西北師大附中高一奧賽教案重力勢(shì)能.doc

課題第五節(jié) 重力勢(shì)能教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：1理解重力勢(shì)能的概念，會(huì)用重力勢(shì)能的定義進(jìn)行計(jì)算；2理解重力勢(shì)能的變化和重力做功的關(guān)系，知道重力做功與路徑無關(guān)；3知道重力勢(shì)能的相對(duì)性；4了解彈性勢(shì)能。能力目標(biāo)：1根據(jù)功和能的關(guān)系，推導(dǎo)出重力勢(shì)能的表達(dá)式；2會(huì)從功和能的關(guān)系上解釋和分析物理形象。德育目標(biāo)：滲透從對(duì)生活中有關(guān)物理現(xiàn)象的觀察，得到物理結(jié)論的方法，激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生探索自然規(guī)律的興趣。課型新授課課時(shí)1課時(shí)重點(diǎn)重力勢(shì)能的概念及重力做功跟物體重力勢(shì)能改變的關(guān)系。難點(diǎn)重力勢(shì)能的系統(tǒng)性和相對(duì)性教學(xué)方法觀察法、歸納法、講練法教具教 學(xué) 過 程摘要重力做功與路徑無關(guān)，只與初末位置的高度差有關(guān)，于是我們引入重力勢(shì)能的概念來反映重力場(chǎng)的這種性質(zhì)。本節(jié)我們主要研究：重力勢(shì)能以及重力做功的特點(diǎn)，即重力做正功時(shí)，重力勢(shì)能減少，克服重力做功（重力做負(fù)功）時(shí)，重力勢(shì)能增加。關(guān)于這個(gè)關(guān)系，由于與動(dòng)能定理的表述不一致，學(xué)生往往不易理解，教學(xué)時(shí)可結(jié)合一些實(shí)例，從能量轉(zhuǎn)化的角度分析，解開學(xué)生的困惑，例如可舉在自由落體運(yùn)動(dòng)中，重力做正功，重力勢(shì)能減少，同時(shí)由動(dòng)能定理可知，動(dòng)能增加，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，這樣做，也可以為下一節(jié)講解機(jī)械能守恒定律做好準(zhǔn)備。關(guān)于重力做功與路徑無關(guān)和彈性勢(shì)能的教學(xué)，只要求學(xué)生知道即可。引言復(fù)習(xí)提問：1 什么是動(dòng)能？2 動(dòng)能定理的內(nèi)容是什么？數(shù)學(xué)表達(dá)式怎么寫？物理現(xiàn)象：打樁機(jī)的重錘從高處落下時(shí)，可以把水泥樁打進(jìn)地里，說明了什么呢？說明重錘具有重力勢(shì)能。那么什么是重力勢(shì)能？重力勢(shì)能的大小與哪些因素有關(guān)呢？本節(jié)課我們就來研究這個(gè)問題。新課教學(xué)：1、 重力勢(shì)能1 什么是重力勢(shì)能物體由于被舉高而具有的能量叫重力勢(shì)能。2 重力勢(shì)能的大小與哪些因素有關(guān)？為什么？猜想：因?yàn)橹劐N的質(zhì)量越大，被舉得越高，把水泥樁打進(jìn)地里越深。所以物體的質(zhì)量越大，離地面的高度越高，具有的重力勢(shì)能越大。3 重力勢(shì)能的數(shù)學(xué)表達(dá)式問題：怎樣定量的表示重力勢(shì)能呢？舉例：把一個(gè)質(zhì)量為的物體豎直向上拋出，在它上升和下落的過程中，重力分別做什么功？重力勢(shì)能如何變化？上升過程中，重力做負(fù)功，物體的重力勢(shì)能增大，下落過程中，重力做正功，物體的重力勢(shì)能減小。這就說明重力勢(shì)能和重力做功有密切的關(guān)系。下邊我們就來分析一個(gè)例子：實(shí)例分析：質(zhì)量為的物體從高度為的A點(diǎn)下落到高度為的B點(diǎn)，重力所做的功為多少？重力所做的功為：結(jié)合功和能的關(guān)系：功是能量轉(zhuǎn)化的量度。我們就可以知道重力勢(shì)能的數(shù)學(xué)表達(dá)式一定是： 說明各個(gè)物理量的物理意義。重力勢(shì)能等于物體的質(zhì)量、當(dāng)?shù)刂亓铀俣群透叨热叩某朔e。4 說明重力勢(shì)能是物體和系統(tǒng)共同具有的，離開了地球物體的重力勢(shì)能是不存在的。例1：有一個(gè)質(zhì)量為m=50kg的物體放在四樓的地板上（如放在我們的教室），每層樓高=3m，則該物體的重力勢(shì)能為多大? 重力加速度g=10m/s2。4500J；1500J；3000J；0；1500J；等。同一個(gè)物體的重力勢(shì)能，為什么會(huì)有不同的值呢？是由于所選高度的起點(diǎn)不同而造成的。第一位同學(xué)以一樓地面為參考水平面得到物體的重力勢(shì)能為3mgh，第二位同學(xué)是以三樓地面為參考平面，則物體的重力勢(shì)能為mgh，同理第三位同學(xué)是以二樓地面作為參考平面，得到的重力勢(shì)能為2mgh，而第五位同學(xué)選擇五樓地面為參考面。對(duì)于同一個(gè)物體，選取不同的參考平面，物體的重力勢(shì)能的數(shù)值是不同的，參考平面的選取是任意的，通常選地面為參考平面或物體運(yùn)動(dòng)軌道的最低點(diǎn)處為參考面。4重力勢(shì)能具有相對(duì)性，與參考面選擇有關(guān)。（1） 參考面：規(guī)定重力勢(shì)能為零的水平面。轉(zhuǎn)折：參考面應(yīng)該怎樣選擇呢？（2）參考平面可以任意選擇，實(shí)際中常常選擇地面、軌道的最低點(diǎn)所在的水平面作為參考面。例2：在上例中，將物體由四樓移到三樓，物體的重力勢(shì)能變化了多少？與參考面的選擇有關(guān)系嗎？分析：無論以哪里為參考面，重力勢(shì)能都減少了1500J。 5重力勢(shì)能的變化與參考面的選擇無關(guān)。6重力勢(shì)能是標(biāo)量，其正負(fù)是表示大小的。問題：將物體沿不同路徑由A處移到B處，各個(gè)過程中重力所做的功一樣多嗎？解析：二、重力做功的特點(diǎn)1重力做功與路徑無關(guān)；問題：重力做功與物體重力勢(shì)能的變化有什么關(guān)系呢？討論得到：2重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系（1）當(dāng)物體由高處運(yùn)動(dòng)到低處時(shí)，2，W 表示，重力做正功時(shí)，重力勢(shì)能減少，減少的重力勢(shì)能等于重力所做的功。（2）當(dāng)物體由低處運(yùn)動(dòng)到高處時(shí)，2，W ，表示，物體克服重力做功(重力做負(fù)功)時(shí)，重力勢(shì)能增加，增加的重力勢(shì)能等于物體克服重力所做的功。小結(jié)：，即重力做功等于物體重力勢(shì)能變化的負(fù)值。討論：重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系和動(dòng)能定理矛盾嗎？舉例說明。不矛盾，例如：A自由落體運(yùn)動(dòng)中，B把物體勻速舉高C勻速下落的雨滴3、 勢(shì)能（位能）物理現(xiàn)象：拉弓射箭1彈性勢(shì)能：（1）概念：發(fā)生形變的物體，在恢復(fù)原狀時(shí)能夠?qū)ν庾龉Γ蚨哂心芰?，這種能量叫做彈性勢(shì)能。同學(xué)們能舉幾個(gè)物體具有彈性勢(shì)能的例子嗎? 卷緊的發(fā)條，被拉伸或壓縮的彈簧，拉彎的弓、擊球時(shí)的網(wǎng)球拍或羽毛球拍、撐桿跳高時(shí)的撐桿等。問題：彈性勢(shì)能的大小與哪些因素有關(guān)呢？如圖所示：將一彈簧壓縮不同程度：觀察現(xiàn)象。取一個(gè)硬彈簧，一個(gè)軟彈簧，分別把它們壓縮相同程度，觀察現(xiàn)象。學(xué)生敘述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)一：當(dāng)彈簧壓縮程度越大時(shí)，彈簧把木塊推的越遠(yuǎn)。實(shí)驗(yàn)二：兩根等長(zhǎng)的軟、硬彈簧，壓縮相同程度時(shí)，硬彈簧把木塊彈出的遠(yuǎn)。上述實(shí)驗(yàn)中，彈簧被壓縮時(shí)，要發(fā)生形變，在恢復(fù)原狀時(shí)能夠?qū)δ緣K做功，我們說彈簧具有能，這種能叫彈性勢(shì)能。（2）彈性勢(shì)能和形變程度之間的關(guān)系：形變程度越大，彈性勢(shì)能也越大。2重力勢(shì)能：由地球和地面上的物體的相對(duì)位置決定的能量。兩種勢(shì)能：重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能，對(duì)于重力勢(shì)能，其大小由地球和地面上物體的相對(duì)位置決定，對(duì)于彈性勢(shì)能，其大小由形變程度決定，而形變程度不同，發(fā)生形變的物體的各部分相對(duì)位置也會(huì)發(fā)生變化，得到：勢(shì)能也叫位能。勢(shì)能具有系統(tǒng)性：重力勢(shì)能是物體和地球組成的系統(tǒng)共有的，彈性勢(shì)能是物體的各部分所共有的。3勢(shì)能也叫位能，是由相互作用的物體的相對(duì)位置決定的能量。課堂小結(jié)：1勢(shì)能由物體間的相互作用而產(chǎn)生，由它們的相對(duì)位置而決定。2勢(shì)能是標(biāo)量，負(fù)號(hào)表示其大?。粏挝皇墙苟?。3重力對(duì)物體所做的功與物體的運(yùn)動(dòng)路徑無關(guān)，只跟物體運(yùn)動(dòng)的始末位置有關(guān)，重力所做的功等于物體始末位置的重力勢(shì)能之差。4重力勢(shì)能是地球和地面上的物體共同具有的，一個(gè)物體的重力勢(shì)能的大小與參考平面的選取有關(guān)。布置作業(yè)：P66-67,1,2,3鞏固練習(xí)：1關(guān)于重力做功和物體的重力勢(shì)能，下列說法中正確的是（ABD）A當(dāng)重力對(duì)物體做正功時(shí)，物體的重力勢(shì)能一定減少；B物體克服重力做功時(shí)，物體的重力勢(shì)能一定增加；C地球上任何一個(gè)物體的重力勢(shì)能都有一個(gè)確定值；D重力做功的多少與參考平面的選取無關(guān)。2在水平面上豎直放置一輕質(zhì)彈簧，有一物體在它的正上方自由落下，在物體壓縮彈簧速度減為零時(shí)（C）A物體的重力勢(shì)能最大；B物體的動(dòng)能最大；C彈簧的彈性勢(shì)能最大；D彈簧的彈性勢(shì)能最小。3一個(gè)物體從距地面的高度為H處自由下落，當(dāng)它的動(dòng)能與其重力勢(shì)能相等時(shí)，需要下落的時(shí)間為A.B.C.D.4一根均勻的直棒平放在地面，將它豎直立起時(shí)O點(diǎn)不滑動(dòng)，若棒的質(zhì)量為，棒長(zhǎng)為L(zhǎng)，則棒被豎直立起時(shí)外力做功至少為_，重力做功為_，物體克服重力做的功為_，棒的重力勢(shì)能增加了_，外力作用點(diǎn)越靠近右端時(shí)用的力_，但做的功_.答案：.越小，不變5如圖所示，輕質(zhì)長(zhǎng)繩水平地跨過距2L的兩個(gè)定滑輪AB上，質(zhì)量為的物塊