第七章 機(jī)械能守恒定律第四節(jié) 重力勢(shì)能【教學(xué)目標(biāo)】一、知識(shí)與技能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.，會(huì)求重力做功和重力勢(shì)能的改變。二、過程與方法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.學(xué)會(huì)從功和能的關(guān)系上解釋和分析物理形象.三、情感態(tài)度與價(jià)值觀滲透從對(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.【教學(xué)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.【教學(xué)難點(diǎn)】重力勢(shì)能的系統(tǒng)性和相對(duì)性【教學(xué)課時(shí)】1課時(shí)【教學(xué)過程】1、 新課導(dǎo)入 首先我們先來了解一下水力發(fā)電站是如何發(fā)電的，由于高處的水在重力的作用下，水由高處落下，此時(shí)水的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，運(yùn)動(dòng)的水流再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)作將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。那么什么是重力勢(shì)能呢？在初中的時(shí)候，我們學(xué)過物體由于被舉高而具有的能量叫重力勢(shì)能。那么重力勢(shì)能又與哪一些因素有關(guān)呢？重力勢(shì)能跟物體的質(zhì)量和高度都有關(guān)系，且物體的質(zhì)量越大，高度越大，重力勢(shì)能就越大.引入：那么，怎樣定量地表示重力勢(shì)能呢?二、新課教學(xué)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，物體克服重力做功(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。教師：我們學(xué)過了功和能之間的關(guān)系，我們知道力對(duì)物體做了多少功，物體的能量就將變化多少，那么同學(xué)們認(rèn)為重力所做的功與物體重力勢(shì)能的變化之間有什么關(guān)系?學(xué)生：重力所做的功等于物體重力勢(shì)能的變化.(一)重力做的功我們先來分析在以下情景中重力做功分別為多少。圖1如圖1，小球由h1的高度落到h2的高度，位移為h=h1-h2，所以重力所做的功為WG=mgh=mg（h1-h2）=mgh1-mgh2圖2如圖2，小球沿斜面從A點(diǎn)到運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn),位移為L(zhǎng)，WG=mgLcos=mgh=mg（h1-h2）=mgh1-mgh2圖3如圖3，物體沿任意路徑運(yùn)動(dòng)，我們可以把整個(gè)路徑分成很多很短的小段，每一小段都可以看成一個(gè)斜面設(shè)，設(shè)每個(gè)小斜面的高度差是h1，h2，h3，那么每一個(gè)小斜面重力所做的功是mgh1，mgh2，mgh3，所以通過整條路徑重力所做的功就等于重力在每一個(gè)小斜面上所做的功的代數(shù)和，即WG=mgh1+mgh2+mgh3+=mgh=mgh1-mgh2所以分析表明：物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力對(duì)它做的功只跟它的起點(diǎn)和終點(diǎn)位置有關(guān)，而跟物體運(yùn)動(dòng)的路徑無關(guān)。重力做功的大小等于物重跟起點(diǎn)高度的乘積mgh1與物重跟終點(diǎn)高度的乘積mgh2兩者之差。(二)重力勢(shì)能 看起來，物體所受重力mg與它所處位置高度h的乘積mgh，是一個(gè)具有特殊物理意義的物理量。一方面與重力做功密切關(guān)系，另一方面隨著高度的增加而增加，隨著質(zhì)量的增加而增加，恰與勢(shì)能的基本特征一致。因此我們把物理量mgh叫做物體的重力勢(shì)能。.定義：物體由于處于一定的高度而具有的能量叫做重力勢(shì)能，物體的質(zhì)量越大，離地面越高，物體的重力勢(shì)能就越大。2表達(dá)式：Ep=mgh即物體的重力勢(shì)能等于它所受重力與所處高度的乘積。3.單位：焦耳，J。4.標(biāo)量。5.對(duì)重力勢(shì)能的理解 重力勢(shì)能的相對(duì)性：物體的高度總是相對(duì)某個(gè)平面來說的，所以重力勢(shì)能也是相對(duì)于某個(gè)平面來說的，所以我們?cè)谥v一個(gè)物體具有多少重力勢(shì)能時(shí)，我們先選擇一個(gè)參考平面，物體在這個(gè)參考平面上高度為零，重力勢(shì)能為零。參考平面的選取是任意的，視處理問題的方便而定，一般可以選擇地面或者物體運(yùn)動(dòng)所達(dá)到的最低點(diǎn)為參考平面。如上圖所示，選擇二樓的地面為參考平面，二樓的物體相對(duì)參考平面高度為正值，具有正的重力勢(shì)能，表示物體的重力勢(shì)能比在參考平面上的具有的重力勢(shì)能大；一樓的物體相對(duì)參考平面高度為負(fù)值，具有負(fù)的重力勢(shì)能，表示物體的重力勢(shì)能比在參考平面上具有的的重力勢(shì)能小。重力勢(shì)能的大小與零勢(shì)能參考平面的選取有關(guān)，零勢(shì)能參考平面不同，同一點(diǎn)的重力勢(shì)能也不同。所以要比較重力勢(shì)能的大小時(shí)，應(yīng)該選擇同一個(gè)零勢(shì)能參考平面。 不管選取哪一個(gè)零勢(shì)能參考平面，Ep=EpB-EpA=-2mgh,重力勢(shì)能的變化量是不變的，所以重力勢(shì)能的變化具有絕對(duì)性，與零勢(shì)能參考平面的選取無關(guān)。重力勢(shì)能的系統(tǒng)性：重力勢(shì)能是物體和地球所組成的系統(tǒng)共同具有的能量。重力勢(shì)能跟重力做功密切相關(guān)，而重力是地球與物體之間的相互作用力。也就是說，倘若沒有地球，就談不上重力。所以，嚴(yán)格說來，重力勢(shì)能是地球與物體所組成的這個(gè)物體“系統(tǒng)”所共有的，而不是地球上的物體單獨(dú)具有的。(三)重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系如圖所示，質(zhì)量為m的物體自高度h1處的A點(diǎn)，落到高度為h2的B點(diǎn)。左圖只受重力的作用，右圖受到重力和阻力的共同作用。重力做功：WG=mgh=mg（h1-h2）=mgh1-mgh2A處的重力勢(shì)能：EpA=mgh1B處的重力勢(shì)能：EpB=mgh2重力勢(shì)能的變化量：Ep=EpB-EpA=mgh2-mgh1兩種情況的重力勢(shì)能變化一樣，說明物體重力勢(shì)能的變化只與重力做功有關(guān)，與其它力做功無關(guān)。當(dāng)重力對(duì)物體做正功時(shí)，物體的重力勢(shì)能減少，重力做做多少正功，重力勢(shì)能就減少多少；當(dāng)重力對(duì)物體做負(fù)功時(shí)，物體的重力勢(shì)能增加，重力做做多少負(fù)功，重力勢(shì)能就增加多少。三、課堂小結(jié)【板書設(shè)計(jì)】7.4重力勢(shì)能1.重力做功的特點(diǎn)：只與初末位置的高度差有關(guān)，與路徑無關(guān)2.重力勢(shì)能：物體由于被舉高而具有的能量。Ep=mgh相對(duì)性參考平面3.重力勢(shì)能的變化量WG=-Ep 絕對(duì)性【教學(xué)反思】在初中階段只是定性的分析了重力勢(shì)能和那些因素有關(guān)，那么高中階段就要定量的表示重力勢(shì)能的大小，從感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)的轉(zhuǎn)變。上了這節(jié)課之后，感覺還差了從感性到理性的轉(zhuǎn)變，如果能夠?qū)胍粋€(gè)視屏，不僅能夠更加吸引學(xué)生的注意力，更能使他們對(duì)重力勢(shì)能有更深刻的理解。講到重力勢(shì)能是標(biāo)量，但是有正、負(fù)的時(shí)候，可以類比溫度，正負(fù)表示的是大??；在講重力勢(shì)能的變化量，可以類比速度的變化量，都是由末狀態(tài)的量減去初狀態(tài)的量。從而使學(xué)生能夠更加容易理解，更加容易記住。