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))