4.重力势能ppt教学设计及点评

4.重力势能　 高中物理       人教2003课标版

一、知识目标?

1.理解重力势能的概念，会用重力势能的定义进行计算.?

2.理解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.知道重力势能的相对性.?

二、能力目标?

1.根据功和能的关系，推导出重力势能的表达式.?

2.学会从功和能的关系上解释和分析物理形象.?

三、德育目标?

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，激发和培养学生探索自然规律的兴趣.?

【教学重点】

重力势能的概念及重力做功跟物体重力势能改变的关系.

【教学难点】

重力势能的系统性和相对性?

【教学过程】

 [新课导入]

    (多媒体投影演示．引发学生有意注意，引导学生进入状态) 游客引发雪崩；打桩机的重锤从高处落下，把水泥桩打进地里。

    师：从刚才的画面中，同学们想到了什么？从做功和能量转化的角度分析问题．

生：重锤把水泥桩打进地里，物体下落过程中重力对它做了功．一个物体能够对外做功，这个物体具有能量．

师：这个能量与什么因素有关?

生：与物体所处的高度有关．

师：在初中我们已经学过：物体由于被举高而具有的能量叫重力势能．

那么重力势能的大小与什么有关，又如何定量表示呢?本节课我们就来学习这个问题．

[新课教学]

一、重力的功

师：让我们用自己的课本做如下试验

1）同一课本从不同高度下落到自己手上，感觉  • • •

2）不同质量的课本从同一高度下落到自己手上，感觉  • • •

让我们总结一下重力做功与什么因素有关，（学生回答）

师：重力做功与什么因素有关呢?我们现在再通过几个例子来探究一下．

（多媒体投影教材上的图7．4—1、图7．4—2、图7．4—3，让学生独立推导这几种情况下重力做的功）

师：比较容易做的是哪一个问题？

生：第一个和第二个问题．

师：为什么这两个问题容易研究呢?

生：因为这两个问题中物体运动的路径是直线。

师：那么这两个问题的答案是什么呢?

生l：第一个是WG＝mgh=mghl一mgh2．

生2：第二个是WG= mglcosθ=mgh＝mgh1一mgh2。

师：我们看到前两个问题答案相同，那么第三个图中重力做的功和前两个是否相等呢?

生：可能是相等的．

师：我们来验证一下我们的猜想，第三个图力做功的路径是曲线，不容易研究．记得在第二节学习力对物体做功的问题时，曾经接触过有关变力做功的问题．

师：想想看，是怎样解决的?

生：我们可以把这一条曲线看作由很多小的直线组成，这样把每小段直线上重力做的功合起来就是整个过程中重力做的总功．

师(表扬)：这个同学分析得非常好，根据这个同学的分析方法，

       WG＝mgΔh1＋mgΔh2＋mgΔh3＋…
          ＝mg(Δh1＋Δh2＋Δh3＋…)

第三种情况重力做的功和前两种情况重力做的功是相同．

师：我们可以得到什么样的结论?

生：重力做功与路径无关．   

师：（总结）：

1.物体运动时，重力对它做的功只跟它的起点和终点的位置有关，而跟物体运动的路径无关。

2.WG=mgh1一mgh2，其中hl和h2表示物体所处位置的高度．    

可见物体的重力mg与它所在位置高度h的乘积“mgh”是一个具有特殊意义的物理量.

[课堂训练]

一质量为5kg的小球从5m高处下落, 碰撞地面后弹起, 每次弹起的高度比下落高度低1m, 求:小球从下落到停在地面的过程中重力一共做了多少功? (g=9.8m/s2)

二、重力势能

（演示实验）

在一个透明的玻璃容器内装上沙子.?如图5.4—l所示

实验一：用两个铁球从不同高度释放，观察铁球落在沙子中的深度 .?

实验二：用铁球，塑料球(大小相同、质量不同)从同一高度释放，观察它们落在沙子中的深度.?

学生回答观察到的现象：?

实验一，铁球的释放高度越大，落在沙子中的深度越大.?

实验二，质量大的铁球落在沙子中的深度大.?

师：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.?

   （学生阅读教材60页关于“重力势能”的内容，回答下面几个问题．）

    问题：1.怎样定义物体的重力势能?

          2.mgh这个物理量的特殊意义是什么?

          3.重力势能的表达式是什么?用文字怎样叙述?

          4.重力势能是矢量还是标量? 重力势能的单位是什么?符号是什么?

5.根据重力势能的定义式和重力做功的表达，它们之间的关系是什么呢?

    答案：1.物理量mgh叫做物体的重力势能。

2.特殊意义是它一方面与重力做功密切相关，另一方面它随高度的变化而变化．

3.Ep=mgh，物体的重力势能等于它所受到的重力与所处高度的乘积．

4.重力势能也是标量．它和功的单位相同，都是焦耳，符号是J．

          5. 师：（总结）重力做功与重力势能的变化

 WG＝一△Ep ＝Ep1 - Ep2 ＝mgh1-mgh2

重力做功WG

（正、负）

重力势能Ep

（增加、减少）

重力势能的变化量

△Ep

重力做功和重力势能变化的关系

物体上升h1＜ h2

做负功

WG＝一mgh＝一（mgh2-mgh1）

Ep1＜ Ep2

增加

△Ep ＝Ep2一 Ep1＝mgh2一mgh1

物体克服重力做的功等于重力势能的增加

物体下落h1＞h2

WG＝mgh＝mgh1一mgh2

做正功

Ep1＞Ep2

减少

△Ep＝Ep2一  Ep1＝mgh2一 mgh1

重力做的功等于重力势能的减少

Ep1 ——物体在初位置的重力势能      Ep2———物体在末位置的重力势能

 [课堂训练]

    1．下列关于重力势能的说法，正确的是(    )

    A．重力势能只跟物体所处的初末位置有关，与物体实际经过的路径无关

    B．重力势能的变化，只跟重力做功有关，和其他力做功多少无关

    C．重力势能是矢量，在地球表面以上为正，在地球表面以下为负

    D．重力势能的变化量等于重力对物体做的功

    2．质量是50kg的人沿着长150 m、倾角为30°的坡路走上土丘，重力对他所做的功是多少?他克服重力所做的功是多少?他的重力势能增加了多少?(g取10m／s2)

    参考答案1．AB                2．-3．75X104J  3．75X104J  3．75X104J

三、重力势能的相对性和系统性

   (举例说明高度具有相对性，可以用身边的物体做实验)

    师：我把课本放在桌面上，课本的高度是多少呢?

    生1：大约是课桌的高度，约为1 m左右．

    生2：不对，它比一楼地面高出4m左右(教室在二楼)．

 师：不同学生得到的高度数值可能不同，这是由于所选高度的起点不同而造成的。我们把所选高度的起点处的平面叫参考平面。

    师：那么重力势能有没有相对性呢?

    生：由于高度有相对性，所以重力势能也应该有相对性．

    师：我们在研究一个物体重力势能时，应该选择一个参考平面，在这个平面上物体的重力势能值为零．

确定重力势能的方法：

      ①先选定参考平面（零势能面）

②在参考面上方的物体的高度是正值，重力势能也是正值；

③在参考面下方的物体的高度是负值，重力势能也是负值。

通常选择地面作为参考平面．选择不同的参考平面，物体的重力势能的数值是不同的，

但并不影响研究有关重力势能的问题，因为在有关的问题中，有确定意义的是重力势能的差值，这个差值并不因选择不同的参考平面而有所不同．

    师：那么重力势能是谁具有的呢?

    生(齐声回答)：当然是物体具有的．

    师：如果没有地球，有没有重力呢?

 生(开始疑惑)：当然没有。   

    师：那么重力势能应该是物体与地球组成的系统共同具有的，而不是地球上某一个物体单独具有的，不只是重力势能，任何形式的势能，都是相应的物体系统由于其中各物体之间，或物体内的各部分之间存在相互作用而具有的能，是由各物体的相对位置决定的．

练习题：

起重机以5m/s2的加速度将质量为1t的物体匀减速地沿竖直方向提升高度10m，则起重机钢索的拉力对物体做的功为多少？物体克服重力做功为多少？物体的重力势能变化了多少？

 [课堂小结]

 本节课我们学习了：?

1.重力对物体所做的功与物体的运动路径无关，只跟物体运动的始、末位置有关，重力所做的功等于物体始、末位置的重力势能之差.?

2. 重力势能是标量，单位是焦耳.?

3. 重力势能由物体间的相互作用而产生，由它们的相对位置而决定

4.重力势能是地球和地面上的物体共同具有的，一个物体的重力势能的大小与参考平面的选取有关.?

[布置作业]

教材第61页“问题与练习”中的1,2,3,4题

【板书设计】

4．重力势能

  一、重力的功

1．WG＝mgh＝mgh1-mgh2

   2. 物体运动时，重力对它做的功只跟它的起点和终点的位置有关，而跟物体运动的路径无关．

  二、重力势能  

1. EＰ＝mgh    物体的重力势能等于它所受的重力和所处高度的乘积．

2. 重力势能也是标量，单位是焦耳，符号是J

3. WG＝一△Ep ＝Ep1 - Ep2 ＝mgh1-mgh2

重力做功WG

（正、负）

重力势能Ep

（增加、减少）

重力势能的变化量

△Ep

重力做功和重力势能变化的关系

物体上升h1＜ h2

做负功

WG＝一mgh＝一（mgh2-mgh1）

Ep1＜ Ep2

增加

△Ep ＝Ep2一 Ep1＝mgh2一mgh1

物体克服重力做的功等于重力势能的增加

物体下落h1＞h2

做正功

WG＝mgh＝mgh1一mgh2

Ep1＞Ep2

减少

△Ep＝Ep2一  Ep1＝mgh2一 mgh1

重力做的功等于重力势能的减少

三、重力势能的相对性和系统性 

    1．先选定参考平面（零势能面）

①在参考面上方的物体的高度是正值，EＰ是正值；

②在参考面下方的物体的高度是负值，EＰ是负值。

2．重力势能与参考平面的选取有关。

 3．重力势能是系统所共有的．

[巩固训练]

1．当重力对物体做正功时，物体的……………………………………(    )

 A. 重力势能一定减少，动能一定增加      B．重力势能一定增加，动能一定减少

 C．重力势能一定减少，动能不一定增加    D．重力势能不一定减少，动能也不一定增

2，关于重力势能的几种理解，正确的是(    )

 A.重力势能等于零的物体，一定不会对别的物体做功   

 B.放在地面上的物体，它的重力势能一定等于零

 C.在不同高度将某一物体抛出，落地时重力势能相等

 D相对不同的参考平面，物体具有不同数值的重力势能，但并不影响研究有关重力势能

3．在排球比赛中，某运动员用400 N的力把质量为270 g的排球从2．8 m的高度扣向对方的场地内．在球被扣到落地的过程中，排球的重力势能变化了多少?(g取10m／s2)

参考答案1.C         2.AD            3．重力势能减少了7．56J．

4.重力势能　

4.重力势能　

【教学过程】

 [新课导入]

    (多媒体投影演示．引发学生有意注意，引导学生进入状态) 游客引发雪崩；打桩机的重锤从高处落下，把水泥桩打进地里。

    师：从刚才的画面中，同学们想到了什么？从做功和能量转化的角度分析问题．

生：重锤把水泥桩打进地里，物体下落过程中重力对它做了功．一个物体能够对外做功，这个物体具有能量．

师：这个能量与什么因素有关?

生：与物体所处的高度有关．

师：在初中我们已经学过：物体由于被举高而具有的能量叫重力势能．

那么重力势能的大小与什么有关，又如何定量表示呢?本节课我们就来学习这个问题．

[新课教学]

一、重力的功

师：让我们用自己的课本做如下试验

1）同一课本从不同高度下落到自己手上，感觉  • • •

2）不同质量的课本从同一高度下落到自己手上，感觉  • • •

让我们总结一下重力做功与什么因素有关，（学生回答）

师：重力做功与什么因素有关呢?我们现在再通过几个例子来探究一下．

（多媒体投影教材上的图7．4—1、图7．4—2、图7．4—3，让学生独立推导这几种情况下重力做的功）

师：比较容易做的是哪一个问题？

生：第一个和第二个问题．

师：为什么这两个问题容易研究呢?

生：因为这两个问题中物体运动的路径是直线。

师：那么这两个问题的答案是什么呢?

生l：第一个是WG＝mgh=mghl一mgh2．

生2：第二个是WG= mglcosθ=mgh＝mgh1一mgh2。

师：我们看到前两个问题答案相同，那么第三个图中重力做的功和前两个是否相等呢?

生：可能是相等的．

师：我们来验证一下我们的猜想，第三个图力做功的路径是曲线，不容易研究．记得在第二节学习力对物体做功的问题时，曾经接触过有关变力做功的问题．

师：想想看，是怎样解决的?

生：我们可以把这一条曲线看作由很多小的直线组成，这样把每小段直线上重力做的功合起来就是整个过程中重力做的总功．

师(表扬)：这个同学分析得非常好，根据这个同学的分析方法，

       WG＝mgΔh1＋mgΔh2＋mgΔh3＋…
          ＝mg(Δh1＋Δh2＋Δh3＋…)

第三种情况重力做的功和前两种情况重力做的功是相同．

师：我们可以得到什么样的结论?

生：重力做功与路径无关．   

师：（总结）：

1.物体运动时，重力对它做的功只跟它的起点和终点的位置有关，而跟物体运动的路径无关。

2.WG=mgh1一mgh2，其中hl和h2表示物体所处位置的高度．    

可见物体的重力mg与它所在位置高度h的乘积“mgh”是一个具有特殊意义的物理量.

[课堂训练]

一质量为5kg的小球从5m高处下落, 碰撞地面后弹起, 每次弹起的高度比下落高度低1m, 求:小球从下落到停在地面的过程中重力一共做了多少功? (g=9.8m/s2)

二、重力势能

（演示实验）

在一个透明的玻璃容器内装上沙子.?如图5.4—l所示

实验一：用两个铁球从不同高度释放，观察铁球落在沙子中的深度 .?

实验二：用铁球，塑料球(大小相同、质量不同)从同一高度释放，观察它们落在沙子中的深度.?

学生回答观察到的现象：?

实验一，铁球的释放高度越大，落在沙子中的深度越大.?

实验二，质量大的铁球落在沙子中的深度大.?

师：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.?

   （学生阅读教材60页关于“重力势能”的内容，回答下面几个问题．）

    问题：1.怎样定义物体的重力势能?

          2.mgh这个物理量的特殊意义是什么?

          3.重力势能的表达式是什么?用文字怎样叙述?

          4.重力势能是矢量还是标量? 重力势能的单位是什么?符号是什么?

5.根据重力势能的定义式和重力做功的表达，它们之间的关系是什么呢?

    答案：1.物理量mgh叫做物体的重力势能。

2.特殊意义是它一方面与重力做功密切相关，另一方面它随高度的变化而变化．

3.Ep=mgh，物体的重力势能等于它所受到的重力与所处高度的乘积．

4.重力势能也是标量．它和功的单位相同，都是焦耳，符号是J．

          5. 师：（总结）重力做功与重力势能的变化

 WG＝一△Ep ＝Ep1 - Ep2 ＝mgh1-mgh2

重力做功WG

（正、负）

重力势能Ep

（增加、减少）

重力势能的变化量

△Ep

重力做功和重力势能变化的关系

物体上升h1＜ h2

做负功

WG＝一mgh＝一（mgh2-mgh1）

Ep1＜ Ep2

增加

△Ep ＝Ep2一 Ep1＝mgh2一mgh1

物体克服重力做的功等于重力势能的增加

物体下落h1＞h2

WG＝mgh＝mgh1一mgh2

做正功

Ep1＞Ep2

减少

△Ep＝Ep2一  Ep1＝mgh2一 mgh1

重力做的功等于重力势能的减少

Ep1 ——物体在初位置的重力势能      Ep2———物体在末位置的重力势能

 [课堂训练]

    1．下列关于重力势能的说法，正确的是(    )

    A．重力势能只跟物体所处的初末位置有关，与物体实际经过的路径无关

    B．重力势能的变化，只跟重力做功有关，和其他力做功多少无关

    C．重力势能是矢量，在地球表面以上为正，在地球表面以下为负

    D．重力势能的变化量等于重力对物体做的功

    2．质量是50kg的人沿着长150 m、倾角为30°的坡路走上土丘，重力对他所做的功是多少?他克服重力所做的功是多少?他的重力势能增加了多少?(g取10m／s2)

    参考答案1．AB                2．-3．75X104J  3．75X104J  3．75X104J

三、重力势能的相对性和系统性

   (举例说明高度具有相对性，可以用身边的物体做实验)

    师：我把课本放在桌面上，课本的高度是多少呢?

    生1：大约是课桌的高度，约为1 m左右．

    生2：不对，它比一楼地面高出4m左右(教室在二楼)．

 师：不同学生得到的高度数值可能不同，这是由于所选高度的起点不同而造成的。我们把所选高度的起点处的平面叫参考平面。

    师：那么重力势能有没有相对性呢?

    生：由于高度有相对性，所以重力势能也应该有相对性．

    师：我们在研究一个物体重力势能时，应该选择一个参考平面，在这个平面上物体的重力势能值为零．

确定重力势能的方法：

      ①先选定参考平面（零势能面）

②在参考面上方的物体的高度是正值，重力势能也是正值；

③在参考面下方的物体的高度是负值，重力势能也是负值。

通常选择地面作为参考平面．选择不同的参考平面，物体的重力势能的数值是不同的，

但并不影响研究有关重力势能的问题，因为在有关的问题中，有确定意义的是重力势能的差值，这个差值并不因选择不同的参考平面而有所不同．

    师：那么重力势能是谁具有的呢?

    生(齐声回答)：当然是物体具有的．

    师：如果没有地球，有没有重力呢?

 生(开始疑惑)：当然没有。   

    师：那么重力势能应该是物体与地球组成的系统共同具有的，而不是地球上某一个物体单独具有的，不只是重力势能，任何形式的势能，都是相应的物体系统由于其中各物体之间，或物体内的各部分之间存在相互作用而具有的能，是由各物体的相对位置决定的．

练习题：

起重机以5m/s2的加速度将质量为1t的物体匀减速地沿竖直方向提升高度10m，则起重机钢索的拉力对物体做的功为多少？物体克服重力做功为多少？物体的重力势能变化了多少？

 [课堂小结]

 本节课我们学习了：?

1.重力对物体所做的功与物体的运动路径无关，只跟物体运动的始、末位置有关，重力所做的功等于物体始、末位置的重力势能之差.?

2. 重力势能是标量，单位是焦耳.?

3. 重力势能由物体间的相互作用而产生，由它们的相对位置而决定

4.重力势能是地球和地面上的物体共同具有的，一个物体的重力势能的大小与参考平面的选取有关.?

[布置作业]

教材第61页“问题与练习”中的1,2,3,4题

【板书设计】

4．重力势能

  一、重力的功

1．WG＝mgh＝mgh1-mgh2

   2. 物体运动时，重力对它做的功只跟它的起点和终点的位置有关，而跟物体运动的路径无关．

  二、重力势能  

1. EＰ＝mgh    物体的重力势能等于它所受的重力和所处高度的乘积．

2. 重力势能也是标量，单位是焦耳，符号是J

3. WG＝一△Ep ＝Ep1 - Ep2 ＝mgh1-mgh2

重力做功WG

（正、负）

重力势能Ep

（增加、减少）

重力势能的变化量

△Ep

重力做功和重力势能变化的关系

物体上升h1＜ h2

做负功

WG＝一mgh＝一（mgh2-mgh1）

Ep1＜ Ep2

增加

△Ep ＝Ep2一 Ep1＝mgh2一mgh1

物体克服重力做的功等于重力势能的增加

物体下落h1＞h2

做正功

WG＝mgh＝mgh1一mgh2

Ep1＞Ep2

减少

△Ep＝Ep2一  Ep1＝mgh2一 mgh1

重力做的功等于重力势能的减少

三、重力势能的相对性和系统性 

    1．先选定参考平面（零势能面）

①在参考面上方的物体的高度是正值，EＰ是正值；

②在参考面下方的物体的高度是负值，EＰ是负值。

2．重力势能与参考平面的选取有关。

 3．重力势能是系统所共有的．

[巩固训练]

1．当重力对物体做正功时，物体的……………………………………(    )

 A. 重力势能一定减少，动能一定增加      B．重力势能一定增加，动能一定减少

 C．重力势能一定减少，动能不一定增加    D．重力势能不一定减少，动能也不一定增

2，关于重力势能的几种理解，正确的是(    )

 A.重力势能等于零的物体，一定不会对别的物体做功   

 B.放在地面上的物体，它的重力势能一定等于零

 C.在不同高度将某一物体抛出，落地时重力势能相等

 D相对不同的参考平面，物体具有不同数值的重力势能，但并不影响研究有关重力势能

3．在排球比赛中，某运动员用400 N的力把质量为270 g的排球从2．8 m的高度扣向对方的场地内．在球被扣到落地的过程中，排球的重力势能变化了多少?(g取10m／s2)

参考答案1.C         2.AD            3．重力势能减少了7．56J．