重力势能教案

重力势能教案一、教学目标1.知识与技能目标理解重力势能的概念，知道影响重力势能大小的因素。理解重力势能的变化和重力做功的关系，会用重力势能的表达式进行计算。理解重力做功与路径无关。2.过程与方法目标通过对重力势能概念的探究，培养学生的观察、分析、归纳能力。通过对重力做功与重力势能变化关系的探究，让学生体会科学探究的过程和方法，培养学生的逻辑思维能力。3.情感态度与价值观目标培养学生从生活中发现物理问题、用物理知识解决实际问题的意识和习惯。通过合作探究活动，培养学生的团队合作精神和勇于探索的科学态度。

二、教学重难点1.教学重点重力势能的概念及表达式。重力做功与重力势能变化的关系。2.教学难点重力势能相对性的理解。重力做功与路径无关的证明。

三、教学方法讲授法、探究法、讨论法、类比法

四、教学过程

（一）导入新课1.视频展示播放一段高山滑雪运动员从高处滑下的精彩视频，引导学生观察运动员所处高度的变化以及运动速度的变化。2.提问思考提出问题：运动员为什么能从高处滑下获得速度？高处的物体似乎具有一种与高度有关的能量，这种能量是什么呢？从而引出本节课的主题重力势能。

（二）新课教学1.重力势能的概念实例分析通过展示几个常见的例子，如高处的苹果、被举高的杠铃等，引导学生思考这些物体所处的状态有什么共同特点，它们是否具有能量。归纳总结引导学生归纳出：物体由于被举高而具有的能量叫做重力势能。强调要点强调重力势能是与物体和地球的相互作用相关的能量，其大小与物体的质量、被举高的高度有关。2.重力势能的表达式理论推导通过回顾功的概念，引导学生分析重力做功的特点。设一个质量为\(m\)的物体，从高度为\(h_1\)处下落到高度为\(h_2\)处，重力为\(G=mg\)。重力做功\(W_G=Fs=mgh_1mgh_2\)。得出表达式由此得出重力势能的表达式\(E_p=mgh\)，其中\(h\)是物体相对于参考平面的高度，\(E_p\)表示重力势能。理解要点解释参考平面的选择是任意的，但一旦选定，物体的重力势能就有确定的值。通常选择地面作为参考平面。3.重力势能的相对性举例说明以一个放在桌面上的物体为例，若选择桌面为参考平面，物体的重力势能为零；若选择地面为参考平面，物体的重力势能为正；若选择桌面上方某一高度为参考平面，物体的重力势能为负。总结要点强调重力势能的大小与参考平面的选择有关，具有相对性。在比较物体重力势能的变化时，参考平面的选择不影响结果。4.重力做功与重力势能变化的关系探究实验实验器材准备两个不同质量的小球、光滑斜面、带有刻度的木板等。实验步骤将小球从斜面上某一高度\(h_1\)处由静止释放，小球沿斜面下滑，在水平面上滑行一段距离后停下。测量小球起始高度\(h_1\)、终点高度\(h_2\)以及小球的质量\(m\)。计算重力做功\(W_G=mgh_1mgh_2\)，并观察小球重力势能的变化情况。改变小球质量和释放高度，重复上述实验。实验结果通过实验数据得出：重力做正功时，重力势能减少；重力做负功时，重力势能增加；重力做多少功，重力势能就变化多少。即\(W_G=\DeltaE_p\)。理论推导从理论上进一步推导重力做功与重力势能变化的关系。设物体在重力作用下从位置\(A\)运动到位置\(B\)，高度由\(h_A\)变化到\(h_B\)，重力做功\(W_G=mgh_Amgh_B\)，而重力势能的变化\(\DeltaE_p=E_{pB}E_{pA}=mgh_Bmgh_A\)，所以\(W_G=\DeltaE_p\)。5.重力做功与路径无关情景分析给出一个情景：一个物体从\(A\)点沿不同路径运动到\(B\)点，高度变化相同。分析重力对物体做的功。计算验证设物体质量为\(m\)，\(A\)、\(B\)两点高度差为\(h\)。通过计算沿不同路径重力做的功，如直线路径、折线路径等，发现重力做功只与初末位置的高度差有关，与路径无关。理论证明利用微元法从理论上证明重力做功与路径无关。将物体的运动路径分割成许多小段，每一小段近似为直线。在每一小段上，重力做功\(dW_G=mgdy\)（\(dy\)为高度变化），对整个路径积分可得重力做功\(W_G=\int_{y_A}^{y_B}mgdy=mgh_Bmgh_A\)，只与初末位置高度差有关，与路径无关。

（三）课堂小结1.学生总结请学生回顾本节课所学内容，总结重力势能的概念、表达式、相对性以及重力做功与重力势能变化的关系等要点。2.教师补充教师对学生的总结进行补充和完善，强调重点和难点内容，梳理知识体系。

（四）课堂练习1.基础练习一个质量为\(5kg\)的物体，被举高到离地面\(2m\)高处，它的重力势能是多少？（\(g=10m/s^2\)）质量为\(m\)的物体从高度为\(h_1\)处下落到高度为\(h_2\)处，重力做的功是多少？重力势能如何变化？2.拓展练习若选择海平面为参考平面，一座山峰高出海平面\(8848m\)，一块\(1kg\)的石头在山顶的重力势能是多少？若选择山峰的\(1/2\)高度处为参考平面，石头的重力势能又是多少？一个物体从\(A\)点运动到\(B\)点，重力做功\(30J\)，已知物体在\(A\)点的重力势能为\(50J\)，则物体在\(B\)点的重力势能是多少？

（五）布置作业1.书面作业教材课后习题第[X]、[X]、[X]题。一个质量为\(2kg\)的物体，在离地面\(5m\)高处由静止开始下落，求物体下落到离地面\(3m\)高处时重力做的功以及重力势能的变化。2.拓展作业查阅资料，了解生活中还有哪些地方应用了重力势能的知识。思考如果重力做功与路径有关，将会对我们的生活和周围的世界产生哪些影响？

五、教学反思通过本节课的教学，学生对重力势能的概念、表达式、相对性以及重力做功与重力势能变化的关系等知识有了较好的理解和掌握。在教学过程中，通过实