1、重力势能重力势能 课题 重力势能 单元 8 学科 物理 年级 高一 教材 分析 本节课所采用的教材是人教版高中物理必修第二册第八章第 2 节的内容。 本 节内容是首先引入重力势能概念时着重体现 “从生活走向物理， 从物理走向社会” 的基本概念，通过一些生活实例，让学生体验到高处物体具有潜在的能力重 力势能。通过例题总结出重力做功的特点和重力的功，接着，以例题计算引出高 度具有相对性。重力势能与高度有关，在研究重力势能时应选取参考平面或零势 能面。在零势能上，物体的重力势能为零，解释重力势能“+”“”号的含义。 其次，在掌握了势能零点的基础上，通过一道分组计算，发现，选取不同的 势能平面，计算得
2、出的重力做功的大小是一样的，从而得出结论：选择不同的参 考平面，物体在两个不同位置之间势能的差值是确定的，并不随参考平面的改变 而改变，即重力做功具有绝对性，最后讲解的是弹性势能的概念以及弹性势能跟 形变的大小有关系。 教教 学学 目目 标标 一、教学目标 1理解重力势能的概念，会用重力势能的定义进行计算； 2理解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知道重力势能的相对性。 4理解弹性势能的概念及其物理意义。 5知道弹性势能具有相对性。 二、核心素养 物理观念：利用微元法和图象法计算变力做功的问题，理解重力势能与零势 能面的选择有关，是一个相对物理量，大小取决于到零势能面
3、的高度。 科学思维： 通过重力做功和重力势能的变化关系， 推导出重力势能的表达式， 体验推导过程中获得新知的乐趣。 科学探究：根据功和能的关系，推导出重力势能的表达式。 科学态度与责任：通过探究过程体会物理学的逻辑之美和方法之美，体会数 理的巧妙结合，激发学生求知欲和学习兴趣，享受成功的乐趣。 教教 学学 重力势能的概念及重力做功跟物体重力势能改变的关系。 重重 点点 教教 学学 难难 点点 重力做功与路径无关， 重力势能的概念， 重力势能的变化和重力做功的关系。 教学过程教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 导入新课 思考：打桩机的重锤从高处落下时，可 以把水泥桩打进地里，为什么
4、？ 出示动画：重力势能 打桩机的重锤从高处落下时，重锤具有 重力势能。 初中我们已经定性地学习了重力势能， 物体的质量越大、所处的位置越高，重力势 能就越大。这一节我们来进一步定量地研究 重力势能。 学生思考讨 论后回答 联系实际， 激发 学生的兴趣， 引 发学生思考。 带 着问题引入新 课 讲授新课 一、重力做的功 功与能是两个密切联系的物理量。物体 的高度发生变化，重力势能发生变化，重力 要做功。 出示动画：球下降 物体下降时重力做正功，势能减小； 出示动画：球上升 物体被举高时重力做负功，势能增大。 例 1（1）设一个质量为 m 的物体，从与 观看动画 学生理解重力 做功和势能关 系 地
5、面高度为 h1的位置 A，竖直向下运动到高 度为 h2的位置 B， 求这个过程中重力做的功。 WGmghmgh1mgh2 （2）如图所示，质量为 m 的物体从上 向下运动，沿着一个斜面向下运动到 B，再 水平运动到 B，高度由 h1降为 h2求这个过 程中重力做的功。 物体沿斜面运动的距离是 l， 在这一过程 中重力做的功是： WG（mgcos）l mgh mgh1mgh2 从 B沿水平方向运动到 B 的过程中，重 力不做功。 即这个过程中重力做的功：WGmgh1 mgh2 上面情况中， 尽管物体运动的路径不同， 但高度的变化是一样的，而且重力做的功也 是一样的。 1、重力做功的特点 在教师的
6、引 导下学生分 析竖直向下 运动，求这 个过程中重 力做的功 在教师的引 导下学生分 析物体沿斜 面运动求这 个过程中重 力做的功 学生总结重 力做功的特 锻炼学生的逻 辑思维能力， 掌 握重力做功和 高度的关系 让学生认识到 高度的变化是 一样的， 重力做 的功也是一样 的 锻炼学生的总 结能力掌握重 物体运动时，重力对它做的功只跟它的 起点和终点的位置有关，而跟物体运动的路 径无关。 2、重力的功 功等于物体所受的重力跟起点高度的乘 积mgh1与跟终点高度的乘积mgh2两者之差。 WG=mgh1mgh2 h1，h2分别代表始、末两个位置的高度。 二、重力势能 1定义：物体由于被举高而具有的
7、能叫重力 势能。 2决定重力势能大小的相关因素： 物体的重力势能的大小跟物体的质量和 所在的高度有关 3大小：E=mgh； 单位：焦耳（J），是标量，其单位与功 的单位相同，在国际单位制中都是焦耳，符 号为 J。 1J1kg m s-2 m1N m 3、重力做功与重力势能变化的关系 重力做功与重力势能：WGEp1Ep2 其中 Ep1表示物体在初位置的重力势能， Ep2表示物体在末位置的重力势能。 （1）重力做正功，重力势能减少，重力 做了多少正功，重力势能就减少多少。 WGEp1Ep2WG0，Ep1Ep2 （2）重力做负功，重力势能增加，物体 克服重力做了多少功， 重力势能就增加多少。 WGE
8、p1Ep2WG0，Ep1Ep2 （3） 重力做的功等于重力势能的减少量 WGEp1Ep2=-Ep 点 学生思考讨 论交流进行 分析得出表 达式 理解并记忆 重力做功与 重力势能变 化的关系 力对它做的功 只跟它的起点 和终点的位置 有关， 而跟物体 运动的路径无 关 锻炼学生的合 作交流能力， 让 学生掌握决定 重力势能大小 的相关因素 锻炼学生的理 解记忆能力掌 握重力做功与 重力势能变化 的关系 物体向上运动时重力势能增加 总结：物体上升，重力做负功，重力势 能 Ep增加，物体克服重力做的功等于重力势 能的增加。 物体下降，重力做正功，重力势能 Ep减 少， 物体重力做的功等于重力势能的增
9、减少。 思考讨论 若重力做的功与路径有关，即对应于同 样的起点和终点， 重力对同一物体所做的功， 随物体运动路径的不同而不同，我们还能把 mgh 叫作物体的重力势能吗？为什么？ 参考答案：如果重力做的功与路径有关 时，我们不能把 mgh 叫作物体的重力势能。 因为重力做功对应着重力势能的改变。 当重力功与路径有关时则 h 不能与重力的位 移相对应，不能称为重力势能。 拓展学习物体沿曲面滑下时重力做的功 我们把整个路径分成许多段很短的间 隔， 经过的路程分别为 AA1， A1A2， A2A3， ， 学生思考讨 论 学生阅读理 解 理解如果重力 做的功与路径 有关时， 我们不 能把 mgh 叫作
10、物体的重力势 能的原因。 锻炼学生的自 主学习能力 由于每一段都很小，因而都可以近似地看作 一段倾斜的直线。设每段小斜线的高度差分 别是 h1，h2，h3，则物体通过每段小 斜线时重力做的功分别为 mgh1，mgh2， mgh3， 物体通过整个路径时重力做的功，等于 重力在每小段上做的功的代数和。 WGW1+W2+W3+ =mgh1+mgh2+mgh3+ =mg(h1+h2+h3+) mgh mgh1mgh2 三、重力势能的相对性 由于高度具有相对性，所以重力势能也 具有相对性。 1、参考平面 物体的重力势能总是相对于某一水平面 来说的，这个水平面叫作参考平面，物体的 重力势能取为 0. 注意
11、：零势能面可任意选择的，选择哪 个平面为参考平面，可视研究问题的方便而 定，通常选择地面或较低的位置作为参考平 面。 2、重力势能的正负 （1）在参考平面上方的物体，重力势能 是正值； （2）在参考平面下方的物体，重力势能 是负值。 学生理解记 忆 掌握参考平面 的选取和重力 势能的正负的 意义 以二楼的地面作为参考平面，二楼房间 里 A 处的物体具有正的重力势能，一楼房间 里 B 处的物体具有负的重力势能。 例题：质量为 3kg 的物体放在高 4m 的 平台上，g 取 10m/s2，求： （1）以平台为参考平面，物体的重力势 能是多少？ （2）以地面为参考平面，物体的重力势 能是多少？ （3
12、）物体从平台落到地面上，重力势能 变化了多少？重力做功是多少？ 【分析】（1）（2）重力势能的计算公 式为 EP=mgh， h 是物体相对于参考平面的高 度，根据这个公式直接计算。 （3）重力做功只与物体的初末位置有 关，与路径无关，且重力做功和重力势能变 化数值相等。 【解答】（1）小球放在平台上，相对于 平台表面的重力势能是 0. （2）小球相对于地面的高度为：h=4m， 相对于地面的重力势能是： EP=mgh=3 10 4J=120J 思考、动手 计算 培养学生学与 致用的能力 （3）小球从平台落到地面，则在整个过 程中，高度下降 h=4m，重力势能减少量为： EP=mgh=3 10 4
13、J=120J 则重力势能减少是：EP=120J 答： （1）小球相对于平台表面的重力势 能是 0； （2）小球相对于地面的重力势能是 120J； （3）物体从平台落到地面上，重力势能 减少 120J，重力做功是 120J。 说明： 1、重力势能是相对的，大小与零势能位 置的选择有关， 而重力势能的变化是绝对的， 它与零势能位置无关，其变化值是与重力对 物体做功多少有关。 2、 重力势能是由地球和地面上物体的相 对位置决定的，是物体和地球所组成的系统 所具有的 四、弹性势能 1、 物体由于发生弹性形变每个物体的各 部分之间都有力的相互作用，这样的力叫做 弹力。 出示图片：撑竿跳高运动员手中弯曲的
14、 竿；拉长或压缩的弹簧；正在击球的网球拍 2、弹性势能 发生弹性形变的物体各部分之间由于弹 力的相互作用而具有的势能， 叫做弹性势能。 3、弹性势能跟形变的大小有关系 （1）在弹性限度内，弹簧的弹性势能跟 弹簧被拉伸或压缩的长度有关。被拉伸或压 缩的长度越长，恢复原状过程中对外做的功 学生观察图 片 学生阅读课 文 了解弹性势 能跟形变的 大小有关系 理解弹性势能 的的定义 锻炼学生的自 主学习能力 就越多，弹簧的弹性势能就越大。 （2） 弹簧的弹性势能还跟弹簧的劲度系 数有关。不同的弹簧发生同样大小的形变， 劲度系数越大，弹簧恢复原状过程中对外做 的功就越多，因而弹簧的弹性势能就越大。 4、
15、 弹簧弹力做功与弹性势能变化的关系 （1）弹簧弹力做正功：弹性势能减少。 （2）弹簧弹力做负功：弹性势能增加。 势能：势能也叫位能，与相互作用的物 体的相对位置有关。 重力势能是由地球和地面上物体的相对 位置决定的， 弹性势能是由发生弹性形变的物体各部 分的相对位置决定的。 知识拓展 1、弹性势能的表达式： 2 P KL 2 1 =E （1）一般规定弹簧在原长时，弹簧的弹 性势能为零。 （2）L 为弹簧的伸长量或压缩量。 （3）L，Ep具有相对性。 2、 弹簧弹力做功与弹性势能变化的表达 式： 2 2 2 1PP KL 2 1 -KL 2 1 =E-=E 课堂练习 1、关于重力势能，下列说法中
16、正确的是 （ ） A某一物体的位置一旦确定，它的重 力势能的大小也随之确定 B 重力势能的减少量等于重力对物体做 的功 学生倾听理 解 弹性势能的 表达式和弹 簧弹力做功 与弹性势能 变化的表达 式 让学生起来 回答问题， 并说明原因 拓展学生的知 识面 练习巩固所学 知识 C一个物体的重力势能从-5J 变化到 -3J，重力势能减少了 D物体与零势能面的距离越大，它的 重力势能也越大 答案：B 2、（2019 春沙雅县校级期末）物体在 运动过程中， 重力做功 50J， 则下列说法正确 的是（ ） A物体的高度一定是降低了 B物体的高度一定是升高了 C物体的重力势能一定是 50J D物体的重力势
17、能一定增加 50J 答案：A 3、 关于重力势能， 下列说法正确的是 （） A重力势能的大小只由重物本身决定 B一物体的重力势能从-6J 变为-2J，重 力势能变小了 C 在地面上的物体， 它具有的重力势能 一定等于零 D距地面有一定高度的物体，其重力 势能可能为零 答案：D 4、（2019 春秦州区校级期末）下列关 于重力势能的说法中正确的是（ ） A重力势能是地球和物体共同具有的， 而不是物体单独具有的 B 重力势能的大小与零势能面的选择无 关 C 重力势能等于零的物体， 不可能对别 的物体做功 D在地面上方的物体，它的重力势能 不可能小于零 答案：A 拓展提高 1、 （2019 秋徐州期
18、中）质量为 m 的小 物块，从离桌面高 H 处由静止下落，桌面离 地面高为 h，如图所示。如果以桌面为参考 平面那么小物块落地时的重力势能及整个过 程中重力势能的变化分别是（ ） Amgh，减少 mg（H-h） Bmgh，增加 mg（H+h） C-mgh，增加 mg（H-h） D-mgh，减少 mg（H+h） 答案：D 2、（2019 春湖南期末）关于功与能， 下列说法正确的是（ ） A在某一过程中，物体的重力势能的 变化量与零势能参考平面的选取有关； B若弹簧被拉伸后的弹性势能为正值， 则弹簧被压缩后的弹性势能为负值； C物体从定点 A 运动到定点 B，重力 对物体所做的功， 与物体所受的其
19、它力有关； D 作用力 F 与反作用力 F可能都做正 功。 答案：D 3、 一个质量为 2kg 的小球， 从倾角 a=30 的光滑斜面上静止释放，运动到底端，斜面 长 L=10m（g 取 10m/s2），求： （1）全程小球重力势能的变化量Ep （2） 小球到达底端瞬间重力做功的功率 P 参考答案：全程小球重力势能的变化量 Ep为 100J； 小球到达底端瞬间重力做功的功率 P 为 100W。 课堂小结 1、物体运动时，重力对它做的功只跟它 的起点和终点的位置有关，而跟物体运动的 路径无关。 WG=mgh1mgh2 2、重力做功与重力势能变化的关系 WGEp1Ep2 3、重力势能的正负 在参考
20、平面上方的物体，重力势能是正 值； 在参考平面下方的物体，重力势能是负 值。 4、弹性势能 在弹性限度内，劲度系数越大，被拉伸 或压缩的长度越长， 弹簧的弹性势能就越大。 梳理自己本 节所学知识 进行交流 根据学生表述， 查漏补缺， 并有 针对性地进行 讲解补充。 板书 一、重力做的功 1、重力做功的特点 物体运动时，重力对它做的功只跟它的 起点和终点的位置有关，而跟物体运动的路 径无关。 2、重力的功 WG=mgh1mgh2 二、重力势能 1、大小：E=mgh； 2、重力做功与重力势能变化的关系 WGEp1Ep2 三、重力势能的相对性 1、参考平面 2、重力势能的正负 在参考平面上方的物体，重力势能是正 值； 在参考平面下方的物体，重力势能是负 值。 四、弹性势能 在弹性限度内，劲度系数越大，被拉伸 或压缩的长度越长， 弹簧的弹性势能就越大。
