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2019-2020年高中物理《勢(shì)能的改變》教案5 魯科版必修2 【教學(xué)目標(biāo)】 ㈠知識(shí)與技能 1．理解重力勢(shì)能的概念，能用重力勢(shì)能的表達(dá)式計(jì)算重力勢(shì)能，知道重力勢(shì)能具有相對(duì)性、重力勢(shì)能的變化具有絕對(duì)性。 2．理解重力做功與重力勢(shì)能的關(guān)系，并能用這一結(jié)論解決一些簡(jiǎn)單的實(shí)際問(wèn)題，知道重力做功與運(yùn)動(dòng)路徑無(wú)關(guān)。 3．理解重力做功是物體重力勢(shì)能變化的量度。 4．知道彈性勢(shì)能的初步概念。 5.知道探究彈性勢(shì)能表達(dá)式的思路 ㈡過(guò)程與方法 1.經(jīng)歷發(fā)散思維和理論探究歸納能力，培養(yǎng)邏輯思維的能力。 2.經(jīng)歷提出問(wèn)題、猜想、邏輯推理和類比的方法探究彈性勢(shì)能 ㈢情感態(tài)度與價(jià)值觀 1．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。 2．體驗(yàn)科學(xué)不僅僅是認(rèn)識(shí)自然，挑戰(zhàn)自然，更在于能動(dòng)的改造自然。 【重點(diǎn)難點(diǎn)】 重點(diǎn)：重力勢(shì)能的概念及重力做功跟重力勢(shì)能改變的關(guān)系。 難點(diǎn)：重力勢(shì)能的相對(duì)性、重力勢(shì)能變化的絕對(duì)性、及WG=Ep1-Ep2 關(guān)系的得出及應(yīng)用 推導(dǎo)拉伸彈簧時(shí)，用微分思想和積分思想求解拉力所做功的表達(dá)式。 【設(shè)計(jì)思想】 本節(jié)課的教學(xué)方法采用：理論探究法、講授法、歸納法。 【新課教學(xué)】 (一)新課引入：觀賞雪崩視頻。提出為什么雪崩的威力如巨大？-----因?yàn)檠┑乃俣冗_(dá)到97m/s 作用在每平方米的作用力達(dá)到4-5噸，引發(fā)氣浪能量驚人。為什么有這么高的能量呢 一、重力勢(shì)能的改變 1．重力勢(shì)能 被舉高的重物一旦下落就可以做功，表明處于一定高度的重物“儲(chǔ)存”著一種能量，這就是重力勢(shì)能，即：重力勢(shì)能是由于物體處于一定高度而具有的能量。 引入試卷例題從重力勢(shì)能的含義可以看出，它與物體的重力和高度有關(guān)，也就是說(shuō)物體質(zhì)量越大、所處的位置越高，所蘊(yùn)含的重力勢(shì)能越大。 在物理學(xué)中，把物體的重力勢(shì)能表示為： Ep＝mgh 2.重力勢(shì)能公式的理論推導(dǎo): 功是能量變化的量度，重力勢(shì)能的變化也可用做功表示出來(lái)。例如，用一外力把一質(zhì)量為m的物體勻速舉高h(yuǎn)，由于是勻速上升，物體的動(dòng)能不變，外力舉高物體做的功W＝mgh全部用于增加物體的重力勢(shì)能。而此過(guò)程中克服重力做功亦為mgh，也就是克服重力做了多少功，就獲得了多少重力勢(shì)能。用Ep表示勢(shì)能，則處于高度h處的物體的重力勢(shì)能為： Ep＝mgh 即重力勢(shì)能等于物體重力與高度的乘積。 從勢(shì)能公式的推導(dǎo)可以看出：在國(guó)際單位制中的勢(shì)能的單位是焦耳(J)，是標(biāo)量。它是由物體所處的位置狀態(tài)決定的，所以與動(dòng)能一樣是狀態(tài)量。 學(xué)生練習(xí)： 以桌面為零點(diǎn)的小球的重力勢(shì)能：Ep1＝mgh1， 以地面為零點(diǎn)的小球的重力勢(shì)能：Ep2＝mg(h1+h2)， 因此，重力勢(shì)能是與零點(diǎn)選取有關(guān)的，在表達(dá)重力勢(shì)能時(shí)，要說(shuō)明明勢(shì)能零點(diǎn)的位置。 學(xué)生練習(xí)： 以桌面為零點(diǎn)：球落在桌面上和落在地面上時(shí)與初態(tài)的重力勢(shì)能差： ΔEp1＝-mgh1　　　　　　ΔEp2＝-mg(h1+h2) 以地面為零點(diǎn)：球落在桌面上和落在地面上時(shí)與初態(tài)的重力勢(shì)能差： ΔEp1＝-mgh1　　ΔEp2＝-mg(h1+h2) 因此，不論如何選擇參照系，對(duì)于一物理過(guò)程，重力勢(shì)能的改變是一定的。 3．重力做功與重力勢(shì)能的變化關(guān)系 (1)重力做功與重力勢(shì)能的變化 分析物體上升和下落過(guò)程中重力做功與重力勢(shì)能的變化，如圖3， 上升過(guò)程中，重力做功為-mgh，重力勢(shì)能增加mgh 下落過(guò)程中，重力做功為mgh，重力勢(shì)能減少mgh， (或稱增加-mgh) 分析兩個(gè)質(zhì)量均為m的小球從高為h1的A點(diǎn)下落到高h(yuǎn)2的B處。其中一個(gè)做自由落體運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)則在重力和阻力共同作用下豎直下落。 f h1 h1 G G h2 h2 結(jié)論： 重力做多少正功，重力勢(shì)能就減少多少； 重力做多少負(fù)功(或稱克服重力做了多少功)，重力勢(shì)能就增加多少。即重力做功等于重力勢(shì)能的減少量。 重力做功與重力勢(shì)能的關(guān)系與物體有無(wú)受到其他力、做怎樣的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。 若用W。表示重力做功，Ep1表示初態(tài)的重力勢(shì)能，Ep2表示末態(tài)的重力勢(shì)能，則上述關(guān)系可表達(dá)為： WG＝Ep1-Ep2＝ΔEp。 強(qiáng)調(diào)注意公式中兩個(gè)勢(shì)能的先后位置和ΔEp前負(fù)號(hào)的意義(-ΔEp指減少量)。 WG＝-ΔEp (2)重力做功的特點(diǎn) 如圖2，物體從A→C，重力做的功： 圖A是物體由A做自由落體到B，再水平運(yùn)動(dòng)到C，重力做功為mgh； 圖B是物體沿斜面由A滑到C，重力做功為：mgssinθ＝mgh； 圖C是物體沿曲面由A滑到C，可以把曲面看成很多段小斜面組成，利用圖B的結(jié)論可以得出，重力做功也為mgh。 結(jié)論：重力做功與路徑無(wú)關(guān)，只與物體起點(diǎn)和終點(diǎn)位置的高度差有關(guān)。 問(wèn)題1：如果地球引力消失了，那么重力勢(shì)能還存在嗎？重力是地球與物體之間的作用力，重力做功涉及重力與地球物體的相對(duì)位置，所以重力勢(shì)能屬于地球-物體所組成的系統(tǒng)，一般講物體具有多少勢(shì)能是一種不確切的說(shuō)法。 問(wèn)題2：其他力(比如摩擦力)做功是否與路徑有關(guān)？ 2 1 沿不同路徑克服摩擦力做功的數(shù)值不相等，如路徑1的功為W1，路徑2的功為W2，因?yàn)閮陕方?jīng)克服摩擦力的功不相等，也就沒(méi)有“摩擦勢(shì)能”這個(gè)概念了。 除重力勢(shì)能外，還有其他形式的勢(shì)能。勢(shì)能是系統(tǒng)中各物體之間存在相互作用而具有的能，聯(lián)系這種能的力做功多有做功與路徑無(wú)關(guān)，而只與物體的相對(duì)位置有關(guān)的特點(diǎn)，人們把這類由相對(duì)位置決定的能統(tǒng)稱勢(shì)能，如：彈性勢(shì)能、分子勢(shì)能、電勢(shì)能、核勢(shì)能等。 二、彈性勢(shì)能的改變 4．彈性勢(shì)能 (1)什么是彈性勢(shì)能 通過(guò)舉例，發(fā)生彈性形變的物體，在恢復(fù)形變時(shí)能對(duì)外界做功，所以它也具有一種潛在的能量，稱之為彈性勢(shì)能。 (2)彈性勢(shì)能與什么因素有關(guān)？ 以彈簧為例，引導(dǎo)學(xué)生得出彈性勢(shì)能隨彈簧勁度系數(shù)和形變量增大而增大的結(jié)論。 用力F緩慢將彈簧拉長(zhǎng)L，所需的力是一個(gè)變力，根據(jù)功與能的關(guān)系，外力F所做的功就等于彈簧增加的彈性勢(shì)能，如何計(jì)算變力的功呢？-------閱讀課本P4的拓展一步。 畫(huà)出F—S(X)的圖像。 (3)彈力做功與彈性勢(shì)能的關(guān)系：與重力做功相似。彈力對(duì)外做了多少功，彈性勢(shì)能就減少多少；反之，克服彈力做了多少功，彈性勢(shì)能就增加多少。彈性勢(shì)能由彈簧各部分相對(duì)位置決定。象重力、彈力、分子力、電場(chǎng)力、核力這些與勢(shì)能聯(lián)系的力在物理學(xué)中統(tǒng)稱保守力，做功都有如上的特點(diǎn)。 Wkx＝-ΔEp 5．例題講解與討論 例1．圖5表示一個(gè)斜拋物體的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)物體由拋出位置1運(yùn)動(dòng)到最高位置2時(shí)，重力做功是多少？重力勢(shì)能改變了多少？由位置2運(yùn)動(dòng)到跟位置1在同一水平面上的位置3時(shí)，重力做功和重力勢(shì)能的變化是多少？由位置1運(yùn)動(dòng)到位置3呢？ 解答：由位置1→2，重力做功-mgh，重力勢(shì)能增大mgh；由位置2→3，重力做功mgh，重力勢(shì)能減少mgh(增加-mgh)；由位置1→3，重力做功和勢(shì)能變化均為零。 (三)課堂小結(jié) 1.對(duì)勢(shì)能的含義和表達(dá)式 2. 強(qiáng)調(diào)重力做功的特點(diǎn)和重力做功與重力勢(shì)能變化關(guān)系