《势能的改变》教案(鲁科版必修2).doc

2.2势能的改变教学内容:普通高中课程标准物理教科书物理（2）（鲁科版）第二章第二节势能的改变内容与地位：普通高中物理课程标准共同必修模块“物理2”中的二级主题“机械能和能源”的内容标准中涉及本节内容的条目是:“理解重力势能，知道重力势能的变化与重力做功的关系。”该条目要求学生理解什么是重力势能，并能从功是能量转化的量度出发理解重力势能的变化与重力做功之间的关系。 对于重力势能，学生在初中已有了定性了解。在本节教学中，教师应在学生原有知识的基础上，根据学生的认知特点，定量探究重力势能与物体所受的重力、物体所处的高度的关系。在学生学习的过程中要注意保持学生的学习热情和探究未知世界的乐趣，提高学生分析问题和解决问题的能力，养成敢于质疑、大胆提出自己见解的好习惯。在高中物理学习中，学生可能遇到的势能有：重力势能、电势能及分子势能。重力势能概念的学习对以后相关概念的学习至关重要。设计思路：本节首先通过视频复习重力势能的概念，让学生感到物理就在自己熟悉的自然现象中，其次由学生探究重力势能的影响因素，经历探究过程，发展探究能力，同时加深在实验中控制变量法的应用；接着设置问题情境，引导学生探究重力做功与重力势能变化的关系，加深对重力势能的理解，同时学习科学的思维方法，最后通过类比的思想和做课本的迷你实验理解弹性势能，让学生既体会到成功的喜悦，又感到用生活中简单的物品就可研究物理问题，激发了研究物理问题的兴趣。本节设计注重创设情境，关注学生学习过程的体验，激发学生的学习热情，体验成功的乐趣，在理解新知识的同时感悟科学的研究方法。学生分析：1、学生在初中时学生已接触过重力势能的概念，在高中阶段要定量的解决重力势能。2、学生已学习了功的概念和计算方法。通过重力做功的计算来判断重力势能的变化，通过弹性做功来判断弹性势能的变化。3、高中的学生具有一定自主探究能力，因而，在教学中以学生自主探究学习为主，引导他们自觉主动地去讨论探究教学目标：一、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；知道重力势能的相对性；2.知道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. 了解弹性势能.二、过程与方法1、经历自主探究过程和根据一定的关系推导出物理量表达式的过程，培养学生逻辑思维能力。2、渗透从对生活中有关物理现象的观察，得到物理结论的方法和类比思想3、学会从功和能的关系上分析和解释物理现象.三、情感态度与价值观感受探究过程与现实生活经验的联系,激发和培养学生探索自然规律的兴趣.重点难点重点：重力势能的的概念难点：重力做功跟重力势能变化的关系。教学过程导入新课同学们，我们现在开始上课，请同学们看一段视频，雪山上的蓬松的白雪，总是给我们以恬静，美丽的感觉，那当雪崩爆发时呢？大雪以排山倒海之势，摧毁一切，给人类和自然带来巨大的灾难.教师：为什么看起来非常漂亮的雪花会有如此大的破坏力呢？学生：由于具有巨大的能量.学生：接着观看录像，思考问题.请大家再看一个视频，建筑工地上的工人将重锤高高举起，然后用重锤把水泥桩打进地里，为什么重锤能够将水泥桩打进地里呢？哦，重锤将水泥桩打进了地里，说明重锤对水泥桩做了功.根据功和能的关系，既然重锤可以对水泥桩做功，表明高高举起的重锤具有很大的能量.通过这些例子，我们发现物体处在一定的高度时，就具有了一定的能量。而只有当它从所处的高处落下时，这些能量就会以做功的方式释放出来。板书：一、重力势能在初中，我们已经学过：物体由于被举高而具有的能量叫做重力势能.、定义：物体处于一定的高度而具有的能。那么重力势能的大小与什么有关，又如何定量表示呢？除了重力势能以外还有其他形式的势能吗？今天这节课我们将深入地学习势能的改变。一、重力势能(一)探究EP=mgh程序一：提出问题：重力势能的大小与什么因素有关？程序二：建立假设师：同学们可以根据已有的知识和经验，大胆提出自己的假设，并且说明你的理由。生：高度有关。由定义：地球上的物体由于处于一定的高度而具有的能量，我们把这种能量叫做重力势能。例如，放在地面上的石头没有杀伤力，一旦从较高处落下，就会很危险；打桩机重锤越高，桩陷得越深。生：与物体的质量（重力）有关。如果悬挂在头顶之上的是一团棉花，不是杠铃，就不会觉得可怕。如果你的头顶电线下悬挂的不是日光灯，而是200千克的杠铃，你有何感受？生：可能与质量和高度都有关系。我们在初中已经学习过了重力势能的大小与质量和高度有关系，我们用一个小实验来定性地回顾一下他们之间究竟有什么关系。2演示实验：在一个透明的玻璃容器内装上沙子。这里有两个大小相同的小球，一个钢球、一个木球。实验一：探究重力势能与质量的定性关系，我们先控制高度不变。在沙盆上方同一高度释放两个小球，观察铁球落在沙子中的深度。钢球的质量大，在沙中陷得比较深。实验二：探究重力势能与高度的定性关系，我们要控制质量不变，让一个铁球分别从不同的高度释放，观察铁球落在沙子中的深度。钢球释放的位置越高，在沙中陷得越深。引导学生观察实验和分析实验现象说明重力势能的大小与质量和高度之间的定性关系得到：同一高度的物体：质量越大，重力势能越大；质量相同的物体：高度越高，重力势能越大。教师总结：通过上述演示，我们可以定性得到：重力势能跟物体的质量和高度都有关系，且物体的质量越大，高度越大，重力势能就越大。物体的质量m越大，所处的高度h越大，重力势能就越大。在物理学中，把物体的重力势能表示为：EP=mgh板书：2、公式EP=mgh（二）理解EP=mgh重力势能是标量，它的单位与功的单位相同，在估计单位制中都是J3、标量 4、单位：焦耳（J）式中的m是物体的质量，g是重力加速度，h是什么呢？是物体所处的高度？对同一个物体，m一定，重力势能的大小由物体所处的高度决定。那现在有一个桌面位于地面之上，桌面高为H我将一个物体放在桌面上，这个物体相对于桌面的高度是多少？生：高度为0.那么物体的重力势能为多少呢？生：0师：很好，那物体相对于地面的高度为多少呢？很好，H。那物体的重力势能是多少呢？EP=mgH。也就是我们两次求出来的同一个物体的重力势能大小不一样，这是为什么呢？因为我们选取的参考平面不一样。由此我们可以知道重力势能总是相对于某个水平面来说的，这个水平面叫参考平面.参考平面选取不同，重力势能的数值就不同.可见，重力势能具有相对性.所以计算一个物体的重力势能时，我们必须先选定某一个水平面，并把这个水平面的高度定为零，即取物体在该面上的重力势能也为，我们把这样的平面叫做零势能参考平面。5相对性：Ep与参考平面（零势能面）的选择有关例如：如果我们选定桌面为零势能参考平面，当质量为的物体位于该参考平面以上高度为h的A处时，它的重力势能是多少呢？EPA=mgh1；当物体放在桌面上时，它的重力势能即为；而当物体放在桌面以下的地上时，它的重力势能则为Emgh正负代表大小，对选定的参考平面而言，在参考平面上方的物体，高度是正值，重力势能也是正值，表示物体在该位置具有的重力势能比在参考平面具有的重力势能要大.在参考平面下方的物体，高度是负值，物体具有负的重力势能，表示物体在该位置具有的重力势能比在参考平面上具有的重力势能要少。6、系统性：重力势能与物体间的相对位置有关，重力势能是地球表面附近物体与地球间的相对位置决定的。重力势能为地球与物体所共有的，而不是物体单独具有的，重力势能具有系统性。为了叙述方便，可以说成是某一物体的重力势能。实际上，只有当放在高处的物体下落时，才对外做功，因此重力势能可以看成是一种被暂时储存起来的潜在力量。在生产生活中，人们根据需要将重力势能转化为动能把桩钉打入地下；在江河中修筑堤坝提高水位，就可以利用水的重力势能来发电。二、重力做功与重力势能的改变过渡语：力做功的过程就是能力转化的过程（功是能量变化的量度），合外力做功是物体动能变化的量度，物体重力势能发生变化是有哪些力做功引起的呢？重力势能的改变与这些力所做的功又有什么关系呢？我们通过实例来探究这些问题。设置情景：设两个质量为m的小球，从高度为h1的A处下落到高度为h2的B处，其中一个小球做自由落体运动，过程中只有重力做功，另一个小球则在重力和阻力的共同作用下竖直下落,要求学生填写以下二个表格FfGGABh1h2Ff(2)小球受重力和阻力的共同作用GGABh1h2(1)小球仅受重力作用以地面为零势能参考平面研究过程物体在各点的重力势能小球仅受重力的作用下小球在重力和空气阻力的作用下重力势能的改变重力做功重力势能的改变重力做功A到BEpA= mgh1EpB= mgh2EPA-EPB= mgh1-mgh2WG=Ep1-Ep2=mgh1-mgh2EPA-EPB= mgh1-mgh2WG=Ep1-Ep2=mgh1-mgh2两个小球从高度A处落到B处，重力势能的变化均为=EPA- EPB=mgh1-mgh2两小球从高度A处下落到B处，重力做功均为WG=Ep1-Ep2=mgh1-mgh2对比以上两式可以发现，虽然第二种情况中小球受到的重力和阻力同时做功，但重力势能的变化与第一种情况一样。物体的重力势能的变化只由重力所做的功决定，与是否存在其他力的作用及有没有其他力做功均无关。现在请同学们以A点为0高度进行探究。以A点为零势能点研究过程物体在各点的重力势能小球仅受重力的作用下小球在重力和空气阻力的作用下重力势能的改变重力做功重力势能的改变重力做功A到BEpA= 0EpB= -mg（h1- h2）EPA-EPB= mgh1-mgh2WG=Ep1-Ep2=mgh1-mgh2EPA- EPB= mgh1-mgh2WG=Ep1-Ep2=mgh1-mgh2同样可以得到结论：物体的重力势能的变化只由重力所做的功决定，与是否存在其他力的作用及有没有其他力做功均无关。重力势能的变化与重力做功的关系就可以写成公式：WG=Ep1-Ep2说明：WG表示重力做的功；Ep1，表示物体初位置的重力势能；Ep2表示物体末位置的重力势能.小球下落，这一过程中重力方向与位移的反向相同，重力做正功，WG0，Ep1Ep2，重力势能减少，重力做多少功，重力势能减少多少；小球上升重力方向与位移方向相反，重力做负功，即物体克服重力做功，WG0，Ep1Ep2，重力势能增加总之，重力势能的改变是由重力做功决定的：重力对物体做多少功，物体的重力势能就减小多少，物体克服重力做多少功，重力势增加多少；重力势能的改变与是否有除重力之外的其他力存在或参与做功无关。引导观察：重力势能与零势面选取有关吗？物体在某两点间重力势能的改变与零势面选取有关吗？（重力势能的变化是初状态量减去末状态量）经过讨论，总结规律：重力势能的具有相对性（相对于不同的参考平面重力势能的大小不同），确定了参考平面，物体重力势能才有确定值。重力势能的变化与零势能面的选取无关，具有绝对性三、重力做功和物体运动路径的关系AB讨论和交流：课本p29的讨论与交流如图，小球以不同的路径从某一高度A运动到B点，重力对小球做功大小有什么关系？说明了什么？教师引导：从“力做功的两个要素：力与力方向上的位移”的角度思考。在重力方向通过的位移都为h,所以重力做功大小相等。从功能关系：重力做功是引起物体重力势能变化的唯一因素的角度思考。WG=Ep1-Ep2=mgh1-mgh2相同。结论：重力做功只与物体始末位置的高度差有关，与路径无关。四、弹性势能的改变在射箭比赛中，运动员的手一松开，拉满弦的弯弓在恢复原状时就把利箭发射出去。可见，发生弹性形变的物体在恢复原状的过程中能够做功，说明它具有能量。1、弹性势能和弹性势能的改变【演示】装置如图所示：将一木块靠在弹簧上，压缩后松手，弹簧将木块弹出.分别用一个硬弹簧和一个软弹簧做上述实验，分别把它们压缩后松手，观察现象.学生：观察并叙述实验现象.现象一：同一根弹簧，压缩程度越大时，弹簧把木块推得越远.现象二：两根等长的软、硬弹簧，压缩相同程度时，硬弹簧把木块弹出得远.师生共同分析，得出结论：上述实验中，弹簧被压缩时，要发生形变，在恢复原状时能够对木块做功，因而具有能量，物理学中把物体因为发生弹性形变而具有的能叫做弹性势能.请同学们再举几个物体具有弹性势能的例子.学生：观察课件演示，体会发生形变的物体，具有弹性势能；思考并举例：a.卷紧的发条b.被拉伸或压缩的弹簧c.击球的网球拍d.拉开的弓.教师：弹性势能的大小与哪些因素有关？我们就来探究这些问题.在弹簧被拉长或者被压缩时，弹簧中就存储了弹性势能；弹簧在恢复原状的过程中，它对外做功。经验告诉我们，弹性形变越大，在恢复原状时它对外做的功越多，具有的弹性势能就越大。实验：由学生做课本第30页的迷你实验将圆珠笔里的弹簧取出，再用硬卡纸做个小纸帽，套在弹簧上。用力把小纸帽往下压，使弹簧产生一定的弹性形变，然后突然放开手，看看小纸帽能弹多高。用大小不同的力，使弹簧产生大小不同的弹性形变，重复做几次，看看小纸帽弹起的高度有什么不同。我们在学习重力势能时，是从哪里开始入手进行分析的？这对我们讨论弹性势能有何启示？学生：思考后回答：学习重力势能时，是从重力做功开始入手分析的，讨论弹性势能应该从弹力做功的分析入手.引导：结合实验现象，实验中，弹簧在恢复原状的过程中队小纸帽做功，同时随着弹簧迅速恢复到原状，弹性势能也减小到零，弹簧也就不能再对外做功了。再通过类比重力做功与重力势能改变的关系来理解和得出弹力做功与弹性势能的改变的关系。由学生讨论得出结论：弹性势能的大小同弹性形变的大小有关。弹性形变越大，弹性势能也越大。弹簧对外做了多少功，弹性势能就减小多少；反之，克服弹力做了多少功，弹性势能就增大多少。教师强调：弹簧处与原长时弹性势能为0；弹簧的伸长和压缩的长度相同则弹性势能也相同。2、势能（由老师讲解）由相互作用的物体的相对位置决定的能量。重力势能：由地球和物体间相对位置决定。弹性势能：由发生形变的各部分的相对位置决定五、反馈练习1、如图所示，桌面高为h，质量为m的小球从离桌面高H处