《重力势能》教学设计

王蕾

摘 要：高中物理新课程教学主要是以学生为主体，让学生亲身体验，亲自动手算一算，从而更好地体会物理情景，理解物理概念，总结物理规律，最终达到能够灵活应用的目的。为更好地实施新课标要求，以高中物理必修二中的重力势能一节设计了教学案例。

关键词：重力势能；教学目标；难点

[教学目标]

1.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。

（2）知道重力势能的值是相对的，理解重力势能正负号的含义。

（3）理解重力做功与重力势能的关系，知道重力做功与路径无关。

2.过程与方法

（1）在探究过程中渗透科学的研究方法：控制变量法、实验过程观察法及实验结果分析法。

（2）体会用“实验法”和“理论推导”相互验证问题的方法。

（3）根据功和能的关系，推导出重力势能的表达式。

3.情感、态度与价值观

从生活中有关物理现象的观察，得到物理结论的方法，激发和培养学生探索自然规律的兴趣。

[重、难点]

重点：重力势能的概念及重力做功跟重力势能改变的关系。

难点：重力势能的相对性、重力势能变化的绝对性。

[教学过程]

一、导入新课

人们外出时可能会遭遇突如其来的意外，请看这则报道，塑钢窗13楼高处坠落视频，说明物体具有很大的能量。

师：若从1楼落下会有这么大的能量吗？

生：不会，说明与高度有关。

物体由于被举高而具有的能量叫重力势能。

师：初中已学过，高中将更加深入地学习如何计算。

二、重力势能

师：重力势能的大小与什么因素有关？

学生思考讨论并猜想：重力、高度。

刚才塑钢窗的下落，我们也可以模拟实验检验：利用身边的不同物体从同一高度落到手上的感觉，相同物体从不同高度落到手上的感觉。（控制变量法）

师：什么情况下更有感觉？

生：质量越大，下落高度越高时，这说明重力势能越大。

过渡引言：物体下落时，高度减小，重力势能减小，重力做了功，看来二者有联系。要弄清重力势能的具体关系可从重力做功的角度来找。

（一）探究一：重力做功的特点

学生活动：分组算小球竖直下落，沿斜面下落，沿曲面下落三种情况下重力做的功。（曲面中的微元法）

师：三种对比，什么不同，什么相同，这说明了什么？

生总结：重力做功与运动路径无关，只与物体初末位置的高度差有关。

情景演示：1 kg小球从2 m高度落下再弹起再落地再在地上滚动最后停下。

师：这段过程，重力做多少功？上升呢？

生：20J；-20J

过渡引言：重力做功，位置高度发生变化，重力势能变化。mgh与做功有关且吻合重力势能的特点，即为重力势能的表达式。

师生总结：Ep=mgh和式中各物理量的含义。

师：特别是h的大小。

可举例分析h與参考面的选择有关。

（二）探究二：重力势能的特性

质量m=2 kg灯距离桌面的高度h1=1.5 m，桌面距离地面的高度h2=1 m，灯距离天花板的高度h3=0.5 m，求灯的重力势能的大小？

生：算出有三个值。

师：对吗？为什么会出现这种情况？

生：选取的参考面不同，产生的结果不同。

师：选择小球上方平面作为参考面的话，结果是负值。正负表什么？

生：正负表大小，表比参考面的重力势能大还是小。

师：可类比温度。

师生总结：重力势能是相对的，与参考面的选择有关，参考面选择是任意的，最好选择能使问题简化的。

重力势能是标量，正负表大小。

过渡引言：我们分析了重力做功和重力势能，那它们的具体关系应该是怎样的？

（三）探究三：重力做功和重力势能变化的关系

以视频中塑钢窗从13楼下落为真实情景分析。只能估算，可转化为物理模型和物理情景过程。

师：解决实际问题，我们可以先将其抽象为物理模型，建立物理情景。

学生活动：填写表格。

如图，质量为10 kg的塑钢窗从13楼落下，每层楼高3 m，请按要求填写下表.（g=10 m/s2）

师引导总结：选取不同的参考平面，物体的重力势能的数值不同。（高度）

对一个确定的过程，WG和△EP与参考面的选择无关（高度差）；

对一个确定的过程，WG是△EP的量度，互为相反数。

师：对照表下落时重力做正功，重力势能减小。重力势能的变化等于末态时的减初态的。若值是负值，则说明是在减小。重力做了多少功，重力势能变化数量相同。则有重力做功与重力势能的变化互为相反数。

师：可在黑板上理论推导。

三、小结

1.重力势能Ep=mgh （相对性：选零势能面）

2.重力做功的特点：（1）与路径无关；（2）WG=Ep1-Ep2

3.重力做功是重力势能变化的量度：WG=-ΔEp

物体上升，重力做负功，重力势能增加。重力做了多少负功，重力势能就增加多少。

物体下降，重力做正功，重力势能减小。重力做了多少正功，重力势能就减小多少。

[课堂反馈]

1.一质量为5 kg的小球从4 m高处下落，碰撞地面后弹起，弹起的高度比下落高度低1 m，求：小球下落过程重力做功多少？重力势能怎样变化？上升过程重力做功多少？重力势能怎样变化？

2.把大小相同的实心塑胶球和实心小钢球放在水平地面上，设它们的半径为r，塑胶球的质量为m1，小钢球的质量为m2。试比较两球的重力势能的大小。

3.一条铁链长为2 m，质量为10 kg，放在水平地面上，拿住一端提起铁链直到其全部离开地面瞬间，物体克服重力做功为多少？物体的重力势能变化了多少？

思考：高空抛物为何危害大？

（作者单位 重庆市南坪中学）