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2019-2020年高中物理《勢能的改變》教案6 魯科版必修2 教學(xué)內(nèi)容:《普通高中課程標準物理教科書物理（２）》（魯科版）第二章第二節(jié)《勢能的改變》 設(shè)計思路： 本節(jié)首先通過視頻復(fù)習(xí)重力勢能的概念，讓學(xué)生感到物理就在自己熟悉的自然現(xiàn)象中，其次由學(xué)生探究重力勢能的影響因素，經(jīng)歷探究過程，發(fā)展探究能力，同時加深在實驗中控制變量法的應(yīng)用；接著設(shè)置問題情境，引導(dǎo)學(xué)生探究重力做功與重力勢能變化的關(guān)系，加深對重力勢能的理解，同時學(xué)習(xí)科學(xué)的思維方法，最后通過類比的思想和做課本的迷你實驗理解彈性勢能，讓學(xué)生既體會到成功的喜悅，又感到用生活中簡單的物品就可研究物理問題，激發(fā)了研究物理問題的興趣。本節(jié)設(shè)計注重創(chuàng)設(shè)情境，關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)過程的體驗，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，體驗成功的樂趣，在理解新知識的同時感悟科學(xué)的研究方法。 教材分析： “勢能的改變”是下節(jié)“能量守恒定律”的知識基礎(chǔ)，是本章的一個重要知識點。本節(jié)進述重力勢能及其相對性，重力勢能的變化以及與重力做功的關(guān)系和彈性勢能的變化與彈力做功的關(guān)系。重力功和重力勢能的關(guān)系，是學(xué)生第一次接觸到的功能關(guān)系的例子，功能關(guān)系的知識從此開始滲透。因此，對重力勢能的學(xué)習(xí)，需要比較系統(tǒng)和深入。彈簧的彈力做功也跟路徑無關(guān)，用相同的思路分析彈力功跟彈性勢能的關(guān)系，是對功能關(guān)系的又一次滲透。 學(xué)生分析： 1、學(xué)生在初中時學(xué)生已接觸過重力勢能的概念，在高中階段要定量的解決重力勢能。 2、學(xué)生已學(xué)習(xí)了功的概念和計算方法。通過重力做功的計算來判斷重力勢能的變化，通過彈性做功來判斷彈性勢能的變化。 3、高中的學(xué)生具有一定自主探究能力，因而，在教學(xué)中以學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)為主，引導(dǎo)他們自覺主動地去討論探究 教學(xué)目標： 一、知識與技能 1.理解重力勢能的概念，會用重力勢能的定義進行計算；知道重力勢能的相對性； 2.理解重力勢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. 了解彈性勢能. 二、過程與方法 1、經(jīng)歷自主探究過程和根據(jù)一定的關(guān)系推導(dǎo)出物理量表達式的過程 2、滲透從對生活中有關(guān)物理現(xiàn)象的觀察，得到物理結(jié)論的方法和類比思想 3、學(xué)會從功和能的關(guān)系上分析和解釋物理現(xiàn)象. 三、情感態(tài)度與價值觀 感受探究過程與現(xiàn)實生活經(jīng)驗的聯(lián)系,滲透從對生活中有關(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. 重點難點 重點：重力勢能的的概念及重力做功跟重力勢能改變的關(guān)系。 難點：重力勢能的相對性、重力勢能變化的絕對性。 教學(xué)過程 導(dǎo)入新課 放錄像：節(jié)選美麗的東北雪景，緊接著過渡到大雪山的壯觀，在學(xué)生正看得津津有味時，跳到雪山發(fā)生雪崩，大雪以排山倒海之勢，摧毀一切，給人類和自然帶來巨大的災(zāi)難. 教師：為什么看起來非常漂亮的雪花會有如此大的破壞力呢？ 學(xué)生：由于具有巨大的能量. 學(xué)生：接著觀看錄像，思考問題. 重錘把水泥樁打進地里，說明重錘對水泥樁做了功.據(jù)功和能的關(guān)系，既然重錘可以對水泥樁做功，表明重錘具有能. 在初中，我們已經(jīng)學(xué)過：物體由于被舉高而具有的能量叫重力勢能.那么重力勢能的大小與什么有關(guān)，又如何定量表示呢？除了重力勢能以外還有其他形式的勢能嗎？本節(jié)課我們就來研究解決這些問題. 一、重力勢能 (一)探究EP=mgh 程序一：提出問題：重力勢能的大小與什么因素有關(guān)？ 程序二：建立假設(shè) 師：同學(xué)們可以根據(jù)已有的知識和經(jīng)驗，大膽提出自己的假設(shè)，并且說明你的理由。 生：高度有關(guān)。①由定義：地球上的物體由于處于一定的高度而具有的能量，我們把這種能量叫做重力勢能。②例如，放在地面上的石頭沒有殺傷力，一旦從較高處落下，就會很危險；打樁機重錘越高，樁陷得越深。 生：①與物體的質(zhì)量（重力）有關(guān)。如果懸掛在頭頂之上的是一團棉花，不是杠鈴，就不會覺得可怕。②如果你的頭頂電線下懸掛的不是日光燈，而是200千克的杠鈴，你有何感受？ 生：與質(zhì)量和高度都有關(guān)系。 程序三：檢驗假設(shè) ①實驗定性檢驗 出示實驗器材：鐵球(兩個大小、質(zhì)量均相同的的小球，一個大小和質(zhì)量不一樣的小球)、透明玻璃容器、沙子、兩個一樣的自制小方凳 引導(dǎo)分析通過變量控制法進行實驗， 實驗一：分別使質(zhì)量不等的兩個小球從同一個高度落下； 實驗二：使兩個質(zhì)量一樣的小球從不同高度落下； 引導(dǎo)學(xué)生觀察實驗和分析實驗現(xiàn)象說明重力勢能的大小與質(zhì)量和高度之間的定性關(guān)系 得到：同一高度的物體：質(zhì)量越大，重力勢能越大； 質(zhì)量相同的物體：高度越高，重力勢能越大。 教師指出：根據(jù)定量的研究，把物體的重力勢能表示為： EP=mgh （二）理解EP=mgh 主要采取講授式和自學(xué)討論 ①標矢性：標量 ②單位：焦耳（J） ③相對性：Ep與參考平面（零勢能面）的選擇有關(guān) ④系統(tǒng)性：重力勢能為地球與物體所共有的，重力勢能具有系統(tǒng)性。為了敘述方便，可以說成是某一物體的重力勢能。 [重力勢能的相對性和系統(tǒng)性] 教師：引導(dǎo)學(xué)生閱讀課文相關(guān)內(nèi)容.投影閱讀思考題： （1）為什么說重力勢能具有相對性？ （2）什么是參考平面？參考平面的選取是唯一確定的嗎？ （3）選擇不同的參考平面，物體的重力勢能的數(shù)值是否相同？ （4）如果物體在參考平面的上方，重力勢能取什么值？表示什么含義？ （5）如果物體在參考平面的下方，重力勢能取什么值？表示什么含義？ 學(xué)生：帶著問題閱讀教材，然后選出代表發(fā)言. 教師：聽取學(xué)生匯報，總結(jié)點評： 1.重力勢能總是相對于某個水平面來說的，這個水平面叫參考平面.參考平面選取不同，重力勢能的數(shù)值就不同.可見，重力勢能具有相對性. 選擇哪個水平面作為參考平面，可視具體情況而定，通常選擇地面作為參考平面. 2.選擇不同的參考平面，物體的重力勢能的數(shù)值是不同的。 3.對選定的參考平面而言，在參考平面上方的物體，高度是正值，重力勢能也是正值，表示物體在該位置具有的重力勢能比在參考平面具有的重力勢能要大. 4.在參考平面下方的物體，高度是負值，物體具有負的重力勢能，表示物體在該位置具有的重力勢能比在參考平面上具有的重力勢能要少. 【知識拓展】 重力勢能和重力有關(guān)，而重力是地球施加給物體的，沒有地球，也就談不上重力勢能.可見，重力勢能是“地球和物體”這個系統(tǒng)共有的. 過渡語：功是能量變化的量度，合外力做功是物體動能變化的量度，物體重力勢能發(fā)生變化與什么力做功相對應(yīng)呢？ 二、重力做功與重力勢能的改變 實例探究 設(shè)置情景：一小球從A點下落到B點，設(shè)小球質(zhì)量為1kg ,g取10m/s2,h1=20m,h2=10m,要求學(xué)生填寫以下二個表格 Ff G G A B h1 h2 Ff (2)小球受重力和阻力的共同作用 G G A B h1 h2 (1)小球僅受重力作用 以地面為零高度 研究過程 物體在各點的重力勢能 小球僅受重力的作用下 小球在重力和空氣阻力的作用下 重力勢能的改變 重力做功 重力勢能的改變 重力做功 A到B EpA= EpB= EPB- EPa= EPB- EPa= B到A EpA= EpB= EPA- EPB= EPA- EPB= 以A點為零高度 研究過程 物體在各點的重力勢能 小球僅受重力的作用下 小球在重力和空氣阻力的作用下 重力勢能的改變 重力做功 重力勢能的改變 重力做功 A到B EpA= EpB= EPB- EPa= EPB- EPa= B到A EpA= EpB= EPA- EPB= EPA- EPB= 完成表格后學(xué)生探究：從表格中能總結(jié)出什么規(guī)律？ 引導(dǎo)：①重力勢能與零勢面選取有關(guān)嗎？物體在某兩點間重力勢能的改變與零勢面選取有關(guān)嗎？（指出改變量是末狀態(tài)量減去初狀態(tài)量） ②物體在某兩點間重力勢能的改變與重力做功有什么關(guān)系？與是否有除重力之外的其他力存在或參與做功有關(guān)嗎？ 經(jīng)過討論，總結(jié)規(guī)律： ①重力勢能的具有相對性（相對于不同的參考平面重力勢能的大小不同），確定了參考平面，物體重力勢能才有確定值。重力勢能的變化與零勢能面的選取無關(guān)，具有絕對性 ②重力勢能的變化與重力做功的關(guān)系。 小球下落，這一過程中重力做正功，重力勢能減少，重力做多少功，重力勢能減少多少；小球上升重力做負功，重力勢能增加，重力做多少負功，重力勢增加多少；與是否有除重力之外的其他力存在或參與做功無關(guān)。 公式：WG=Ep1-Ep2 說明：WG表示重力做的功；Ep1表示物體初位置的重力勢能；Ep2表示物體末位置的重力勢能. 三、重力做功和物體運動路徑的關(guān)系 A B 討論和交流：課本p29的討論與交流 如圖，小球以不同的路徑從某一高度A運動到B點，重力對小球做功大小有什么關(guān)系？說明了什么？ 教師引導(dǎo)： ①從“力做功的兩個要素：力與力方向上的位移”的角度思考。 ②從功能關(guān)系：重力做功是引起物體重力勢能變化的唯一因素的角度思考。 結(jié)論：重力做功只與物體始末位置的高度差有關(guān)，與路徑無關(guān)。 四、彈性勢能的改變 1、彈性勢能和彈性勢能的改變 【演示】 裝置如圖所示： 將一木塊靠在彈簧上，壓縮后松手，彈簧將木塊彈出. 分別用一個硬彈簧和一個軟彈簧做上述實驗，分別把它們壓縮后松手，觀察現(xiàn)象. 學(xué)生：觀察并敘述實驗現(xiàn)象. 現(xiàn)象一：同一根彈簧，壓縮程度越大時，彈簧把木塊推得越遠. 現(xiàn)象二：兩根等長的軟、硬彈簧，壓縮相同程度時，硬彈簧把木塊彈出得遠. 師生共同分析，得出結(jié)論： 上述實驗中，彈簧被壓縮時，要發(fā)生形變，在恢復(fù)原狀時能夠?qū)δ緣K做功，因而具有能量，這種能量叫做彈性勢能. 教師：多媒體演示（撐桿中的彈性勢能），發(fā)生形變的物體，具有彈性勢能. 請同學(xué)們再舉幾個物體具有彈性勢能的例子. 學(xué)生：觀察課件演示，體會發(fā)生形變的物體，具有彈性勢能；思考并舉例：a.卷緊的發(fā)條　b.被拉伸或壓縮的彈簧　c.擊球的網(wǎng)球拍　d.拉開的弓. 教師：彈性勢能的大小與哪些因素有關(guān)？我們就來探究這些問題. 我們在學(xué)習(xí)重力勢能時，是從哪里開始入手進行分析的？這對我們討論彈性勢能有何啟示？ 學(xué)生：思考后回答：學(xué)習(xí)重力勢能時，是從重力做功開始入手分析的，討論彈性勢能應(yīng)該從彈力做功的分析入手. 實驗：由學(xué)生做課本第30頁的迷你實驗 引導(dǎo)：結(jié)合實驗現(xiàn)象，再通過類比重力做功與重力勢能改變的關(guān)系來理解和得出彈力做功與彈性勢能的改變的關(guān)系。 由學(xué)生討論得出結(jié)論：彈性勢能的大小同彈性形變的大小有關(guān)。彈性形變越大，彈性勢能也越大。彈簧對外做了多少功，彈性勢能就減小多少；反之，克服彈力做了多少功，彈性勢能就增大多少。 教師強調(diào)：彈簧處與原長時彈性勢能為0；彈簧的伸長和壓縮的長度相同則彈性勢能也相同 2、勢能（由老師講解） 由相互作用的物體的相對位置決定的能量。 重力勢能：由地球和物體間相對位置決定。 彈性勢能：由發(fā)生形變的各部分的相對位置決定 五、反饋練習(xí) 1、如圖所示，桌面高為h，質(zhì)量為m的小球從離桌面高H處自由落下，不計空氣阻力.假設(shè)桌面處的重力勢能為0，則小球落到地面前瞬間的重力勢能為（　　） A.mgh B.mgH C.mg(h+H) D.－mgh 2、物體在運動過程中，克服重力做功為50J，則： A、重力做功為50J； B、物體的重力勢能一定增加了50J； C、物體的動能一定減少50J； D、重力做了50J的負功。 六、課堂小結(jié) 1、勢能由物體間的相互作用而產(chǎn)生，由它們的相對位置而決定． 　2、重力勢能是地球和地面上的物體共同具有的，一個物體的重力勢能的大小與參考平面的選取有關(guān)．勢能是標量，單位是焦耳． 　3、重力對物體所做的功與物體的運動路徑無關(guān)，只跟物體運動的始、末位置有關(guān)，重力所做的功等于物體始、末位置的重力勢能之差． 　4、彈性勢能的大小同彈性形變的大小有關(guān)。彈性形變越大，彈性勢能也越大。