【物理】7.4《重力势能》示范教案(新人教版必修2)1

2024-04-11

【物理】7.4《重力势能》示范教案(新人教版必修2)1（共3篇）

篇1：【物理】7.4《重力势能》示范教案(新人教版必修2)1

知识改变命运，学习成就未来

新人教版高中物理必修二同步教案

知识改变命运，学习成就未来

教师：打桩机的重锤从高处落下时，可以把水泥桩打进地里，为什么? 学生：因为重锤具有重力势能. 教师：那么什么是重力势能?

学生：物体由于被举高而具有的能量叫重力势能. 演示实验：

在一个透明的玻璃容器内装上沙子.

实验一：用一个铁球从不同高度释放，观察铁球落在沙子中的深度.

实验二：用大小不同的两个铁球从同一高度释放，观察铁球落在沙子中的深度. 学生回答观察到的现象：

在实验一中，铁球的释放高度越大，铁球落在沙子中的深度越大. 在实验二中，质量大的铁球落在沙子中的深度大.

教师：通过上述演示，我们可以定性得到：重力势能跟物体的质量和高度都有关系，且物体的质量越大，高度越大，重力势能就越大.

引入：那么，怎样定量地表示重力势能呢? 板书课题：重力势能

二、新课教学(一)重力势能 1.教师举例

把一个质量为ｍ的物体竖直向上抛出，在它上升和下落的过程中，重力分别做什么功?重力势能如何变化?

学生：上升过程中，物体克服重力做功(重力做负功).物体的重力势能增大. 下落过程中，重力做正功，物体的重力势能减小.

教师：前边我们学过了功和能之间的关系，我们知道力对物体做了多少功，物体的能量就将变化多少，那么同学们认为重力所做的功与物体重力势能的变化之间有什么关系?

学生：重力所做的功等于物体重力势能的变化.

2.上边我们定性分析了重力所做的功等于物体重力势能的变化，下边我们再来分析一个例子：

①用投影片出示问题：

质量为ｍ的物体从高度为ｈ１的A点下落到高度为ｈ2的B点，重力所做的功为多少? ②学生求解得到：

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知识改变命运，学习成就未来

重力所做的功为：WG＝ｍｇΔｈ＝ｍｇ（ｈ１－ｈ２）

③教师：前边我们结合功和能的关系分析得到重力所做的功等于物体重力势能的变化，而我们经过推导又得到重力所做的功等于ｍｇｈ这个量的变化，所以在物理学中就用ｍｇｈ这个式子来表示物体的重力势能.

板书：EＰ＝mgh

单位EＰ表示焦（J）物体的重力势能ｍ→物体的质量单位千克（kg）ｇ→重力加速度→(米每二次方秒)s2/ｍ ｈ→物体的高度→米（ｍ）

④推导重力势能的单位： ∵１kg·ｍ/s2·ｍ＝１Ｎ·ｍ＝１J ∴重力势能的单位是焦耳，并把上述板书补充完整. ⑤重力势能是标量

3.据重力做功与重力势能变化之间的关系进行讨论：

①教师：我们用EPmgh1来表示物体在初位置的重力势能，用EPmgh2来表示物体12在末位置的重力势能，则WGEPEP

12②学生讨论得到：

当物体由高处运动到低处时，ｈ１>ｈ2，WＧ>０

∴EPEP

12当物体由低处运动到高处时，ｈ１<ｈ2，WＧ<０

∴EPEP

12③教师总结：重力做正功时，重力势能减少，减少的重力势能等于重力所做的功. 物体克服重力做功(重力做负功)时，重力势能增加，增加的重力势能等于物体克服重力所做的功.

4.讨论：如图所示，物体从高为h1处运动到高为ｈ2处，运动的路径有无数条，讨论在这些运动过程中，重力所做的功是否相同.

学生：重力所做的功相同，因为重力所做的功等于重力势能的减少量，而重力势能的减少量ｍｇ（ｈ１－ｈ2）是一定的.

教师：由此得到：重力所做的功只跟物体初位置的高度ｈ１和末位置的高度ｈ2有关，跟物体运动的路径无关.

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(二)重力势能的相对性

教师：有一个物体放在三楼顶，每层楼高ｈ，则该物体的重力势能为多大? 学生：3mgh；mgh；2mgh.

教师：同一个物体的重力势能，为什么会有三个不同的值呢? 学生：是由于所选高度的起点不同而造成的.

教师：我们把所选高度的起点处的平面叫参考平面，知识改变命运，学习成就未来

①势能也叫位能.

②势能具有系统性：重力势能是物体和地球组成的系统共有的，弹性势能是物体的各部分所共有的.

三、巩固练习

用投影片出示思考题：

1.关于重力做功和物体的重力势能，下列说法中正确的是 A.当重力对物体做正功时，物体的重力势能一定减少 B.物体克服重力做功时，物体的重力势能一定增加 C.地球上任何一个物体的重力势能都有一个确定值 D.重力做功的多少与参考平面的选取无关 2.物体在运动过程中，克服重力做功为50 J，则 A.重力做功为50 J

B.物体的重力势能一定增加50 J C.物体的动能一定减少50 J D.重力做了50 J的负功

3.以40 ｍ/s的初速度竖直向上抛出一个物体，经过ｔ秒后，物体的重力势能是动能的3倍，ｇ＝10 ｍ/s2，则ｔ的大小为

A.2秒 B.3秒

C.4秒

D.5秒

参考答案：

1.ABD2.BD3.A

【课堂小结】

本节课我们学习了：

1.势能由物体间的相互作用而产生，由它们的相对位置而决定. 2.势能是标量，单位是焦耳.

3.重力对物体所做的功与物体的运动路径无关，只跟物体运动的始、末位置有关，重力所做的功等于物体始、末位置的重力势能之差.

4.重力势能是地球和地面上的物体共同具有的，一个物体的重力势能的大小与参考平面的选取有关.

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【板书设计】

重力势能势能(位移)弹性势能1.物体的重力势能等于物体的重量和它的高度的乘积→EＰ＝mgh 2.重力势能是标量，是状态量

3.重力势能是物体和地球共有的，常称为物体的重力势能. 4.重力势能是具有相对性(相对于参考平面) 5.单位：焦(J)

6.重力做功与路径无关，与初、末位置有关

1.发生弹性形变的物体，在恢复原状时能够对外做功，物体具有能量，这种能量叫弹性势能. 2.弹性势能与形变大小有关 

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篇2：【物理】7.4《重力势能》示范教案(新人教版必修2)1

教版必修1

（二）能力训练点

1．据重力做功的特点，推导重力势能的表达方式。2．从能的转化角度和功能关系来解释和分析物理现象

（三）德育渗透点

1．培养热爱科学，崇尚科学的品质

2．注意观察和分析生活中的有关的物理现象，激发和培养探索自然规律的兴趣。

（四）美育渗透点

让学生体会到从自然现象中概括了来的物理概念具有的自然美，严谨的科学美。

二、学法引导

通过典型事例分析和实验演示来分析讨论，指导学生总结、归纳。

三、重点·难点·疑点及解决办法 1．重点

重力势能大小的确定 2．难点

重力势能的相对性的理解，参考平面的选择方法。3．疑点

如何理解重力对物体做功等于物体重力势能增量的负值。4．

1．演绎推导物体重力势能的定义表达方式。2．类比分析，举例释疑。

四、课时安排 1课时

五、教具学具准备

弹簧、铁球、木球、玻璃缸、细沙、长木板，木块

六、师生互动活动设计

1．教师利用实例来引入问题，利用实验来引导学生讨论问题，利用讲解来加深对概念的进一步认识。

2．学生观察、分析、讨论、总结，并通过实例分析来形成能力。

七、教学步骤

（一）明确目标（略）

（二）整体感知

在复习初中掌握的重力势能有关知识的基础上，进一步根据功的定义，推导出重力势能的计算公式，并通过实例分析，理解重力势能的相对性、正负含义等，并能准确地计算重力势能值．

（三）重点、难点的学习与目标完成过程

【引入新课】

放录像并讲解：俄罗斯“和平号”空间站于2001年3月23日北京时间14时0分12秒所有残片都已成功安全地坠入预定的南太平洋海域，坠毁过程极为壮观美丽，137吨的庞然大物分解燃烧，天空中出一条条长长的金色轨迹．这是一个完美的告别，“和平号”的15年风雨历程将成为人类永恒的记忆．“和平号”的功绩将永载史册．

现提问：“和平号”空间站坠落时，为什么会燃烧？

碎片燃烧时，温度可达3000℃，其能量由什么能量转化而来？

现在，就讲重力势能 1．重力势能

回忆初中的知识，可知

（l）定义：物体由于被举高而具有的能量．

演示实验，用木球和铁球先后从同一高度处自由下落，落入玻璃缸中的细沙中，观察到什么现象？这说明了什么？（铁球深入细砂中的距离比木球要长，这说明，质量大的物体在相同的高度时，重力势能大，克服细砂阻力做功要多）

用铁球在不同的高度处自由下落，先后落入玻璃缸中的细砂里，观察到什么现象，这又说明了什么？（铁球在比较高的地方落下来，深入砂中的距离也比较长，这说明，同一个物体在比较高的地方重力势能较大，克服细砂阻力做功要多）

综上所述，物体的重力势能的大小与物体的质量和物体所处的高度有关．

现在来推导重力势能的定量表达式：投球的质量为m，从高度为h1的A点下落到高度为h2的B点，如图所示，重力所做的功为

WGmghmgh1mgh2

（2）重力势能的表述式

Epmgh 物体的重力势能等于物体的重量和它的高度的乘积，重力势能是标量，也是状态量，其单位为J（3）重力做功与重力势能的关系

重力做功也可以写成WGEp1Ep

当物体下落时，重力做正功，WG0，可设Ep1Ep，这说明，重力做功，重力势能Ep减少，减少的值等于重力所做的功．

同理，当物体上升时，重力做负功，重力势能E增加，增加的值等于重力所做的功，要注意的是，重力做负功也可以说成物体克服重力做功．

这种功能关系不仅适合于直线运动，也适合于曲线运动，重力做功只跟物体的运动过程中初、末位置的高度差有关，而与运动的路径无关．

提问：一个物体的质量为10kg，把它置放在2楼的一张1m高的桌面上，若楼房的每层楼高3m，求此物体的重力势能值？

（无法计算，因为没有说明物体的高度是以什么位置为零高度，从地面算起，物体的重力势能Ep1400J，若从二楼楼面算起，物体的重力势为Ep100J．对于不同的零高度点物体所对应的重力势能值也各不相同）2．重力势能具有相对性

正如上例所述，要确定物体重力势能Ep的大小，首先必须确定一个参考平面为零势能面，若定了零重力势能参考平面，物体在此平面的下方，物体的重力势能就为负，如上例把三楼底板为零重力势能平面物体的重力势能Ep3200J 由此看来，物体重力势能的正负还表示重力势能的大小，在参考水平面以上的物体的重力势能一定大于参考平面以下物体的重力势能．

要特别指出的是：重力势能的变化县与零重力势能参考平面选择无关，就好像物体的高度值与选择哪一点作为测量起点无关．至于选择哪个水平面作为参考平面，可视研究，解决问题的方便而定．

与重力势能相类似，还有弹性势能． 3．弹性势能

演示实验：把水平放置的轻弹簧一端固定，另一端系一木块，压（或拉）木块，使弹簧缩短（或伸长）再释放木块，让弹簧的作用力带动木块在水平面上运动．

可知，发生弹性形变的物体能对外界做功，因而具有能量，这种能量就叫弹性势能，它存在于发生弹性形变的物体之中．

举出除弹簧以外的弹性势能存在的实例

弹性势能的大小，与物体的性质（如劲度系数）和形变量有关，可用实验演示弹簧形变量越大对外界做功可越多来说明．

势能又叫位能，它是由相互作用的物体的相对位置决定．机械运动中的势能是重力势能和弹性势能的统称．

（四）总结、扩展

1．势能有多种，与高度有关的重力势能和与形变有关的弹性势能是力学中的两种，在热力学中有分子势能，在电磁学中有电势能等． 2．势能是存在于有相互作用的物体之间，它是属于有相互作用两部分物体即物体系的，3 但不是有相互作用物体之间就有势能存在，比如物体间的相互作用是摩擦力，但它们就不存在什么势能．

3．势能都是相对量，只有先走零势能参考平面，势能才有确定的值．

八、布置作业 P146练习四（2）（4）（5）

九、板书设计 1．重力势能

（1）定义：物体由于被举高而具有的能量．（2）重力势能的表达公式．

Epmgh

（3）重力做功与重力势能的关系．

WGEp1Ep2

物体下落 WG0物体上升 WG0Ep1Ep2 Ep1Ep2

2．重力势能具有相对性．

定了参考平面，物体重力势能才有确定值．重力势能的变化与参考平面选择无关． 3．弹性势能

十、背景知识与课外阅读用能量最低原理求解两例物理题

高中化学中讲到“能量最低原理”在不违背泡利原理的情况下，核外电子总是尽先安排布在能量最低的轨道上，电子在该轨道上，处于稳定状态，其实，能量最低原理也适用于物体系物体系的稳定状态与系统的势能有关，势能越小则状态越稳定．物体系在不受外力的情况下，总处在势能最小的状态，即稳定状态．下面利用能量最低原理，求解两例物理题．

［例1］一质量均匀不可伸长的绳索，重为 G，A、B两端固定在天花板上，如图所示．今在最低点C施加一竖直向下的力将绳拉至D点，在此过程中，绳索AB的重心位置（）A．逐渐升高 B．逐渐降低 C．先降低后升高 D．始终不变

解析：由能量最低原理知，物体在静止情况下，总处于能量最低状态（即稳定状态）．该状态下重力势能最小．故施力F后，细绳重心上升，故选答案A．

［例2］如图所示．容器A、B中各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下面是水．大气压恒定，A、B底部由带阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热，原先A中的水面比B中的高，打开阀门，使A中的水逐渐向B中流，在这个过程中（）A．大气压力对水做功，水的内能增加 B．水克服大气压力做功，水的内能不变 C．大气压力对水不做功，水的内能不变 D．大气压力对水不做功，水的内能增加

解析：由能量最低原理可知，打开阀门见水达到平衡时应具有最小势能，故在打开阀门至平衡过程中，水的重力势能减小．又由题意知整个装置与外界绝热，因此由能量守恒得，重力势能的减少量转化为水的内能．故选答案D．

十一、随堂练习

1．下面关于重力势能的说法中，正确的是（）

A．地球上的任何一个物体的重力势能都有一个确定的值．

B．从同一高度将某一物体以相同的速率平抛或下抛，落到地面时，物体的重力势能变化是相同的．

C．在不同高度的物体具有的重力势能可能相同．

D．低于零重力势能面的物体的重力势能一定小于在零重力势能平面以上物体的重力势能．

2．如图所示，质量为m的物体置于水平地面上，其上表面竖立直着一根轻弹簧，弹簧长为L0，劲度系数为k，下端与物体相连接，现将弹簧上端缓缓竖直向上提起一段距离L，使物体离开地面，这时物体重力势能增加．

3．一根质量分布不均匀的金属链条重30N，长1m，盘曲在水平地面上，当从链条的A端慢慢提起链条到使它的另一端B恰好离开地面需做功12J，如改从B端慢慢提起链条使链条A端恰好离开地面需要做功多少？

4．如图所示，桌面高为h，质量为m的小球从离桌面高为H处自由下落，不计空气阻力，假设桌面处的重力势能为零，则小球落到地面前瞬间的机械能为（）A．B． C．D．

5．如图所示，物体从A点出发，沿3条不同的轨道运动到B点，则在移动的过程中重力做功的情况是（）

篇3：【物理】7.4《重力势能》示范教案(新人教版必修2)1

重力势能（第1课时）教学设计

设计思想

《重力势能》这节课是学生第一次从定量的角度学习能量的具体表达形式。在以后的学习过程中，能量概念的重要性会被学生逐步认识到，因而本节课的内容具有非常重要的意义。就内容的呈现方式来看，本节课有探究课的特点。因而从教学的角度来看，宜采取师生互动、引导、启发的教学方式。

学情分析

1.知识层面：重力势能是学生在初中已经接触过的，但当时只停留在定性的分析上。新课应注意对知识从定性到定量的转化。

2.能力层面：高一学生对事物的认知还停留在具体的形象思维上，抽象的逻辑思维的建立还需要时间。所以在教学中我们要借助实验、视频等直观手段逐渐引入抽象的物理概念。

教学目标

物理观念

1.正确理解重力势能的概念；

2.正确理解重力做功的特点。

科学思维

1.发展学生分析、概括和科学推理能力；

2.能运用重力势能表达式计算重力势能；

3.能利用重力做功与重力势能的关系解决一些实际问题。

实验探究

1.能描述和探究影响重力势能的因素；

2.会实验验证重力做功与路径无关。

科学态度与责任

1.知道重力势能的相对性及其与地球系统共有性，形成科学的物质观；

2.渗透从生活中来，到生活中去的科学方法，激发和培养学生探索自然规律的兴趣；

3.通过学生之间的讨论交流与协作探究，培养团队合作精神；

4.培养学生遵守社会公德，防止高空坠物。

教学重难点

1．重力做功的特点；

2．重力势能的概念。

教学资源

体积相同质量不同的塑料球（1个）和铁球（2个）；装有沙子的塑料桶；多媒体展台

教法设计

引导式、启发式、探究式、分组讨论

教学过程

教师活动

学生活动

设计意图

引入新课

在前一章万有引力的学习中我们曾经提到过一个有趣的故事：

[PPT展示：牛顿与苹果的图片]

那就是牛顿在被苹果砸中脑袋之后，开始思考地球上的引力与天体间引力的关系，最终得出了伟大的万有引力定律！今天，老师也拿来了一个苹果，想让同学们也当一回牛顿，感受一下被苹果砸中脑袋的感觉！谁想来试试？

如果我再从更高的地方释放呢？比如10层楼高？小小苹果能有多大威力？有人做了一个类似实验，我们来看一段视频。

[PPT播放视频：苹果高空坠落]

实验结果还是很震撼的！小苹果竟然蕴含了大能量！原因是什么？

大家在初中时已经学过，物体由于被举高而具有的能量叫做——重力势能，今天我们将更进一步学习重力势能的知识和应用。

[PPT展示标题]

[板书：§7.4重力势能]

感受从头顶掉落苹果砸中脑袋

观看影片

回答问题

激发学生的好奇心，引起共鸣

新课教学

一、影响重力势能的因素

那么重力势能的大小可能与哪些因素相关呢？你是如何想到的？

重力势能的大小要通过一定的途径展现出来，就像刚才看到的视频中苹果从高处落下可以砸碎玻璃，我给大家提供了一套简单的实验装置来检验你的猜想。

[PPT展示：学生分组实验仪器图片]

介绍装置：体积相同质量不同的塑料球（1个）和铁球（2个）；装有沙子的塑料桶，大家讨论一下可以如何探究？这里用到了哪种实验方法？

[板书：一、影响重力势能的因素]

教师：请大家汇报一下实验结果。

[PPT播放：实验视频]

实验说明，质量越大的物体，能量越大，释放高度越高的物体，能量越大。

[板书：影响因素：质量、高度]

回答问题：

不同质量的球从同一高度释放，相同质量的球从不同高度释放，观察小球进入沙子的深度。

控制变量法

分组实验

让学生分析问题，提出实验方案，让他们体验探索、发现的成就感

直观的实验现象引发学生思考

新课教学

二、重力做功的特点

现在我们知道了重力势能与物体的质量和高度有关，那么到底该怎样定量的表达重力势能呢？其实在前面的教材里，已经给出方法了，大家来看教材第57页最上面第一段话，请一位同学来读一下这段话。

[PPT展示：教材内容]

对于寻找重力势能的定量的表达，这段话能给你什么启示吗？

重力势能释放的过程离不开重力做功，所以，我们就先从重力做功分析入手！

[板书：二、重力做功的特点]

物体的真实下落过程其实要比我们做的实验复杂的多，大家来看这幅图。

[PPT展示：幼儿园小朋友滑滑梯走不同路径]

提问：直接滑竿，滑斜坡，滑弯道，这几种情况下重力功如何求？

为了研究问题方便，我们通常把问题简化成物理模型：

[PPT：三种不同路径类型]

小球从A运动到B，已知A、B的高度，求重力功，请两位同学到黑板上写出前两种类型的计算过程。

[板书：两种情况下都有：WG=mgh1-mgh2]

图3该怎么办？前面两种小球运动的路径是直线运动，图3的任意曲线如何处理？大家有没有好的办法？有什么办法能将变化的位移方向变成不变的呢？在咱们以前的学习中有没有遇到过类似的问题，如何化变量为不变量的？

[PPT展示：匀变速运动位移时间关系的求法]

总结：这种方法叫微元法，那么对于现在这种情况可不可以类比一下，用微元法来求图3中小球重力做的功？

[板书：

WG=mg△h1+mg△h2+……=mgh1-mgh2]

通过计算，我们发现重力做功有什么特点？

[板书：重力做功与路径无关，只与初、末位置高度差有关]

为了验证理论推导，我们做个实验验证一下，这里两个不同路轨的轨道，高度相同，从同一高度释放两个球，观察它们飞出后的落点，如果重力做功相同，它们最后从轨道末端飞出的情况应该一样，根据平抛原理，落点的距离应该一致，这里摩擦力的影响比较小，我们忽略不计。

[实验检验：重力做功与路径无关]

[PPT播放：实验视频和图片]

自主阅读教材57页

回答问题

板书图1和图2的计算过程

回答问题

总结方法

观察实验

自主阅读

建立模型

理论推导

自主阅读

对比迁移

加深印象

实验验证

新课教学

三、重力势能

实验再次说明了事实！现在我们来观察一下这个表达式，式中“mgh”在做功的表达式中反复出现，书中提到：“mgh”是一个具有特殊意义的物理量，为何说它特殊？阅读教材64至65页，寻找答案！

总结：“mgh1”代表位置1的量，“mgh2”代表位置2的量，这两者仅仅是位置的不同，做功等于这个跟位置有关的量的变化，而与路径无关，而功的大小等于能量的变化，另一方面，式子本身含有质量和高度，与势能特征相符！势能的定义（由位置决定的能量）又再次强调了与位置相关的特性，所以“mgh”就是重力势能表达式！

[板书：三、重力势能

Ep=mgh]

［板书：WG=mgh1-mgh2=Ep1-

Ep2=

—（Ep2-

Ep1）=

—△Ep]

我们结合实例来运用一下，看下面这个情景：

[PPT：起重机例题]

边总结边板书

［板书：WG＞０，Ep1＞Ep2，Ep减小；

WG＜０，Ep1＜Ep2，Ep增加]