高中物理-2 重力势能教学设计学情分析教材分析课后反思

学情分析学生初中已对重力势能有所认识，但仅限于大体了解。初、高中教材跨度太大；从思维方法上，高中要求学生从形象思维进入抽象思维，是认识能力大飞跃；从能力要求上，高中比初中提高了层次；学生存在学习心理障碍；存在学习的思维障碍；学生存在方法障碍。物理学是一门基础自然科学，它所研究的是物质的基本结构、最普遍的相互作用、最一般的运动规律以及所使用的实验手段和思维方法。本节课的教学也应该体现物理学自身及其与文化、经济和社会互动发展的时代性要求，肩负起提高学生科学素养、促进学生全而发展的重任。学生从初中升入高中普遍存在物理成绩上不去的现象，即同其他学科相比成绩偏低甚至偏低幅度较大，呈现学科间的显著不平衡。谈起物理课程的学习，相当多的中学生都会有一种畏惧感。就物理课的学习过程而言，它实际上就是观察、思维、应用的过程。如果学生在学习过程中思维遇到了障碍而又得不到及时解决，时间一长，学生便会觉得物理难学。对这部分学生的进一步了解，发现他们在学习动机、学习态度、学习积极性都比较好。为什么会出现效果与动机的明显差别呢？这就促使我们不得不从学生的学习方法尤其是思维方式、方法上去寻找原因。因此教师应对学生产生思维障碍的心理做深入的探讨，认真分析形成这些思维障碍的原因，以便在教学中有的放矢。课堂效果分析课堂教学效果是教师进行课堂教学的落脚点，一切教学手段的运用和教学方法的选择最终的目的是课堂教学效果的最大化。教师对每一个教学环节的设计和方式、方法的选择都要先问自己一声：这样做的效果会怎样？要紧紧围绕有效和高效这一核心要求来组织和开展教学活动。当然这里所说的效果是一个综合性的教学效果，内容即包括基础知识的掌握情况，又包括基本技能的训练效果，同时也包括学生学习能力的培养和道德情感的教育等。学生是课堂的主体，通过学生表情的变化、思维的速度，回答问题、练习、测试、动手操作的准确性等信息反馈，可获知教学信息的传输是否畅通，亦可看出新知识新技能的学握情况。教学任务是否完成不能只看少数尖子学生，大多数中下学生同样也是知识的接受体，从他们身上更能体现教学任务是否完成，以及教师的教学水平、教学质量的高低。总之，本节课在教师的引导帮助下，全体学生的潜力得到很大限度的挖掘，智力好的学生吃得饱，中等水平的学生吸收得好，差的学生消化得了，学生人人学有所得。课堂教学中充分体现师生平等、教学民主的思想，师生信息交流畅通，举例符合学生的认知规律上节课中学习了功的计算方法，学生初中阶段对重力势能也有定性的认识。本节课将从重力做功与能量的角度定量分析重力势能的大小和特点。让学生从生活实际中感受重力势能的存在，以及这种能量的普遍存在。渗透功是能量变化的量度，培养学生总结规律的能力;培养学生的探索精神。重力势能教材分析2013年，教育部启动了普通高中课程方案和课程标准实验稿的修订工作。本次修订深入总结21世纪以来我国普通高中课程改革的宝贵经验，充分借鉴国际课程改革的优秀成果，努力将我国普通高中课程方案和课程标准修订成既符合我国实际情况，又具有国际先进水平的纲领性教学文件，构建具有中国特色的普通高中课程体系。1.教学目标（1)认识重力做功与路径无关的特点。（2)理解重力势能的概念，会用重力势能的定义式进行计算。（3)理解重力做功与重力势能的变化的关系。（4)知道重力势能具有相对性。（5)知道重力势能是物体和地球系统所共有的。2.教材分析与教学建议本节首先提出，物体由于被举高而具有重力势能，在被举高过程中重力要做功，重力做功的过程也就是重力势能变化的过程，然后通过分析重力做功与路径无关的特点，推导得出重力势能的表达式。进一步讨论重力势能具有相对性及重力势能是物体与地球系统所共有的。与以往教科书不同的是，本教科书没有生硬地给出“功是能量变化的量度”，而是在探究重力做功、探究弹簧的拉力做功和探究功与物体速度变化关系的过程中，不断渗透这一思想的。在“追寻守恒量”一节中，给出了势能的涵义，“物体势能是物体凭借其位置而具有的能量”。重力势能的概念及重力做功与重力势能变化的关系是本节的重点。建议教师提供相关情景，如蒸汽锤锤桩、打夯等视频，展示雪崩、陨石坑、大瀑布等景象，并激发学生根据生活中的经验提出更多的相关实例。（1)重力势能概念的建立猜想重力势能应该与哪些物理量有关的教学时，如果仅仅提出目标性问题：重力势能与哪些物理量有关？学生可能只是在看了教科书中的公式后回答：与质量有关，与高度有关等。这样猜想就失去了意义，其效果与直接给出重力势能的定义式相同。建议教师在提出目标性问题之前先提出如下的情景体验性问题：若天花板上分别挂一钢球和乒乓球，你在下面有什么不同感受？同一钢球从不同高度处落下效果有什么不同？经过讨论得出判断，地球上物体的重力势能可能跟物体的高度和物体的重力大小有关，然后进一步提出问题，怎样来探究重力势能的表达式？功和能的变化是有紧密联系的，教师可让学生举例说明做功的过程也就是能量转化的过程，例如通过对物体下落过程的分析，发现物体的高度发生变化时，重力要做功，重力势能随高度的变化而变化，两者有紧密联系，让学生感觉到研究重力势能可以从重力做功的角度人手，通过研究重力做功来探究重力势能的概念。教科书从学生认知的角度，由浅入深逐步深入地设置情景，先研究竖直下落，再研究沿倾斜直线向下运动，最后到沿任意曲面下滑过程，通过计算物体从A点到B点的不同路径所做的功，得出重力对物体所做的功只跟起点和终点的位置有关，而跟物体运动的路径无关的结论。学生对教科书图7.4-1和图7.4-2不同路径计算重力的功并不困难，但是要使学生真正认识到重力做功的特点，仍需要学生亲自动手算一算这两种情况下重力对物体做了多少功。对于物体沿任意曲线运动的情况，又一次用到了极限的思想。在有了以前求变速运动的位移的学习经历之后，学生对极限的方法已不再陌生，可以由学生讨论提出解决的方法和思路，最后得出重力做功与路径无关的特点，从而引出重力势能的表达式，然后让学生体会教科书中所写的“看起来，物体所受的重力mg与它所处位置的高度的乘积“mgh',是一个具有特殊意义的物理量”。它的特殊意义在于它一方面与重力所做的功密切相关，另一方面它随着高度的变化而变化，与前面的猜想吻合，说明它正是我们要寻找的重力势能的表达式。从概念建立的逻辑上讲，是因为认识了重力做功与路径无关后，才能引入重力势能的概念，对这一点学生会感觉比较困难，在这里要求不宜过高。对学习基础较好的学生，可让他们思考“说一说”栏目中的问题。教学时也可以拿重力做功与摩擦力做功相比较，从而使学生理解，正是因为重力做功与路径无关，才引人了重力势能的概念，而对于摩擦力则不能引入相应的摩擦力势能概念。（2)重力势能的变化与重力做功的关系教科书中给出了图8.2-2,可以根据这一问题情景，设计具体的问题，让学生算一算，重力做功与重力势能变化的关系。例如：起重机吊起的重物匀速上升、加速上升、减速上升时重力做的功与重力势能的变化的关系；起重机吊起的重物匀速下降、加速下降和减速下降时重力做的功与重力势能变化之间的关系。这样可以使学生体会到，物体向上运动，重力做负功，重力势能增加；重力做了多少功，重力势能就增加多少。物体向下运动，重力做正功，重力势能减少；重力做了多少功，重力势能就减少多少。通过探究，还应让学生得出以下的结论：重力势能的变化只与重力做功有关，和其他力做功无关，即重力势能的变化只是重力做功引起的。重力势能是状态量、是标量。由重力势能的定义可知，重力势能与物体与地球的相对位置有关。物体的位置发生变化了，物体的重力势能就变化，所以势能是状态量。它的变化量与重力所做的功相对应，是标量，单位与功的单位相同，都是焦耳。（3)重力势能具有相对性重力势能的相对性和对势能为负值的理解是本节的难点。教师在分析重力势能具有相对性时，可用学生感兴趣的问题引导学生思考，例如：人从五楼窗台上跳下来，为何平安无事？答案：向里跳到五楼的地板上。也可以让学生先讨论某首歌曲的歌词：“山上有棵小树，山下有棵大树，我不知道，不知道哪棵更高····..”来认识高度的相对性。高度的相对性决定了重力势能具有相对性。在计算放在桌子上的物体具有多大的重力势能时，可能有不同的结果。这是因为，选择了不同的水平面做参考平面，在这个参考平面上的物体的重力势能就为0;物体在这个参考平面以上，重力势能就为某一正值；物体在这个参考面以下，重力势能就为某一负值。重力势能的大小与参考平面的位置有关，而这个参考平面可以任意规定，所以重力势能具有相对性。一般以解决问题时简便为原则来选择参考平面。教学中需要向学生说明，重力势能的变化和重力做功与零势能参考平面是无关的。（4)重力势能属于物体和地球组成的系统重力是地球与物体相互吸引而引起的，如果没有地球对物体的吸引，就不会有重力做功，也就不存在重力势能，所以重力势能是这个系统的。平常所说的“物体”的重力势能，只是一种简化的说法。重力势能一练习：1、物体沿不同的路径从A运动到B，如图所示，则()A.沿路径ACB重力做的功大些B.沿路径ADB重力做的功大些C.沿路径ACB和路径ADB重力做功一样多D.以上说法都不对2、关于重力势能，以下说法中正确的是()A.某个物体处于某个位置，重力势能的大小是唯一确定的B.只要重力做功，重力势能一定变化C.物体做匀速直线运动时，重力势能一定不变D.重力势能为零的物体，不可能对别的物体做功3、（多选）质量为m的物体从离湖面H高处由静止释放，落在距湖面为h的湖底，如图所示，在此过程中()A.重力对物体做功为mgHB.重力对物体做功为mg(H＋h)C.物体的重力势能减少了mg(H＋h)D.物体的重力势能增加了mg(H＋h)4、大型拱桥的拱高为h，弧长为L，如图所示，质量为m的汽车在以不变的速率v由A点运动到B点的过程中，以下说法正确的是()A.由A到B的过程中，汽车的重力势能始终不变，重力始终不做功B.汽车的重力势能先减小后增加，总的变化量为0，重力先做负功，后做正功，总功为零C.汽车的重力势能先增大后减小，总的变化量为0，重力先做正功，后做负功，总功为零D.汽车的重力势能先增大后减小，总的变化量为0，重力先做负功，后做正功，总功为零二、当堂检测1.(对重力做功的理解)沿着高度相同、坡度不同、粗糙程度也不同的两个斜面，向上拉同一物体到顶端，下列说法中正确的是()A.沿坡度大的斜面上升克服重力做的功多B.沿坡度大、粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功多C.沿坡度大、粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功少D.两种情况重力做功同样多2.(对重力势能的理解)关于重力势能，下列说法中正确的是()A.物体的位置一旦确定，它的重力势能的大小也随之确定B.物体与零势能面的距离越大，它的重力势能也越大C.一个物体的重力势能从－3J变化到－5J，重力势能增大了D.重力势能的减少量等于重力对物体做的功3.(重力做功与重力势能变化的关系)一个100g的球从1.8m的高处落到一个水平板上又弹回到1.25m的高度，则整个过程中重力对球所做的功及球的重力势能的变化是(g＝10m/s2)()A.重力做功为1.8JB.重力做了0.55J的负功C.物体的重力势能一定减少0.55JD.物体的重力势能一定增加1.25J4.(多选)一质量为m的物体被人用手由静止竖直向上以加速度a匀加速提升h.关于此过程，下列说法中正确的是()A.提升过程中手对物体做功m(a＋g)hB.提升过程中合外力对物体做功mahC.提升过程中物体的重力势能增加m(a＋g)hD.提升过程中物体克服重力做功mgh三、课后作业1.利用超导材料和现代科技可以实现磁悬浮.若磁悬浮列车的质量为20t，因磁场间的相互作用，列车浮起的高度为100mm，则该过程中磁悬浮列车克服重力做功是(D)A.20JB.200JC.2.0×107JD.2.0×104J2.如图所示，质量为m的小球从高为h处的斜面上的A点滚下，经过水平面BC后再滚上另一斜面，当它到达eq\f(h,4)的D点时速度为0，在这个过程中，重力做的功为(B)A.eq\f(mgh,4)B.eq\f(3mgh,4)C.mghD.03.（多选）在高处的某一点将两个重力相同的小球以相同速率v0分别竖直上抛和竖直下抛，下列结论正确的是(不计空气阻力)(ABD)A.从抛出到刚着地，重力对两球所做的功相等B.从抛出到刚着地，重力对两球都做正功C.从抛出到刚着地，重力对两球做功的平均功率相等D.两球刚着地时，重力的瞬时功率相等4.（多选）下列关于物体的重力势能的说法中正确的是(ABD)A.物体重力势能的数值随选择的参考平面的不同而不同B.物体的重力势能实际上是物体和地球组成的系统所共有的C.重力对物体做正功，则物体的重力势能增加D.物体位于所选的参考平面以下时，物体的重力势能为负值5.如图所示，桌面高为h，质量为m的小球从离桌面高H处自由落下，不计空气阻力，假设以桌面处为参考平面，则小球落到地面前瞬间的重力势能为(D)A.mghB.mgHC.mg(h＋H)D.－mgh6.(多选)有关重力势能的变化，下列说法中正确的是(ABC)A.物体受拉力和重力作用向上运动，拉力做功是1J，但物体重力势能的增加量有可能不是