《重力勢能》教學設計

王蕾

摘 要：高中物理新課程教學主要是以學生為主體，讓學生親身體驗，親自動手算一算，從而更好地體會物理情景，理解物理概念，總結物理規律，最終達到能夠靈活應用的目的。為更好地實施新課標要求，以高中物理必修二中的重力勢能一節設計了教學案例。

關鍵詞：重力勢能；教學目標；難點

[教學目標]

1.知識與技能

（1）理解重力勢能的概念，會用重力勢能的定義進行計算。

（2）知道重力勢能的值是相對的，理解重力勢能正負號的含義。

（3）理解重力做功與重力勢能的關系，知道重力做功與路徑無關。

2.過程與方法

（1）在探究過程中滲透科學的研究方法：控制變量法、實驗過程觀察法及實驗結果分析法。

（2）體會用“實驗法”和“理論推導”相互驗證問題的方法。

（3）根據功和能的關系，推導出重力勢能的表達式。

3.情感、態度與價值觀

從生活中有關物理現象的觀察，得到物理結論的方法，激發和培養學生探索自然規律的興趣。

[重、難點]

重點：重力勢能的概念及重力做功跟重力勢能改變的關系。

難點：重力勢能的相對性、重力勢能變化的絕對性。

[教學過程]

一、導入新課

人們外出時可能會遭遇突如其來的意外，請看這則報道，塑鋼窗13樓高處墜落視頻，說明物體具有很大的能量。

師：若從1樓落下會有這么大的能量嗎？

生：不會，說明與高度有關。

物體由于被舉高而具有的能量叫重力勢能。

師：初中已學過，高中將更加深入地學習如何計算。

二、重力勢能

師：重力勢能的大小與什么因素有關？

學生思考討論并猜想：重力、高度。

剛才塑鋼窗的下落，我們也可以模擬實驗檢驗：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：質量越大，下落高度越高時，這說明重力勢能越大。

過渡引言：物體下落時，高度減小，重力勢能減小，重力做了功，看來二者有聯系。要弄清重力勢能的具體關系可從重力做功的角度來找。

（一）探究一：重力做功的特點

學生活動：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：三種對比，什么不同，什么相同，這說明了什么？

生總結：重力做功與運動路徑無關，只與物體初末位置的高度差有關。

情景演示：1 kg小球從2 m高度落下再彈起再落地再在地上滾動最后停下。

師：這段過程，重力做多少功？上升呢？

生：20J；-20J

過渡引言：重力做功，位置高度發生變化，重力勢能變化。mgh與做功有關且吻合重力勢能的特點，即為重力勢能的表達式。

師生總結：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。

（二）探究二：重力勢能的特性

質量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，求燈的重力勢能的大小？

生：算出有三個值。

師：對嗎？為什么會出現這種情況？

生：選取的參考面不同，產生的結果不同。

師：選擇小球上方平面作為參考面的話，結果是負值。正負表什么？

生：正負表大小，表比參考面的重力勢能大還是小。

師：可類比溫度。

師生總結：重力勢能是相對的，與參考面的選擇有關，參考面選擇是任意的，最好選擇能使問題簡化的。

重力勢能是標量，正負表大小。

過渡引言：我們分析了重力做功和重力勢能，那它們的具體關系應該是怎樣的？

（三）探究三：重力做功和重力勢能變化的關系

以視頻中塑鋼窗從13樓下落為真實情景分析。只能估算，可轉化為物理模型和物理情景過程。

師：解決實際問題，我們可以先將其抽象為物理模型，建立物理情景。

學生活動：填寫表格。

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

師引導總結：選取不同的參考平面，物體的重力勢能的數值不同。（高度）

對一個確定的過程，WG和△EP與參考面的選擇無關（高度差）；

對一個確定的過程，WG是△EP的量度，互為相反數。

師：對照表下落時重力做正功，重力勢能減小。重力勢能的變化等于末態時的減初態的。若值是負值，則說明是在減小。重力做了多少功，重力勢能變化數量相同。則有重力做功與重力勢能的變化互為相反數。

師：可在黑板上理論推導。

三、小結

1.重力勢能Ep=mgh （相對性：選零勢能面）

2.重力做功的特點：（1）與路徑無關；（2）WG=Ep1-Ep2

3.重力做功是重力勢能變化的量度：WG=-ΔEp

物體上升，重力做負功，重力勢能增加。重力做了多少負功，重力勢能就增加多少。

物體下降，重力做正功，重力勢能減小。重力做了多少正功，重力勢能就減小多少。

[課堂反饋]

1.一質量為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：小球下落過程重力做功多少？重力勢能怎樣變化？上升過程重力做功多少？重力勢能怎樣變化？

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

3.一條鐵鏈長為2 m，質量為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）