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1、第七章 機械能守恒定律
第四節(jié) 重力勢能
【教學目標】
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
2.理解重力勢能的變化和重力做功的關系，知道重力做功與路徑無關.
3.知道重力勢能的相對性.，會求重力做功和重力勢能的改變。
二、過程與方法
1.根據功和能的關系，推導出重力勢能的表達式.
2.學會從功和能的關系上解釋和分析物理形象.
三、情感態(tài)度與價值觀
滲透從對生活中有關物理現象的觀察，得到物理結論的方法，激發(fā)和培養(yǎng)學生探索自然規(guī)律的興趣.
【教學重點】
重力勢能的概念及重力做功跟物體重力勢能改變的關系.
【教學難點】
2、重力勢能的系統性和相對性
【教學課時】
1課時
【教學過程】
1、 新課導入
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，此時水的重力勢能轉化為動能，運動的水流再帶動發(fā)電機運作將動能轉化為動能。
那么什么是重力勢能呢？
在初中的時候，我們學過物體由于被舉高而具有的能量叫重力勢能。那么重力勢能又與哪一些因素有關呢？
重力勢能跟物體的質量和高度都有關系，且物體的質量越大，高度越大，重力勢能就越大.
引入：那么，怎樣定量地表示重力勢能呢?
二、新課教學
舉例：把一個質量為ｍ的物體豎直向上拋出，在它上升和下落的過程中，重
3、力分別做什么功?重力勢能如何變化?
上升過程中，物體克服重力做功(重力做負功)物體的重力勢能增大。
下落過程中，重力做正功，物體的重力勢能減小。
教師：我們學過了功和能之間的關系，我們知道力對物體做了多少功，物體的能量就將變化多少，那么同學們認為重力所做的功與物體重力勢能的變化之間有什么關系?
學生：重力所做的功等于物體重力勢能的變化.
(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，
4、小球沿斜面從A點到運動到C點,位移為L，
WG=mgLcosθ=mgh=mg（h1-h2）=mgh1-mgh2
圖3
如圖3，物體沿任意路徑運動，我們可以把整個路徑分成很多很短的小段，每一小段都可以看成一個斜面設，設每個小斜面的高度差是Δh1，Δh2，Δh3，，那么每一個小斜面重力所做的功是mgΔh1，mgΔh2，mgΔh3，，所以通過整條路徑重力所做的功就等于重力在每一個小斜面上所做的功的代數和，即
WG=mgΔh1+mgΔh2+mgΔh3+=mgh=mgh1-mgh2
所以分析表明：物體運動時，重力對它做的功只跟它的起點和終點位置有關，而跟物體運動的路徑無關。重力做功的大小等
5、于物重跟起點高度的乘積mgh1與物重跟終點高度的乘積mgh2兩者之差。
(二)重力勢能
看起來，物體所受重力mg與它所處位置高度h的乘積mgh，是一個具有特殊物理意義的物理量。一方面與重力做功密切關系，另一方面隨著高度的增加而增加，隨著質量的增加而增加，恰與勢能的基本特征一致。因此我們把物理量mgh叫做物體的重力勢能。
１.定義：物體由于處于一定的高度而具有的能量叫做重力勢能，物體的質量越大，離地面越高，物體的重力勢能就越大。
2表達式：Ep=mgh
即物體的重力勢能等于它所受重力與所處高度的乘積。
3.單位：焦耳，J。
4.標量。
5.對重力勢能的理解
重力
6、勢能的相對性：物體的高度總是相對某個平面來說的，所以重力勢能也是相對于某個平面來說的，所以我們在講一個物體具有多少重力勢能時，我們先選擇一個參考平面，物體在這個參考平面上高度為零，重力勢能為零。
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動所達到的最低點為參考平面。
如上圖所示，選擇二樓的地面為參考平面，二樓的物體相對參考平面高度為正值，具有正的重力勢能，表示物體的重力勢能比在參考平面上的具有的重力勢能大；一樓的物體相對參考平面高度為負值，具有負的重力勢能，表示物體的重力勢能比在參考平面上具有的的重力勢能小。
重力勢能的大小與零勢能參考平面的選取有關
7、，零勢能參考平面不同，同一點的重力勢能也不同。所以要比較重力勢能的大小時，應該選擇同一個零勢能參考平面。
不管選取哪一個零勢能參考平面，ΔEp=EpB-EpA=-2mgh,重力勢能的變化量是不變的，所以重力勢能的變化具有絕對性，與零勢能參考平面的選取無關。
重力勢能的系統性：重力勢能是物體和地球所組成的系統共同具有的能量。重力勢能跟重力做功密切相關，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，嚴格說來，重力勢能是地球與物體所組成的這個物體“系統”所共有的，而不是地球上的物體單獨具有的。
(三)重力做功與重力勢能變化的關系
如圖所示，質量為
8、m的物體自高度h1處的A點，落到高度為h2的B點。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-mgh2
A處的重力勢能：EpA=mgh1
B處的重力勢能：EpB=mgh2
重力勢能的變化量：ΔEp=EpB-EpA=mgh2-mgh1
兩種情況的重力勢能變化一樣，說明物體重力勢能的變化只與重力做功有關，與其它力做功無關。
當重力對物體做正功時，物體的重力勢能減少，重力做做多少正功，重力勢能就減少多少；當重力對物體做負功時，物體的重力勢能增加，重力做做多少負功，重力勢能就增加多少。
三、課堂小結
【板書設計】
9、
7.4重力勢能
1.重力做功的特點：只與初末位置的高度差有關，與路徑無關
2.重力勢能：物體由于被舉高而具有的能量。
Ep=mgh
相對性→參考平面
3.重力勢能的變化量WG=-ΔEp
絕對性
【教學反思】
在初中階段只是定性的分析了重力勢能和那些因素有關，那么高中階段就要定量的表示重力勢能的大小，從感性認識到理性認識的轉變。上了這節(jié)課之后，感覺還差了從感性到理性的轉變，如果能夠導入一個視屏，不僅能夠更加吸引學生的注意力，更能使他們對重力勢能有更深刻的理解。
講到重力勢能是標量，但是有正、負的時候，可以類比溫度，正負表示的是大??；在講重力勢能的變化量，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。從而使學生能夠更加容易理解，更加容易記住。
重力勢能教案
