《重力勢(shì)能》教學(xué)設(shè)計(jì)

王蕾

摘 要：高中物理新課程教學(xué)主要是以學(xué)生為主體，讓學(xué)生親身體驗(yàn)，親自動(dòng)手算一算，從而更好地體會(huì)物理情景，理解物理概念，總結(jié)物理規(guī)律，最終達(dá)到能夠靈活應(yīng)用的目的。為更好地實(shí)施新課標(biāo)要求，以高中物理必修二中的重力勢(shì)能一節(jié)設(shè)計(jì)了教學(xué)案例。

關(guān)鍵詞：重力勢(shì)能；教學(xué)目標(biāo)；難點(diǎn)

[教學(xué)目標(biāo)]

1.知識(shí)與技能

（1）理解重力勢(shì)能的概念，會(huì)用重力勢(shì)能的定義進(jìn)行計(jì)算。

（2）知道重力勢(shì)能的值是相對(duì)的，理解重力勢(shì)能正負(fù)號(hào)的含義。

（3）理解重力做功與重力勢(shì)能的關(guān)系，知道重力做功與路徑無(wú)關(guān)。

2.過(guò)程與方法

（1）在探究過(guò)程中滲透科學(xué)的研究方法：控制變量法、實(shí)驗(yàn)過(guò)程觀察法及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析法。

（2）體會(huì)用“實(shí)驗(yàn)法”和“理論推導(dǎo)”相互驗(yàn)證問(wèn)題的方法。

（3）根據(jù)功和能的關(guān)系，推導(dǎo)出重力勢(shì)能的表達(dá)式。

3.情感、態(tài)度與價(jià)值觀

從生活中有關(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。

[重、難點(diǎn)]

重點(diǎn)：重力勢(shì)能的概念及重力做功跟重力勢(shì)能改變的關(guān)系。

難點(diǎn)：重力勢(shì)能的相對(duì)性、重力勢(shì)能變化的絕對(duì)性。

[教學(xué)過(guò)程]

一、導(dǎo)入新課

人們外出時(shí)可能會(huì)遭遇突如其來(lái)的意外，請(qǐng)看這則報(bào)道，塑鋼窗13樓高處墜落視頻，說(shuō)明物體具有很大的能量。

師：若從1樓落下會(huì)有這么大的能量嗎？

生：不會(huì)，說(shuō)明與高度有關(guān)。

物體由于被舉高而具有的能量叫重力勢(shì)能。

師：初中已學(xué)過(guò)，高中將更加深入地學(xué)習(xí)如何計(jì)算。

二、重力勢(shì)能

師：重力勢(shì)能的大小與什么因素有關(guān)？

學(xué)生思考討論并猜想：重力、高度。

剛才塑鋼窗的下落，我們也可以模擬實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)：利用身邊的不同物體從同一高度落到手上的感覺，相同物體從不同高度落到手上的感覺。（控制變量法）

師：什么情況下更有感覺？

生：質(zhì)量越大，下落高度越高時(shí)，這說(shuō)明重力勢(shì)能越大。

過(guò)渡引言：物體下落時(shí)，高度減小，重力勢(shì)能減小，重力做了功，看來(lái)二者有聯(lián)系。要弄清重力勢(shì)能的具體關(guān)系可從重力做功的角度來(lái)找。

（一）探究一：重力做功的特點(diǎn)

學(xué)生活動(dòng)：分組算小球豎直下落，沿斜面下落，沿曲面下落三種情況下重力做的功。（曲面中的微元法）

師：三種對(duì)比，什么不同，什么相同，這說(shuō)明了什么？

生總結(jié)：重力做功與運(yùn)動(dòng)路徑無(wú)關(guān)，只與物體初末位置的高度差有關(guān)。

情景演示：1 kg小球從2 m高度落下再?gòu)椘鹪俾涞卦僭诘厣蠞L動(dòng)最后停下。

師：這段過(guò)程，重力做多少功？上升呢？

生：20J；-20J

過(guò)渡引言：重力做功，位置高度發(fā)生變化，重力勢(shì)能變化。mgh與做功有關(guān)且吻合重力勢(shì)能的特點(diǎn)，即為重力勢(shì)能的表達(dá)式。

師生總結(jié)：Ep=mgh和式中各物理量的含義。

師：特別是h的大小。

可舉例分析h與參考面的選擇有關(guān)。

（二）探究二：重力勢(shì)能的特性

質(zhì)量m=2 kg燈距離桌面的高度h1=1.5 m，桌面距離地面的高度h2=1 m，燈距離天花板的高度h3=0.5 m，求燈的重力勢(shì)能的大?。?/p>

生：算出有三個(gè)值。

師：對(duì)嗎？為什么會(huì)出現(xiàn)這種情況？

生：選取的參考面不同，產(chǎn)生的結(jié)果不同。

師：選擇小球上方平面作為參考面的話，結(jié)果是負(fù)值。正負(fù)表什么？

生：正負(fù)表大小，表比參考面的重力勢(shì)能大還是小。

師：可類比溫度。

師生總結(jié)：重力勢(shì)能是相對(duì)的，與參考面的選擇有關(guān)，參考面選擇是任意的，最好選擇能使問(wèn)題簡(jiǎn)化的。

重力勢(shì)能是標(biāo)量，正負(fù)表大小。

過(guò)渡引言：我們分析了重力做功和重力勢(shì)能，那它們的具體關(guān)系應(yīng)該是怎樣的？

（三）探究三：重力做功和重力勢(shì)能變化的關(guān)系

以視頻中塑鋼窗從13樓下落為真實(shí)情景分析。只能估算，可轉(zhuǎn)化為物理模型和物理情景過(guò)程。

師：解決實(shí)際問(wèn)題，我們可以先將其抽象為物理模型，建立物理情景。

學(xué)生活動(dòng)：填寫表格。

如圖，質(zhì)量為10 kg的塑鋼窗從13樓落下，每層樓高3 m，請(qǐng)按要求填寫下表.（g=10 m/s2）

師引導(dǎo)總結(jié)：選取不同的參考平面，物體的重力勢(shì)能的數(shù)值不同。（高度）

對(duì)一個(gè)確定的過(guò)程，WG和△EP與參考面的選擇無(wú)關(guān)（高度差）；

對(duì)一個(gè)確定的過(guò)程，WG是△EP的量度，互為相反數(shù)。

師：對(duì)照表下落時(shí)重力做正功，重力勢(shì)能減小。重力勢(shì)能的變化等于末態(tài)時(shí)的減初態(tài)的。若值是負(fù)值，則說(shuō)明是在減小。重力做了多少功，重力勢(shì)能變化數(shù)量相同。則有重力做功與重力勢(shì)能的變化互為相反數(shù)。

師：可在黑板上理論推導(dǎo)。

三、小結(jié)

1.重力勢(shì)能Ep=mgh （相對(duì)性：選零勢(shì)能面）

2.重力做功的特點(diǎn)：（1）與路徑無(wú)關(guān)；（2）WG=Ep1-Ep2

3.重力做功是重力勢(shì)能變化的量度：WG=-ΔEp

物體上升，重力做負(fù)功，重力勢(shì)能增加。重力做了多少負(fù)功，重力勢(shì)能就增加多少。

物體下降，重力做正功，重力勢(shì)能減小。重力做了多少正功，重力勢(shì)能就減小多少。

[課堂反饋]

1.一質(zhì)量為5 kg的小球從4 m高處下落，碰撞地面后彈起，彈起的高度比下落高度低1 m，求：小球下落過(guò)程重力做功多少？重力勢(shì)能怎樣變化？上升過(guò)程重力做功多少？重力勢(shì)能怎樣變化？

2.把大小相同的實(shí)心塑膠球和實(shí)心小鋼球放在水平地面上，設(shè)它們的半徑為r，塑膠球的質(zhì)量為m1，小鋼球的質(zhì)量為m2。試比較兩球的重力勢(shì)能的大小。

3.一條鐵鏈長(zhǎng)為2 m，質(zhì)量為10 kg，放在水平地面上，拿住一端提起鐵鏈直到其全部離開地面瞬間，物體克服重力做功為多少？物體的重力勢(shì)能變化了多少？

思考：高空拋物為何危害大？

（作者單位 重慶市南坪中學(xué)）