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2019-2020年高中物理《勢能的改變》教案5 魯科版必修2 【教學目標】 ㈠知識與技能 1．理解重力勢能的概念，能用重力勢能的表達式計算重力勢能，知道重力勢能具有相對性、重力勢能的變化具有絕對性。 2．理解重力做功與重力勢能的關系，并能用這一結(jié)論解決一些簡單的實際問題，知道重力做功與運動路徑無關。 3．理解重力做功是物體重力勢能變化的量度。 4．知道彈性勢能的初步概念。 5.知道探究彈性勢能表達式的思路 ㈡過程與方法 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)歷提出問題、猜想、邏輯推理和類比的方法探究彈性勢能 ㈢情感態(tài)度與價值觀 1．滲透從對生活中有關物理現(xiàn)象的觀察，得到物理結(jié)論的方法，激發(fā)和培養(yǎng)學生探索自然規(guī)律的興趣。 2．體驗科學不僅僅是認識自然，挑戰(zhàn)自然，更在于能動的改造自然。 【重點難點】 重點：重力勢能的概念及重力做功跟重力勢能改變的關系。 難點：重力勢能的相對性、重力勢能變化的絕對性、及WG=Ep1-Ep2 關系的得出及應用 推導拉伸彈簧時，用微分思想和積分思想求解拉力所做功的表達式。 【設計思想】 本節(jié)課的教學方法采用：理論探究法、講授法、歸納法。 【新課教學】 (一)新課引入：觀賞雪崩視頻。提出為什么雪崩的威力如巨大？-----因為雪的速度達到97m/s 作用在每平方米的作用力達到4-5噸，引發(fā)氣浪能量驚人。為什么有這么高的能量呢 一、重力勢能的改變 1．重力勢能 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“儲存”著一種能量，這就是重力勢能，即：重力勢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能的含義可以看出，它與物體的重力和高度有關，也就是說物體質(zhì)量越大、所處的位置越高，所蘊含的重力勢能越大。 在物理學中，把物體的重力勢能表示為： Ep＝mgh 2.重力勢能公式的理論推導: 功是能量變化的量度，重力勢能的變化也可用做功表示出來。例如，用一外力把一質(zhì)量為m的物體勻速舉高h，由于是勻速上升，物體的動能不變，外力舉高物體做的功W＝mgh全部用于增加物體的重力勢能。而此過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能。用Ep表示勢能，則處于高度h處的物體的重力勢能為： Ep＝mgh 即重力勢能等于物體重力與高度的乘積。 從勢能公式的推導可以看出：在國際單位制中的勢能的單位是焦耳(J)，是標量。它是由物體所處的位置狀態(tài)決定的，所以與動能一樣是狀態(tài)量。 學生練習： 以桌面為零點的小球的重力勢能：Ep1＝mgh1， 以地面為零點的小球的重力勢能：Ep2＝mg(h1+h2)， 因此，重力勢能是與零點選取有關的，在表達重力勢能時，要說明明勢能零點的位置。 學生練習： 以桌面為零點：球落在桌面上和落在地面上時與初態(tài)的重力勢能差： ΔEp1＝-mgh1　　　　　　ΔEp2＝-mg(h1+h2) 以地面為零點：球落在桌面上和落在地面上時與初態(tài)的重力勢能差： ΔEp1＝-mgh1　　ΔEp2＝-mg(h1+h2) 因此，不論如何選擇參照系，對于一物理過程，重力勢能的改變是一定的。 3．重力做功與重力勢能的變化關系 (1)重力做功與重力勢能的變化 分析物體上升和下落過程中重力做功與重力勢能的變化，如圖3， 上升過程中，重力做功為-mgh，重力勢能增加mgh 下落過程中，重力做功為mgh，重力勢能減少mgh， (或稱增加-mgh) 分析兩個質(zhì)量均為m的小球從高為h1的A點下落到高h2的B處。其中一個做自由落體運動，另一個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，重力勢能就減少多少； 重力做多少負功(或稱克服重力做了多少功)，重力勢能就增加多少。即重力做功等于重力勢能的減少量。 重力做功與重力勢能的關系與物體有無受到其他力、做怎樣的運動無關。 若用W。表示重力做功，Ep1表示初態(tài)的重力勢能，Ep2表示末態(tài)的重力勢能，則上述關系可表達為： WG＝Ep1-Ep2＝ΔEp。 強調(diào)注意公式中兩個勢能的先后位置和ΔEp前負號的意義(-ΔEp指減少量)。 WG＝-ΔEp (2)重力做功的特點 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，再水平運動到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：重力做功與路徑無關，只與物體起點和終點位置的高度差有關。 問題1：如果地球引力消失了，那么重力勢能還存在嗎？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位置，所以重力勢能屬于地球-物體所組成的系統(tǒng)，一般講物體具有多少勢能是一種不確切的說法。 問題2：其他力(比如摩擦力)做功是否與路徑有關？ 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，因為兩路經(jīng)克服摩擦力的功不相等，也就沒有“摩擦勢能”這個概念了。 除重力勢能外，還有其他形式的勢能。勢能是系統(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關，而只與物體的相對位置有關的特點，人們把這類由相對位置決定的能統(tǒng)稱勢能，如：彈性勢能、分子勢能、電勢能、核勢能等。 二、彈性勢能的改變 4．彈性勢能 (1)什么是彈性勢能 通過舉例，發(fā)生彈性形變的物體，在恢復形變時能對外界做功，所以它也具有一種潛在的能量，稱之為彈性勢能。 (2)彈性勢能與什么因素有關？ 以彈簧為例，引導學生得出彈性勢能隨彈簧勁度系數(shù)和形變量增大而增大的結(jié)論。 用力F緩慢將彈簧拉長L，所需的力是一個變力，根據(jù)功與能的關系，外力F所做的功就等于彈簧增加的彈性勢能，如何計算變力的功呢？-------閱讀課本P4的拓展一步。 畫出F—S(X)的圖像。 (3)彈力做功與彈性勢能的關系：與重力做功相似。彈力對外做了多少功，彈性勢能就減少多少；反之，克服彈力做了多少功，彈性勢能就增加多少。彈性勢能由彈簧各部分相對位置決定。象重力、彈力、分子力、電場力、核力這些與勢能聯(lián)系的力在物理學中統(tǒng)稱保守力，做功都有如上的特點。 Wkx＝-ΔEp 5．例題講解與討論 例1．圖5表示一個斜拋物體的運動，當物體由拋出位置1運動到最高位置2時，重力做功是多少？重力勢能改變了多少？由位置2運動到跟位置1在同一水平面上的位置3時，重力做功和重力勢能的變化是多少？由位置1運動到位置3呢？ 解答：由位置1→2，重力做功-mgh，重力勢能增大mgh；由位置2→3，重力做功mgh，重力勢能減少mgh(增加-mgh)；由位置1→3，重力做功和勢能變化均為零。 (三)課堂小結(jié) 1.對勢能的含義和表達式 2. 強調(diào)重力做功的特點和重力做功與重力勢能變化關系