头
7、顶之上的是乒乓球，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：可能与质量和高度都有关系（控制变量法）。我们在初中已经学习过了重力势能的大小与质量和高度有关系，我们用一个小实验来定性地回顾一下他们之间究竟有什么关系。2 演示实验：（书上迷你实验）在一个透明的玻璃容器内装上沙子。这里有两个大小相同的小球，一个钢球、一个木球。实验一：探究重力势能与质量的定性关系，我们先控制高度不变。在沙盆上方同一高度释放两个小球，观察铁球落在沙子中的深度。钢球的质量大，在沙中陷得比较深。实验二：探究重力势能与高度的定性关系，我们要控制质量不变，让一个铁球分别从
8、不同的高度释放，观察铁球落在沙子中的深度。钢球释放的位置越高，在沙中陷得越深。变式：用自己桌上的课本做如下试验（取材更直接，贴切生活） 1）同一课本从不同高度下落到自己手上，感觉 2）不同质量的课本从同一高度下落到自己手上，感觉 学生：质量相同的物体：高度越高，砸下来，感觉越疼（能量越大） 同一高度的物体：质量越大，砸下来，感觉越疼（能量越大）引导学生观察实验和分析实验现象说明重力势能的大小与质量和高度之间的定性关系（设计动漫演示强化）得到：质量相同的物体：高度越高，重力势能越大。 同一高度的物体：质量越大，重力势能越大；教师总结：通过上述演示，我们可以定性得到：重力势能跟物体的质量和高度都有
9、关系，且物体的质量越大，高度越大，重力势能就越大。物体的质量m越大，所处的高度h越大，重力势能就越大。经过科学家的无数次的验证得到。在物理学中，把物体的重力势能表示为：EP=mgh m ：千克（kg） g ：米秒2（ms2） h ：米（m）板书：2、公式EP=mgh（二）理解EP=mgh重力势能是标量，它的单位与功的单位相同，在估计单位制中都是J3、标量 4、单位：焦耳（J）式中的m是物体的质量，g是重力加速度，h是什么呢？是物体所处的高度？对同一个物体，m一定，重力势能的大小由物体所处的高度决定。那现在有一个桌面位于地面之上，桌面高为H我将一个物体放在桌面上，这个物体相对于桌面的高度是多少？
10、生：高度为0.那么物体的重力势能为多少呢？生：0师：很好，那物体相对于地面的高度为多少呢？很好，H。那物体的重力势能是多少呢？EP=mgH。也就是我们两次求出来的同一个物体的重力势能大小不一样，这是为什么呢？因为我们选取的参考平面不一样。由此我们可以知道重力势能总是相对于某个水平面来说的，这个水平面叫参考平面.参考平面选取不同，重力势能的数值就不同.可见，重力势能具有相对性.所以计算一个物体的重力势能时，我们必须先选定某一个水平面，并把这个水平面的高度定为零，即取物体在该面上的重力势能也为，我们把这样的平面叫做零势能参考平面。5相对性：Ep与参考平面（零势能面）的选择有关例如：如果我们选定红线
11、为零势能参考平面，当质量为的物体位于A处时，它的重力势能是多少呢？EPA=2mgh；当红线处于A时，它的重力势能即为；而当红线处于A上方时，它的重力势能则为Emgh正负代表大小，对选定的参考平面而言，在参考平面上方的物体，高度是正值，重力势能也是正值，表示物体在该位置具有的重力势能比在参考平面具有的重力势能要大.在参考平面下方的物体，高度是负值，物体具有负的重力势能，表示物体在该位置具有的重力势能比在参考平面上具有的重力势能要少。小试牛刀1.关于重力势能的下列说法中正确的是( ) A.重力势能的大小只由重物本身决定 B.重力势能恒大于零 C.在地面上的物体，它具有重力势能一定等于零 D.重力势
12、能实际上是物和地球所共有的6、系统性：重力势能与物体间的相对位置有关，重力势能是地球表面附近物体与地球间的相对位置决定的。重力势能为地球与物体所共有的，而不是物体单独具有的，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。实际上，只有当放在高处的物体下落时，才对外做功，因此重力势能可以看成是一种被暂时储存起来的潜在力量。在生产生活中，人们根据需要将重力势能转化为动能把桩钉打入地下；在江河中修筑堤坝提高水位，就可以利用水的重力势能来发电。二、重力做功与重力势能的改变过渡语：力做功的过程就是能力转化的过程（功是能量变化的量度），合外力做功是物体动能变化的量度，物体重力势能发生变化是
13、有哪些力做功引起的呢？重力势能的改变与这些力所做的功又有什么关系呢？我们通过实例来探究这些问题。设置情景：设两个质量为m的小球，从高度为h1的A处下落到高度为h2的B处，其中一个小球做自由落体运动，过程中只有重力做功，另一个小球则在重力和阻力的共同作用下竖直下落,要求学生填写以下二个表格（书上）FfGGABh1h2Ff(2)小球受重力和阻力的共同作用GGABh1h2(1)小球仅受重力作用以地面为零势能参考平面研究过程物体在各点的重力势能小球仅受重力的作用下小球在重力和空气阻力的作用下重力势能的改变重力做功重力势能的改变重力做功A到BEpA= mgh1EpB= mgh2EPA-EPB= mgh1
14、-mgh2WG=Ep1-Ep2=mgh1-mgh2EPA-EPB= mgh1-mgh2WG=Ep1-Ep2=mgh1-mgh2两个小球从高度A处落到B处，重力势能的变化均为=EPA- EPB=mgh1-mgh2两小球从高度A处下落到B处，重力做功均为WG=Ep1-Ep2=mgh1-mgh2对比以上两式可以发现，虽然第二种情况中小球受到的重力和阻力同时做功，但重力势能的变化与第一种情况一样。物体的重力势能的变化只由重力所做的功决定，与是否存在其他力的作用及有没有其他力做功均无关。现在请同学们以A点为0高度进行探究。以A点为零势能点研究过程物体在各点的重力势能小球仅受重力的作用下小球在重力和空气阻
15、力的作用下重力势能的改变重力做功重力势能的改变重力做功A到BEpA= 0EpB= -mg（h1- h2）EPA-EPB= mgh1-mgh2WG=Ep1-Ep2=mgh1-mgh2EPA- EPB= mgh1-mgh2WG=Ep1-Ep2=mgh1-mgh2同样可以得到结论：物体的重力势能的变化只由重力所做的功决定，与是否存在其他力的作用及有没有其他力做功均无关。重力势能的变化与重力做功的关系就可以写成公式：WG=Ep1-Ep2说明：WG表示重力做的功；Ep1，表示物体初位置的重力势能；Ep2表示物体末位置的重力势能.小球下落，这一过程中重力方向与位移的反向相同，重力做正功，WG0，Ep1Ep
16、2，重力势能减少，重力做多少功，重力势能减少多少；小球上升重力方向与位移方向相反，重力做负功，即物体克服重力做功，WG0，Ep1Ep2，重力势能增加总之，重力势能的改变是由重力做功决定的：重力对物体做多少功，物体的重力势能就减小多少，物体克服重力做多少功，重力势增加多少；重力势能的改变与是否有除重力之外的其他力存在或参与做功无关。引导观察：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？（重力势能的变化是初状态量减去末状态量）经过讨论，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
17、势能面的选取无关，具有绝对性三、重力做功和物体运动路径的关系AB讨论和交流：课本p29的讨论与交流如图，小球以不同的路径从某一高度A运动到B点，重力对小球做功大小有什么关系？说明了什么？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。在重力方向通过的位移都为h,所以重力做功大小相等。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。WG=Ep1-Ep2=mgh1-mgh2相同。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。小试牛刀关于重力做功和物体的重力势能，下列说法不正确的是( ) A、当重力对物体做正功时，物体的重力势能一定减少 B、物体克服重力做功
18、，物体的重力势能一定增加 C、地球上物体的重力势能都有一个确定值 D、重力做功的多少与参考平面的选取无关四、弹性势能的改变在射箭比赛中，运动员的手一松开，拉满弦的弯弓在恢复原状时就把利箭发射出去。可见，发生弹性形变的物体在恢复原状的过程中能够做功，说明它具有能量。1、弹性势能和弹性势能的改变【演示】装置如图所示：将一木块靠在弹簧上，压缩后松手，弹簧将木块弹出.分别用一个硬弹簧和一个软弹簧做上述实验，分别把它们压缩后松手，观察现象.学生：观察并叙述实验现象.现象一：同一根弹簧，压缩程度越大时，弹簧把木块推得越远.现象二：两根等长的软、硬弹簧，压缩相同程度时，硬弹簧把木块弹出得远.师生共同分析，得
19、出结论：上述实验中，弹簧被压缩时，要发生形变，在恢复原状时能够对木块做功，因而具有能量，物理学中把物体因为发生弹性形变而具有的能叫做弹性势能.请同学们再举几个物体具有弹性势能的例子.学生：观察课件演示，体会发生形变的物体，具有弹性势能；思考并举例：a.卷紧的发条b.被拉伸或压缩的弹簧c.击球的网球拍d.拉开的弓.教师：弹性势能的大小与哪些因素有关？我们就来探究这些问题.在弹簧被拉长或者被压缩时，弹簧中就存储了弹性势能；弹簧在恢复原状的过程中，它对外做功。经验告诉我们，弹性形变越大，在恢复原状时它对外做的功越多，具有的弹性势能就越大。实验：由学生做课本第30页的迷你实验将圆珠笔里的弹簧取出，再用
20、硬卡纸做个小纸帽，套在弹簧上。用力把小纸帽往下压，使弹簧产生一定的弹性形变，然后突然放开手，看看小纸帽能弹多高。用大小不同的力，使弹簧产生大小不同的弹性形变，重复做几次，看看小纸帽弹起的高度有什么不同。我们在学习重力势能时，是从哪里开始入手进行分析的？这对我们讨论弹性势能有何启示？学生：思考后回答：学习重力势能时，是从重力做功开始入手分析的，讨论弹性势能应该从弹力做功的分析入手.引导：结合实验现象，实验中，弹簧在恢复原状的过程中队小纸帽做功，同时随着弹簧迅速恢复到原状，弹性势能也减小到零，弹簧也就不能再对外做功了。再通过类比重力做功与重力势能改变的关系来理解和得出弹力做功与弹性势能的改变的关系
21、。由学生讨论得出结论：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。弹簧对外做了多少功，弹性势能就减小多少；反之，克服弹力做了多少功，弹性势能就增大多少。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。2、势能（由老师讲解）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课堂训练：沿高度相同,长度和粗糙程度均不同的斜面把同一物体从底端拉到顶端,比较重力势能的变化,正确的是（ ） DA、沿长度大的粗糙斜面拉,重力势能增加最多B、沿长度小的粗糙斜面拉,重力势能增加一定最少C、
22、无论长度如何,斜面越粗糙,重力势能增加越多D、几种情况下,重力势能增加一样多启导：物体重力势能的变化决定于什么力做功？与物体所经的路径和斜面粗糙程度有关吗？六、作业布置：1、课内作业：课本P32 4 5 62、课外探究：奥运物理 跳高运动过竿形式的发展历程，从重力势能的角度讨论不同过竿动作的技术特点，背越式跳高的优点。3、课后思考题图示的两种情况中物体的势能是增大，变小， 还是不变？ 一个盛水袋，某人从侧 一根自由悬挂的链条，有人将 面缓慢推袋壁使它变形。 它的中点缓慢下拉，使它成两 条直线形状。 4、课后调查:提高能量利用效率随着人类能量消耗的迅速增加，如何有效地提高能量利用率是人类所面临的
23、一项重要任务。下图是上海“明珠线”某轻轨车站的设计方案，与站台连接的轨道有一个小的坡度。请你从提高能量利用效率的角度，分析这种设计的优点。七、课堂小结1、势能由物体间的相互作用而产生，由它们的相对位置而决定2、重力势能是地球和地面上的物体共同具有的，一个物体的重力势能的大小与参考平面的选取有关势能是标量，单位是焦耳3、重力对物体所做的功与物体的运动路径无关，只跟物体运动的始、末位置有关，重力所做的功等于物体始、末位置的重力势能之差4、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。八、板书设计2.2势能的改变一、重力势能1、定义：物体处于一定的高度而具有的能2、公式EP=mg
24、h3、标量 4单位：焦耳（J）5相对性：Ep与参考平面（零势能面）的选择有关6、系统性：重力势能为地球与物体所共有的二、重力做功与重力势能的改变1、WG=Ep1-Ep2=mgh1-mgh22、WG，Ep1Ep2，重力势能减少WG，Ep1Ep2，重力势能增加重力做多少功，物体的重力势能就减少多少3、重力作用与物体运动的路径无关三、弹性势能1、定义：物体因为发生弹性形变而具有的能2、弹力做功与弹性势能变化的关系四、势能：由相对位置决定的能九、教学反思 势能的改变是本章中的一个基本概念和物理量，要求学生知道重力势能的定义，掌握重力势能的公式，知道重力势能是标量，单位是焦耳，理解重力做功与重力势能的改
25、变的关系，知道重力势能的值是相对的，理解重力势能正负的含义。难点是重力势能的相对性，而重力势能的改变与参考平面无关。如果只是说明，学生很难理解和把握，于是把设计的重点放在引导学生探讨问题，自己推出结论，用已学旧知识，推导新知识的结论，这样学生就能更好的理解了，对于重力做功和重力势能的关系，也是引导学生用旧知识的推导得到结论。 为了突破难点从高度具有相对性入手，问学生站在三楼的人由多高。不同的学生可能会有不同的回答，这样从矛盾当中，我们很自然的就引入了参考平面，即零势能面。有了高度的相对性，学生根据重力势能的计算式，就会很容易理解重力势能也具有相对性：选择不同的参考平面，物体的重力势能是不同的。然后，再让学生选择不同的参考平面来计算物体从A位置下落到B位置重力势能的改变。对弹性势能有定性的了解。 这样的切入学生容易理解，难点也自然而然地被突破了。 不足之处是过于追求知识的完整和严谨，对学生的答案要求过高，给予补充的太多太细，还过于急躁的在学生回答时插话，有些问题放不开让学生讨论。老担心学生的讨论不够全面，有遗漏。以后上课我要多加强学生的讨论和交流，让学生真正变为主体，引导的方法和技巧要设计得更科学、灵活、合理。 w.w.w.k.s.5.u.c.o.m
