4.重力势能教学活动设计方案

4.重力势能　 高中物理       人教2003课标版

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和系统性。

在追寻守恒量一节中，给出了势能的定义，物体势能是物体凭借其位置而具有的能量启发学生思考，请学生说一说重力势能应该与哪些物理量有关，经过讨论，学生会得出，重力势能应跟物体在地球的相对位置有关，还应与物体受到的重力有关本节重点讲述重力势能及其相对性，重力势能的变化以及与重力做功的关系重力做正功时，重力势能减少，克服重力做功(重力做负功)时，重力势能增加，关于这个关系，学生往往不易理解，教学时最好能结合一些实例，从能量转化的角度分析，解开学生的困惑，例如可举在自由落体运动中，重力做正功，重力势能减少，同时由动能定理可知，动能增加重力势能转化为动能，这样做，也可以为下一节讲解机械能守恒定律作好准备。

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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

1.重力做功

（1）物体的高度发生变化时，重力要做功：物体被举高时，重力做      功，物体下降时，重力做        功。

（2）物体运动时，重力对它做的功只跟        有关，而跟物体运动的        无关，可见物体所受的重力mg与它所处位置的高度h的乘积mgh，具有特殊意义。

2.重力势能

（1）物体的重力势能等于它所受重力与        的乘积，表达式：      ，单位：      。

（2）重力势能具有        ，只有选定        后，才能具体确定重力势能的量值，故 =mgh中的h是物体相对于        的高度。

（3）对选定的参考平面，上方物体的重力势能是        值，下方物体的重力势能是        值，负号表示物体在这个位置具有的重力势能要比在参考平面上具有的重力势能        。

（4）重力势能是      与      所组成的这个物体“系统”所共有的。

3.重力做功与重力势能变化之间的关系

重力做功与重力势能的关系式是            ，当物体的重力做正功时， ＞0，即        ，重力势能      ；当物体的重力做负功时， ＜0，即        ，重力势能      。

一、重力的功

1.物体的重力势能跟哪些因素有关呢？

实验：视频演示。

实验（一）  用质量相同的两个铁块从不同高度释放，观察小桌陷入沙子中的深度。

实验（二）  用两个质量不同铁块从同一高度释放，观察小桌陷入沙子中的深度。

实验现象：

结论：

2.重力做功的特点

如图所示，质量为m的物体从A点运动到B点，甲：物体竖直向下运动，高度从 降为 ；乙：物体沿倾斜直线向下运动l，高度从 降为 ；丙：物体沿任一曲线向下运动，高度从 降为 。

（1）根据功的有关知识，写出图中甲、乙两种情况下，物体从A点运动到B点的过程中，重力做的功。

答案：

（2）丙图中，物体沿曲线运动，如何求出物体从A点运动到B点时重力做的功？

思路方法：利用极限的方法，我们把整个路径分成许多很短的间隔 ， ， …，由于每一段都很小很小，每一段都可以近似地看成一段倾斜的直线。

推导：

（3）重力做功的特点：

（4）重力做功的大小：

总结：

二、重力势能

1.什么叫势能？

2.mgh是否具有势能的特征？这些特征是如何体现的？

结论：mgh这个具有特殊的物理意义的物理量具有势能的特征，这些特征体现在：（1）重力做功体现了        的特征；（2）随高度的变化而变化体现了        的特征。

3.什么叫做物体的重力势能？表达式如何？

说明：重力势能是标量。国际单位制中的单位是焦耳，简称焦，符号为J。1 J=1 kg·m· ·m=1 N·m。

三．重力做功与重力势能的关系是怎样的？如何从功是能的转化的量度理解重力做功与重力势能的变化。

讨论：

      下图中物体运动时，重力做什么功？物体的重力势能发生怎样的变化？

练习：1.塔吊把一质量为200kg的物体，从距地面高为h1=10m的高度匀速运到高为h2=3m的地方，重力做了多少功？物体的重力势能如何变化？若物体加速或减速下降呢？(g=10m/s-2)

2.塔吊把一质量为200kg的物体，从距地面高为h1=3m的高度匀速运到高为h2=10m的地方，重力做了多少功？物体的重力势能如何变化？若物体加速或减速上升呢？(g=10m/s-2)

四、重力势能的相对性

练习：3. 如图，质量0.5kg的小球，从桌面以上h1=1.2m的A点落到地面的B点，桌面高h2=0.8m．请按要求填写下表．(g=10m/s2)

参考

平面

小球在A点重力势能

小球在B点重力势能

下落过程小球重力做功

下落过程小球重力势能变化

桌面

地面

小结：（1）重力势能的相对性：重力势能与         有关，而参考平面的选择是任意的，所以， 重力势能具有        。因此在表达重力势能时，先要指明参考平面的位置。（重力势能具有相对性，是因为高度h具有相对性。）

（2）参考平面的选择：参考平面的选择是任意的。可视解决问题的方便而定，通常选择        为参考平面。如果没有特别说明参考平面就是地面。

（3）重力势能的正负：对选定的参考平面而言，在参考平面上方的物体，重力势能是        值；在参考平面下方的物体，重力势能是        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。

（4）重力势能变化的绝对性：重力势能具有相对性，与参考平面的选择        关，但重力势能的变化与参考平面的选择        关。正是因为这样，重力势能的变化比重力势能有研究价值。

五、重力势能是系统所共有的

我们常说某物体的重力势能是多少，这种说法准确吗？

小结：重力势能是属于     的，如果没有地球，就没有重力，也就谈不上重力势能了，所以，重力势能是地球与物体所组成的物体“     ”所共有的，而不是地球上的物体单独具有的．

课堂小结：（自我总结）

1.如图所示，某物块分别沿三条不同的轨道由离地高h的A点滑到同一水平面上，轨道1、2是光滑的，轨道3是粗糙的，则下列说法中正确的是（    ）

A.沿轨道1滑下重力做功多        B.沿轨道2滑下重力做功多

C.沿轨道3滑下重力做功多        D.沿三条轨道滑下重力做的功一样多

2．关于重力势能的理解，下列说法正确的是                              (　　)

A．重力势能有正负，是矢量       B．重力势能的零势能面只能选地面

C．重力势能的零势能面的选取是任意的   D．重力势能的正负代表大小

3.在离地80 m处无初速度释放一小球，小球质量为m=200 g，不计空气阻力，g取10 ，取地面所在水平面为零势能参考面。求：

（1)在第2 s末小球的重力势能；

（2)在第3 s内重力所做的功，重力势能的变化。

1.为什么有些地方的人爱把重物顶在头上？

我们在电影和电视中看到，有些地方的人总爱把水罐、箩筐等重物顶在头上，而不喜欢手提肩挑。这样做是不是很危险？难道这里有什么科学道理吗？

2. 4月初发生在某中学的一起严重的安全事故引起了师生的高度关注，某同学从宿舍三楼的栏杆跌落身亡。请你根据所学的物理知识给学校和同学们提出一些合理化的建议？

4.重力势能　

4.重力势能　

1.重力做功

（1）物体的高度发生变化时，重力要做功：物体被举高时，重力做      功，物体下降时，重力做        功。

（2）物体运动时，重力对它做的功只跟        有关，而跟物体运动的        无关，可见物体所受的重力mg与它所处位置的高度h的乘积mgh，具有特殊意义。

2.重力势能

（1）物体的重力势能等于它所受重力与        的乘积，表达式：      ，单位：      。

（2）重力势能具有        ，只有选定        后，才能具体确定重力势能的量值，故 =mgh中的h是物体相对于        的高度。

（3）对选定的参考平面，上方物体的重力势能是        值，下方物体的重力势能是        值，负号表示物体在这个位置具有的重力势能要比在参考平面上具有的重力势能        。

（4）重力势能是      与      所组成的这个物体“系统”所共有的。

3.重力做功与重力势能变化之间的关系

重力做功与重力势能的关系式是            ，当物体的重力做正功时， ＞0，即        ，重力势能      ；当物体的重力做负功时， ＜0，即        ，重力势能      。

一、重力的功

1.物体的重力势能跟哪些因素有关呢？

实验：视频演示。

实验（一）  用质量相同的两个铁块从不同高度释放，观察小桌陷入沙子中的深度。

实验（二）  用两个质量不同铁块从同一高度释放，观察小桌陷入沙子中的深度。

实验现象：

结论：

2.重力做功的特点

如图所示，质量为m的物体从A点运动到B点，甲：物体竖直向下运动，高度从 降为 ；乙：物体沿倾斜直线向下运动l，高度从 降为 ；丙：物体沿任一曲线向下运动，高度从 降为 。

（1）根据功的有关知识，写出图中甲、乙两种情况下，物体从A点运动到B点的过程中，重力做的功。

答案：

（2）丙图中，物体沿曲线运动，如何求出物体从A点运动到B点时重力做的功？

思路方法：利用极限的方法，我们把整个路径分成许多很短的间隔 ， ， …，由于每一段都很小很小，每一段都可以近似地看成一段倾斜的直线。

推导：

（3）重力做功的特点：

（4）重力做功的大小：

总结：

二、重力势能

1.什么叫势能？

2.mgh是否具有势能的特征？这些特征是如何体现的？

结论：mgh这个具有特殊的物理意义的物理量具有势能的特征，这些特征体现在：（1）重力做功体现了        的特征；（2）随高度的变化而变化体现了        的特征。

3.什么叫做物体的重力势能？表达式如何？

说明：重力势能是标量。国际单位制中的单位是焦耳，简称焦，符号为J。1 J=1 kg·m· ·m=1 N·m。

三．重力做功与重力势能的关系是怎样的？如何从功是能的转化的量度理解重力做功与重力势能的变化。

讨论：

      下图中物体运动时，重力做什么功？物体的重力势能发生怎样的变化？

练习：1.塔吊把一质量为200kg的物体，从距地面高为h1=10m的高度匀速运到高为h2=3m的地方，重力做了多少功？物体的重力势能如何变化？若物体加速或减速下降呢？(g=10m/s-2)

2.塔吊把一质量为200kg的物体，从距地面高为h1=3m的高度匀速运到高为h2=10m的地方，重力做了多少功？物体的重力势能如何变化？若物体加速或减速上升呢？(g=10m/s-2)

四、重力势能的相对性

练习：3. 如图，质量0.5kg的小球，从桌面以上h1=1.2m的A点落到地面的B点，桌面高h2=0.8m．请按要求填写下表．(g=10m/s2)

参考

平面

小球在A点重力势能

小球在B点重力势能

下落过程小球重力做功

下落过程小球重力势能变化

桌面

地面

小结：（1）重力势能的相对性：重力势能与         有关，而参考平面的选择是任意的，所以， 重力势能具有        。因此在表达重力势能时，先要指明参考平面的位置。（重力势能具有相对性，是因为高度h具有相对性。）

（2）参考平面的选择：参考平面的选择是任意的。可视解决问题的方便而定，通常选择        为参考平面。如果没有特别说明参考平面就是地面。

（3）重力势能的正负：对选定的参考平面而言，在参考平面上方的物体，重力势能是        值；在参考平面下方的物体，重力势能是        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。

（4）重力势能变化的绝对性：重力势能具有相对性，与参考平面的选择        关，但重力势能的变化与参考平面的选择        关。正是因为这样，重力势能的变化比重力势能有研究价值。

五、重力势能是系统所共有的

我们常说某物体的重力势能是多少，这种说法准确吗？

小结：重力势能是属于     的，如果没有地球，就没有重力，也就谈不上重力势能了，所以，重力势能是地球与物体所组成的物体“     ”所共有的，而不是地球上的物体单独具有的．

课堂小结：（自我总结）

1.如图所示，某物块分别沿三条不同的轨道由离地高h的A点滑到同一水平面上，轨道1、2是光滑的，轨道3是粗糙的，则下列说法中正确的是（    ）

A.沿轨道1滑下重力做功多        B.沿轨道2滑下重力做功多

C.沿轨道3滑下重力做功多        D.沿三条轨道滑下重力做的功一样多

2．关于重力势能的理解，下列说法正确的是                              (　　)

A．重力势能有正负，是矢量       B．重力势能的零势能面只能选地面

C．重力势能的零势能面的选取是任意的   D．重力势能的正负代表大小

3.在离地80 m处无初速度释放一小球，小球质量为m=200 g，不计空气阻力，g取10 ，取地面所在水平面为零势能参考面。求：

（1)在第2 s末小球的重力势能；

（2)在第3 s内重力所做的功，重力势能的变化。

1.为什么有些地方的人爱把重物顶在头上？

我们在电影和电视中看到，有些地方的人总爱把水罐、箩筐等重物顶在头上，而不喜欢手提肩挑。这样做是不是很危险？难道这里有什么科学道理吗？

2. 4月初发生在某中学的一起严重的安全事故引起了师生的高度关注，某同学从宿舍三楼的栏杆跌落身亡。请你根据所学的物理知识给学校和同学们提出一些合理化的建议？