2019-2020年高一物理《重力勢能》教學(xué)設(shè)計(jì)教案.doc
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2019-2020年高一物理《重力勢能》教學(xué)設(shè)計(jì)教案 本節(jié)教材分析 本節(jié)講述重力勢能及其相對性，重力勢能的變化以及與重力做功的關(guān)系.重力做正功時(shí)，重力勢能減少，克服重力做功(重力做負(fù)功)時(shí)，重力勢能增加，關(guān)于這個(gè)關(guān)系，由于與動(dòng)能定理的表述不一致，學(xué)生往往不易理解，教學(xué)時(shí)最好能結(jié)合一些實(shí)例，從能量轉(zhuǎn)化的角度分析，解開學(xué)生的困惑，例如可舉在自由落體運(yùn)動(dòng)中，重力做正功，重力勢能減少，同時(shí)由動(dòng)能定理可知，動(dòng)能增加.重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，這樣做，也可以為下一節(jié)講解機(jī)械能守恒定律做好準(zhǔn)備. 關(guān)于重力做功與路徑無關(guān)和彈性勢能的教學(xué)：只要求學(xué)生知道即可． 教學(xué)目標(biāo) 一、知識目標(biāo) 1.理解重力勢能的概念，會(huì)用重力勢能的定義進(jìn)行計(jì)算． 2.理解重力勢能的變化和重力做功的關(guān)系，知道重力做功與路徑無關(guān)． 3.知道重力勢能的相對性． 4.了解彈性勢能． 二、能力目標(biāo) 1.根據(jù)功和能的關(guān)系，推導(dǎo)出重力勢能的表達(dá)式． 2.學(xué)會(huì)從功和能的關(guān)系上解釋和分析物理形象． 三、德育目標(biāo) 滲透從對生活中有關(guān)物理現(xiàn)象的觀察，得到物理結(jié)論的方法，激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生探索自然規(guī)律的興趣． 教學(xué)重點(diǎn) 重力勢能的概念及重力做功跟物體重力勢能改變的關(guān)系． 教學(xué)難點(diǎn) 重力勢能的系統(tǒng)性和相對性 教學(xué)方法 實(shí)驗(yàn)觀察法、分析歸納法、講練法 教學(xué)用具 鐵球(大小、質(zhì)量均不同的兩個(gè))、透明玻璃容器、沙子、投影片． 教學(xué)過程 用投影片出示本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.理解重力勢能的概念，會(huì)用重力勢能的定義式進(jìn)行計(jì)算． 2.理解重力勢能的變化和重力做功的關(guān)系，知道重力做功與路徑無關(guān)． 3.知道重力勢能的相對性． 4.了解彈性勢能． 學(xué)習(xí)目標(biāo)完成過程： 一、復(fù)習(xí)導(dǎo)入 教師：打樁機(jī)的重錘從高處落下時(shí)，可以把水泥樁打進(jìn)地里，為什么? 學(xué)生：因?yàn)橹劐N具有重力勢能． 教師：那么什么是重力勢能? 學(xué)生：物體由于被舉高而具有的能量叫重力勢能． 演示實(shí)驗(yàn)： 在一個(gè)透明的玻璃容器內(nèi)裝上沙子． 實(shí)驗(yàn)一：用一個(gè)鐵球從不同高度釋放，觀察鐵球落在沙子中的深度． 實(shí)驗(yàn)二：用大小不同的兩個(gè)鐵球從同一高度釋放，觀察鐵球落在沙子中的深度． 學(xué)生回答觀察到的現(xiàn)象： 在實(shí)驗(yàn)一中，鐵球的釋放高度越大，鐵球落在沙子中的深度越大． 在實(shí)驗(yàn)二中，質(zhì)量大的鐵球落在沙子中的深度大． 教師：通過上述演示，我們可以定性得到：重力勢能跟物體的質(zhì)量和高度都有關(guān)系，且物體的質(zhì)量越大，高度越大，重力勢能就越大． 引入：那么，怎樣定量地表示重力勢能呢? 板書課題：重力勢能 二、新課教學(xué) (一)重力勢能 1.教師舉例 把一個(gè)質(zhì)量為ｍ的物體豎直向上拋出，在它上升和下落的過程中，重力分別做什么功?重力勢能如何變化? 學(xué)生：上升過程中，物體克服重力做功(重力做負(fù)功).物體的重力勢能增大． 下落過程中，重力做正功，物體的重力勢能減小． 教師：前邊我們學(xué)過了功和能之間的關(guān)系，我們知道力對物體做了多少功，物體的能量就將變化多少，那么同學(xué)們認(rèn)為重力所做的功與物體重力勢能的變化之間有什么關(guān)系? 學(xué)生：重力所做的功等于物體重力勢能的變化． 2.上邊我們定性分析了重力所做的功等于物體重力勢能的變化，下邊我們再來分析一個(gè)例子： ?、儆猛队捌鍪締栴}： 質(zhì)量為ｍ的物體從高度為ｈ１的A點(diǎn)下落到高度為ｈ2的B點(diǎn)，重力所做的功為多少? ②學(xué)生求解得到： 重力所做的功為：WG＝ｍｇΔｈ＝ｍｇ（ｈ１－ｈ２） ?、劢處煟呵斑呂覀兘Y(jié)合功和能的關(guān)系分析得到重力所做的功等于物體重力勢能的變化，而我們經(jīng)過推導(dǎo)又得到重力所做的功等于ｍｇｈ這個(gè)量的變化，所以在物理學(xué)中就用ｍｇｈ這個(gè)式子來表示物體的重力勢能． 板書：EＰ＝mgh EＰ 物體的重力勢能 焦（J） ?。怼矬w的質(zhì)量 千克（kg） ｇ→重力加速度→(米每二次方秒)s2/ｍ ?。琛矬w的高度→米（ｍ） ?、芡茖?dǎo)重力勢能的單位： ∵１kgｍ/s2ｍ＝１Ｎｍ＝１J ∴重力勢能的單位是焦耳，并把上述板書補(bǔ)充完整． ?、葜亓菽苁菢?biāo)量 3.據(jù)重力做功與重力勢能變化之間的關(guān)系進(jìn)行討論： ?、俳處煟何覀冇?來表示物體在初位置的重力勢能，用 來表示物體在末位置的重力勢能，則 ?、趯W(xué)生討論得到： 當(dāng)物體由高處運(yùn)動(dòng)到低處時(shí)，ｈ１>ｈ2，WＧ>０ ∴ 當(dāng)物體由低處運(yùn)動(dòng)到高處時(shí)，ｈ１<ｈ2，WＧ<０ ∴ ?、劢處熆偨Y(jié)：重力做正功時(shí)，重力勢能減少，減少的重力勢能等于重力所做的功． 物體克服重力做功(重力做負(fù)功)時(shí)，重力勢能增加，增加的重力勢能等于物體克服重力所做的功． 4.討論：如圖所示，物體從高為h1處運(yùn)動(dòng)到高為ｈ2處，運(yùn)動(dòng)的路徑有無數(shù)條，討論在這些運(yùn)動(dòng)過程中，重力所做的功是否相同． 學(xué)生：重力所做的功相同，因?yàn)橹亓λ龅墓Φ扔谥亓菽艿臏p少量，而重力勢能的減少量ｍｇ（ｈ１－ｈ2）是一定的． 教師：由此得到：重力所做的功只跟物體初位置的高度ｈ１和末位置的高度ｈ2有關(guān)，跟物體運(yùn)動(dòng)的路徑無關(guān)． (二)重力勢能的相對性 教師：有一個(gè)物體放在三樓頂，每層樓高ｈ，則該物體的重力勢能為多大? 學(xué)生：3mgh；mgh；2mgh． 教師：同一個(gè)物體的重力勢能，為什么會(huì)有三個(gè)不同的值呢? 學(xué)生：是由于所選高度的起點(diǎn)不同而造成的． 教師：我們把所選高度的起點(diǎn)處的平面叫參考平面，第一位同學(xué)以一樓地面為參考水平面得到物體的重力勢能為3mgh，第二位同學(xué)是以三樓地面為參考平面，則物體的重力勢能為mgh，同理第三位同學(xué)是以二樓地面作為參考平面，得到的重力勢能為2mgh． 板書：①參考平面的選取是任意的． ②選取不同的參考平面，物體的重力勢能的數(shù)值是不同的． ?、弁ǔ＿x地面為參考平面． (三)彈性勢能 1.演示 裝置如圖所示：將一彈簧壓縮不同程度：觀察現(xiàn)象． 取一個(gè)硬彈簧，一個(gè)軟彈簧，分別把它們壓縮相同程度，觀察現(xiàn)象． 2.學(xué)生敘述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 實(shí)驗(yàn)一中：當(dāng)彈簧壓縮程度越大時(shí)，彈簧把木塊推的越遠(yuǎn)． 實(shí)驗(yàn)二中：兩根等長的軟、硬彈簧，壓縮相同程度時(shí)，硬彈簧把木塊彈出的遠(yuǎn)． 3.上述實(shí)驗(yàn)中，彈簧被壓縮時(shí)，要發(fā)生形變，在恢復(fù)原狀時(shí)能夠?qū)δ緣K做功，我們說彈簧具有能，這種能叫彈性勢能． 板書：發(fā)生形變的物體，在恢復(fù)原狀時(shí)能夠?qū)ν庾龉?，因而具有能量，這種能量叫做彈性勢能． 4.教師：同學(xué)們能舉幾個(gè)物體具有彈性勢能的例子嗎? 學(xué)生：卷緊的發(fā)條，被拉伸或壓縮的彈簧，拉彎的弓、擊球時(shí)的網(wǎng)球拍或羽毛球拍、撐桿跳高時(shí)的撐桿等． 5.教師分析上述各例中彈性勢能和形變程度之間的關(guān)系，學(xué)生總結(jié)得到： 形變程度越大，彈性勢能也越大． 6.教師：到現(xiàn)在為止，我們已學(xué)習(xí)了兩種勢能：重力勢能和彈性勢能． 對于重力勢能，其大小由地球和地面上物體的相對位置決定，對于彈性勢能，其大小由形變程度決定，而形變程度不同，發(fā)生形變的物體的各部分相對位置也會(huì)發(fā)生變化，得到： ①勢能也叫位能． ?、趧菽芫哂邢到y(tǒng)性：重力勢能是物體和地球組成的系統(tǒng)共有的，彈性勢能是物體的各部分所共有的． 三、鞏固練習(xí) 用投影片出示思考題： 1.關(guān)于重力做功和物體的重力勢能，下列說法中正確的是 A.當(dāng)重力對物體做正功時(shí)，物體的重力勢能一定減少 B.物體克服重力做功時(shí)，物體的重力勢能一定增加 C.地球上任何一個(gè)物體的重力勢能都有一個(gè)確定值 D.重力做功的多少與參考平面的選取無關(guān) 2.物體在運(yùn)動(dòng)過程中，克服重力做功為50 J，則 A.重力做功為50 J B.物體的重力勢能一定增加50 J C.物體的動(dòng)能一定減少50 J D.重力做了50 J的負(fù)功 3.以40 ｍ/s的初速度豎直向上拋出一個(gè)物體，經(jīng)過ｔ秒后，物體的重力勢能是動(dòng)能的3倍，ｇ＝10 ｍ/s2，則ｔ的大小為 A.2秒 B.3秒 C.4秒 D.5秒 參考答案： 1.ABD 2.BD3.A 四、小結(jié) 本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了： 1.勢能由物體間的相互作用而產(chǎn)生，由它們的相對位置而決定． 2.勢能是標(biāo)量，單位是焦耳． 3.重力對物體所做的功與物體的運(yùn)動(dòng)路徑無關(guān)，只跟物體運(yùn)動(dòng)的始、末位置有關(guān)，重力所做的功等于物體始、末位置的重力勢能之差． 4.重力勢能是地球和地面上的物體共同具有的，一個(gè)物體的重力勢能的大小與參考平面的選取有關(guān)． 思考題 1.關(guān)于重力勢能的幾種理解，正確的是 A.重力勢能等于零的物體，一定不會(huì)對別的物體做功 B.相對于不同的參考平面，物體具有不同數(shù)值的重力勢能，但這并不影響研究有關(guān)重力勢能的問題． C.在同一高度將物體不論向任何方向拋出，只要拋出時(shí)的初速度大小相同，則落地時(shí)減少的重力勢能必相等 D.放在地面的物體，它的重力勢能一定等于零 2.一物體從A點(diǎn)沿粗糙面AB與光滑面AC分別滑到同一水平面上的B點(diǎn)與C點(diǎn)，則下列說法中正確的是 A.沿AB面重力做功多 B.沿兩個(gè)面重力做的功相同 C.沿AB面重力勢能減少多 D.沿兩個(gè)面減少的重力勢能相同 3.在水平面上豎直放置一輕質(zhì)彈簧，有一物體在它的正上方自由落下，在物體壓縮彈簧速度減為零時(shí) A.物體的重力勢能最大 B.物體的動(dòng)能最大 C.彈簧的彈性勢能最大 D.彈簧的彈性勢能最小 4.質(zhì)量為１kg的鐵球從某一高度自由落下，當(dāng)下落到全程中點(diǎn)位置時(shí)，具有36 J的動(dòng)能.空氣阻力不計(jì)，取地面為零勢能面，ｇ取10 ｍ/s2，則 A.鐵球在最高點(diǎn)時(shí)的重力勢能為36 J B.鐵球在全程中點(diǎn)位置時(shí)具有72 J機(jī)械能 C.鐵球落到地面時(shí)速度為12 ｍ/s D.鐵球開始下落時(shí)的高度為7.2ｍ 參考答案： 1.BC2.BD3.C4.BCD 六、板書設(shè)計(jì) 習(xí)題精選 （一） 1、以下說法中，正確的是： A．重力勢能大的物體，離地面高度大； B．重力勢能大的物體，所受重力一定大； C．重力勢能大的物體，質(zhì)量不一定大； D．重力勢能大的物體，速度不一定大。 2、質(zhì)量相同的實(shí)心木球和銅球，放在同一水平桌面上，則它們的重力勢能是： A．木球大； B．銅球大； C．一樣大； D．不能比較。 3、以下敘述中正確的是： A．重力對物體做功越多，物體的重力勢能越少； B．物體克服重力做功越多，物體的重力勢能越少； C．重力對物體不做功，物體的重力勢能一定為零； D．物體沒克服重力做功，物體的重力勢能不一定為零。 4、不同質(zhì)量的兩個(gè)物體由同一地點(diǎn)以相同的動(dòng)能豎直向上拋出，不計(jì)空氣阻力，則這兩個(gè)物體（ ） A．所能達(dá)到的最大高度和最大重力勢能都相同 B．所能達(dá)到的最大高度不同，但最大重力勢能相同 C．所能達(dá)到的最大高度和最大重力勢能均不同 D．所能達(dá)到的最大高度相同，但最大重力勢能不同 5、粗細(xì)均勻，長為5m，質(zhì)量為60kg的電線桿橫放在水平地面上，如果要把它豎直立起，至少要做 J的功（ ） 參考答案： 1、CD 2、C 3、AD 4、B 5、1500 （二） 1.關(guān)于重力勢能的理解，下列說法正確的是 A.重力勢能是一個(gè)定值 B.當(dāng)重力對物體做正功時(shí)，物體的重力勢能減少 C.放在地面上的物體，它的重力勢能一定等于0 D.重力勢能是物體和地球共有的，而不是物體單獨(dú)具有的 2.物體的重力勢能等于_____，定義式EＰ＝_____. 3.一根均勻的直棒平放在地面，將它豎直立起時(shí)O點(diǎn)不滑動(dòng)，若棒的質(zhì)量為ｍ，棒長為L，則棒被豎直立起時(shí)外力做功至少為_____，重力做功為_____，物體克服重力做的功為_____，棒的重力勢能增加了_____，外力作用點(diǎn)越靠近右端時(shí)用的力_____，但做的功_____． 4.如圖所示，重物A的質(zhì)量為ｍ，置于水平地面上，其上表面聯(lián)結(jié)一根豎直的輕質(zhì)彈簧，彈簧的長度為L，勁度系數(shù)為ｋ，現(xiàn)將彈簧的上端P緩慢地豎直上提一段距離L，使重物A離地面時(shí)，重物具有的重力勢能為_____. 5.如圖所示，質(zhì)量為ｍ的物體從ｈ高處的A點(diǎn)由靜止自斜面滑下，再滑到平面上的C點(diǎn)停下，在B點(diǎn)沒有能量損失，則在A→B→C的全過程中物體克服阻力所做的功為_____，如果使物體由C點(diǎn)沿原路返回到A點(diǎn)，則外力至少做功為_____. 6.一個(gè)物體從距地面的高度為H處自由下落，當(dāng)它的動(dòng)能與其重力勢能相等時(shí)，需要下落的時(shí)間為 A. B. C. D. 7.在豎直平面內(nèi)有一個(gè)半徑為R的 圓弧形軌道，一個(gè)質(zhì)量為ｍ的小物體從軌道最高點(diǎn)A由靜止滑下，到達(dá)最低點(diǎn)B時(shí)恰好又靜止，問： ?、傥矬w在下滑過程中受到哪些力的作用? ②對小物塊做功的力各是什么力?做了多少功 ，大小各為多少? ③小物塊由A到B，其重力勢能變化了多少，如何變化?轉(zhuǎn)化為什么形式的能?有多少，用什么去量度? 8.如圖是幾個(gè)斜面，它們高度相同，而傾角不同，讓質(zhì)量相同的物體沿斜面由靜止從頂端運(yùn)動(dòng)到底端，試根據(jù)功的公式計(jì)算沿不同斜面重力所做的功，并證明這個(gè)功與斜面的傾角無關(guān). 9.如圖所示，輕質(zhì)長繩水平地跨過距2L的兩個(gè)定滑輪A、B上，質(zhì)量為ｍ的物塊懸掛在繩上O點(diǎn)，O與A、B兩滑輪的距離相等，在輕繩兩端C、D分別施加豎直向下的恒力F＝mg，先托住物塊，使繩處于水平拉直狀態(tài)，從靜止釋放物塊，在物塊下落過程中，保持C、D兩端的拉力F不變，則 ?、佼?dāng)物塊下落距離ｈ為多大時(shí)，物塊的加速度為零． ?、诋?dāng)物塊下落上述距離的過程中，克服C端恒力F做的功W為多少? ?、矍笪矬w下落的最大速度ｖｍ和最大距離H． 參考答案： 1.BD 2.物體的重量和它的高度的乘積；mgh 3. 越小，不變． 4. 5.mgL；2mgL 6.B 7. ①重力、彈力和滑動(dòng)摩擦力 ②重力和滑動(dòng)摩擦力；重力做正功，大小為mgＲ；滑動(dòng)摩擦力做負(fù)功，大小為mgR ③mgR，減少，內(nèi)能，mgR，滑動(dòng)摩擦力做的功 8.證明略 9.① ② ③ （三） 1.關(guān)于勢能的幾種說法中，正確的是： A．勢能是物體系中各相互作用的物體的相對位置所決定的能量，勢能是系統(tǒng)共有的； B．重力勢能的大小是相對的，但變化量大小是絕對的； C．重力做的功等于重力勢能的增量； D．在彈性限度內(nèi)，彈簧的形變量越大，彈性勢能也越大。 2.關(guān)于勢能的變化，下列說法中正確的是： A．摩擦力做功，勢能一定減小； B．彈力做正功，彈性勢能一定增加； C．重力做正功，重力勢能一定減小； D．勢能變化與外力無關(guān)。 3.井深8m，井上支架高2m，在支架上用一根長1m的繩子系住一個(gè)重100N的物體，則該物體的重力勢能是： A．100J； B．900J； C．-100J； D．不作規(guī)定，無法確定。 4.橫臥在水平地面上質(zhì)量為100kg，長為2m的均勻圓鐵棒，一端著地，另一端從地面上豎立起來，其重力勢能增量和重力功是： A．1960J，-1960J； B．-1960J，1960J； C．980J，-980J； D．-980J，980J。 5.某人將重物由靜止舉高h(yuǎn)，獲得的速度為v，則下列說法中正確的是： A．物體所受合外力對它做的功等于物體的動(dòng)能增量； B．人對物體做的功等于物體機(jī)械能的增量； C．重力和人對物體的功等于物體機(jī)械能的增量； D．物體克服重力做的功等于物體勢能的增量。 6.在光滑的水平面上，物體A以較大速度Va向前運(yùn)動(dòng)，與以較小速度Vb向同一方向運(yùn)動(dòng)的，連有輕質(zhì)彈簧的物體B發(fā)生相互作用，如圖所示。在相互作用的過程中，當(dāng)系統(tǒng)的彈性勢能最大時(shí)： A．Va>Vb； B．Va=Vb； C．Va下載提示(請認(rèn)真閱讀)
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