重力势能地位

重力势能地位(一)
重力势能

《重力势能》教学设计

天津市滨海新区塘沽紫云中学 刘玲

重力势能地位(二)
第七章第四节 重力势能

重力势能

各位评委好，我是来自淮阴师范学院物理系的学生顾金华，我今天说课的题目是重力势能。我将从教材分析，教法分析，教学程序和板书设计四个方面进行阐述。

一，教材分析

1.教材的地位与作用

本节选自人教版《普通高中课程标准实验教科书物理2必修》第七章第四节。本章机械能守恒定律，摆脱了以前所学的力的形象概念，引出了能这种比较抽象的概念。从能的定义到功，再由功的定义到本节重力势能，从而到本章重点机械能守恒定律，最后提出了一个最基本也是最重要的定律之一，能量守恒定律。可见其重要性，即本节是学好机械能守恒定律的一个基石。根据物理课程标准和自己的认识，我制定了本节课教学目标如下。

2.教学目标

知识与技能：理解重力势能的概念，能用重力势能的表达式计算重力势能；知道重力势能具有相对性，重力势能的变化具有绝对性。 理解重力势能做功与重力势能的关系，知道重力做功与路径无关。

理解重力做功是物体重力势能变化的量度。

过程与方法：经历发散思维与理论探究归纳能力，培养学生的逻辑思维能力 体会用“理论推导”研究问题的方法。

情感态度与价值观：培养学生对问题的思考的主观能动性，激发学生的学习兴趣。

3.教学重点与难点

教学重点：重力势能的概念及重力做功跟重力势能变化的关系。

教学难点：重力势能的相对性，重力势能变化的绝对性。其之所以是难点，是因为学生从以前的一般的功的定势思维，认为一个物体就对应了该状态的唯一势能，而不知道其具有相对性，不同的参照系所对应的各属性有可能不同，例如取无穷远处为参考系或取地面为参考系，其势能的值是完全不同的。但是，考虑到两不同位置的势能差则是一定的。

二，教法分析

经过两年半的物理学习，学生已具备了一定的分析与逻辑思维能力。学生能够解决一些力学的基本问题。可是，他们对于新引入的能的概念还是办半知不解的。为此我制定了本节课的教学方法。本节课我将采用讲授法，归纳法来完成教学。

我将通过对前面已学过的概念进行回顾，以加深学生对功的概念的印象。接下来练习一下对做功的公式的应用，让学生算出由力在该方向上产生位移是力所做的功，以及在力与该位移有一个夹角时力所做的功。这样学生对功的概念就有了深刻的理解。在此基础上，我把普通的力换为本节课所要涉及的重力，让学生算出第一种由重力以及在重力方向上产生位移时重力做的功，来推算到一般过程，得出重力做功与路径是否有关。从而引出了重力势能的概念，讨论了其相对性，以及其变化的绝对性。从而使学生了解了此重点以及难点。 三，教学程序

首先，让学生回忆一下以前学过的功的概念，让学生起来回答，以了解学生是否记住，这将为本节课做一个前叙。

而后，在学生回答完功的概念的基础上，出一些计算功的例题，以了解学生对功概念的掌握程度。其中，我将象教学方法中提到的，让学生计算普通的力对物体做功，其表达式。

以上两点是对学生以前所学内容的巩固与加深，之后就有本节内容。

首先，我对学生提出问题，把这一般的力换成是重力，其做功的表达式。学生会很容易的回答：将F换成是G就可以了。

然后，我又会提问学生，如果重力不是在其方向上产生的位移，而是以一个与其方向不重合的路径从同一初高度运动到同一末高度，即运动相同的高度差，它们做的功是否相同？这时候，学生会有不同的看法。有的同学会说：不相同。即是说重力做功与其有的路径有关。还有的同学会说：相同。即是说重力做功与其有的路径无关。这两点的提出很重要，说明学生具有自己对问题的独立思考并大胆的提出自观点的能力，这样有助于培养其主观能动性。接下来，我就问题本身作出理论推导，最后证明后者是正确的。

其次，在此基础上，就引入了重力势能的概念。在前面对重力做功的讨论，学生能够更加明了重力势能的概念。至此，学生可能会认为，只要物体具有一定的高度，它的重力势能就完全确定了。这是错误的，为解决这种错误，我引入了势能零点这一概念，让学生知道重力势能具有相对性。重力势能的变化的绝对性则由重力做功与势能的关系可以看出。

最后布置作业，让学生巩固加深对本节知识的掌握。

四，板书设计

本节课我将采用条目式板书，将所讲知识按顺序清晰展开，使知识概括化，系统化，突出本节课重点，强化学生记忆。

物理系0504 顾金华 170501135

重力势能地位(三)
重力势能和弹性势能

重力势能、弹性势能

学习目的：

1. 理解重力势能的概念及表述

2. 理解重力势能变化与重力做功的关系 3. 掌握重力做功的特点

4. 了解弹性势能的特点及与弹性势能有关的因素 5. 掌握机械能的概念及学会分析机械能之间的相互转化

学习重点：

1. 重力做功与重力势能变化的关系 2. 重力做功的特点 3. 机械能之间的相互转化

一．重力势能 1．定义：

物体由于被举高而具有的能。

2．表达式

功和能是两个相互联系的物理量，做功的过程总伴随着能量的改变，所以通过做功来研究能量。

1.如图所示，力F对物体做功，使物体的动能增加： 2.用同样的方法研究势能

WF

=

= Ek

用一外力F把物体匀速举高H，物体的动能没有变化，但外力对物体做了功，使物体做功的本领增强，势能增加。

WF = Fh = mgh

(1)EP = mgh

(2)重力势能是状态量，表示物体在某个位置或某个时刻所具有的势能

3．重力势能的相对性

EP = mgh，其中h具有相对性，因此势能也具有相对性，它与参考平面的选取有关。选取不同的参考平面，物体的重力势能就不相同。原则上讲，参考平面可以任意选取。

例：物体自由下落，物体质量为10kg，重力加速度g取10m/s2，如图所示。

以地面为参考平面： 以位置2为参考平面： EP1 = mgh1 = 1.2×103J EP1′= mgh1′= 200J EP2 = mgh2 = 1.0×103J EP2′= mgh2′= 0 EP3 = mgh3 = 600J EP3′= mgh3′= -400J EP地= mgh地= 0 EP地′= mgh地′= -1000J

重力势能是标量，但有正负，其正负表示该位置相对参考平面的位置高低，物体在该位置所具有的重力势能比它在参考平面上的多还是少。

重力势能是相对的，但势能的变化是绝对的，与参考平面的选取无关。

4．重力做功与重力势能的变化

重力势能的变化与重力做功有密切的关系

将一物体竖直上抛， 在上升阶段：

重力对物体做负功，物体克服重力而上升，从而使重力势能增大 WG = -mgH = -mg(h2 – h1) = -ΔEP

重力对物体做了多少负功，物体的势能就要增加多少

在下降阶段：

重力对物体做正功，促进物体下落，从而使物体的高度减小，势能减小 WG = mgH =mg(h1 – h2) = -mg(h2 – h1) = -ΔEP 重力对物体做多少正功，物体的势能就要减少多少

总之，WG = EP1 – EP2 = -(EP2 – EP1) = -ΔEP

重力对物体所做的功等于物体重力势能增量的负值。

注意：

重力势能的变化仅仅是由重力做功决定的 动能的变化是由合外力所做的功决定的

5．重力做功的特点

质量为m的物体，如图所示，求下列各种情况下重力做的功

(1)从A点自由下落到B点再平移到C点 WG = mgΔh = mg(h1 – h2)

(2)从A点沿斜面运动到C点

WG = mgscosα = mgΔh = mg(h1 – h2)

(3)从A点沿斜面运动到B′，再沿斜面运动到C点

WG = mgs1cosα1 + mgs2cosα2 = mgΔh = mg(h1 – h2)

(4)从A点沿一不规则曲线(任一路径)滑到C点

将路径AC分成很短的时间间隔，每个间隔都可看成斜面，则可知 WG = mgΔh1 + mgΔh2 + … + mgΔhn = mg(h1 – h2)

由此可见：

①重力做功只与物体的始末位置(高度)有关，与物体运动的具体路径无关

②重力沿闭合曲线所做的功为零

6．重力做功的特点是重力势能存在的基础

重力做功与路径无关，仅仅取决于其始末位置的高度差，这个特点使重力势能的引入有决定意义。

大家试想，如果重力做功与路径有关，把物体从A点移动到B点，WG1≠WG2≠WG3

而

即说明同一个位置B处，物体具有不同的重力势能，这时的重力势能就失去了存在的意义。

∴只有力做功与路径无关时，才可能存在与此对应的势能，如分子势能、电势能等。

7．势能属于系统

在物理学上常把相互作用的物体的全部叫做系统。

重力势能属于地球与物体所组成的系统，因为重力属于地球与物体之间的相互作用力，在这个方面，地球与物体处于平等地位，严格讲，重力势能是由物体与地球之间的相对位置所决定的能，属于地球与物体所共有。

势能是由物体间的相互作用力和相对位置决定的能量。

二．弹性势能 1．定义：

物体因为发生弹性形变而具有的能。

弹性体发生弹性形变时，物体的各部分间存在着弹力的作用，并且彼此之间具有一定的相对位置，由这个具有弹力作用且有相对位置的各部分所决定的能就是弹性势能。

2．与弹性势能有关的因素

日常生活中，日常经验可以发现，弹簧压缩(或伸长)的长度越大，对与之相连的物体所产生的弹力也越大， 从而使物体运动得越远，(相同条件下)弓拉得越满，从而把箭射出去越远。

(1)形变量 劲度系数一样的情况下，形变越大，能对物体所做的功越多，势能越大

(2)劲度系数 形变相同的情况下，劲度系数越大，能对物体做的功越多

EPF

=

3．弹力做功与弹簧弹性势能的关系

(x为形变量，其零势能面必须选择在原长处)

重力势能地位(四)
高级评审说课重力势能

《重力势能》说课稿

尊敬的各位评委，大家好！今天我说课的题目是：《重力势能》

（一）地位及作用

《重力势能》这节课的内容在整个章节中既是重点，又是难点。在这之前，学生在学习研究功，而功是能量转化的量度，从本节课开始，研究方向从功转向了能的研究。在本节的教学中，通过重力做功来探究重力势能的概念及表达式，也为后续的动能定理、机械能守恒、能量守恒定律的学习作进一步的铺垫。

(根据教材特点和学生特点及课程标准的三维目标要求特制定教学目标如下：)

（二）教学目标：

2.1 知识和技能目标：

①理解重力势能的概念，会用重力势能的定义进行计算

②理解重力势能的变化和重力做功的关系，知道重力做功与路径无关 ③知道重力势能的相对性和系统性

2.2 过程和方法目标：

①根据已有的知识，利用极限的思想证明重力做功与路径无法

②根据功和能的关系，推导重力势能的表达式，体会物理量建立的方法

2.3 情感、态度和价值观目标：

从对生活中有关的物理现象和实验的观察，学会对已有的知道进行综合分析得到结论，激发和培养学生探索自然规律的兴趣。

(根据教学目标，我确定了本节的教学重点和难点。)

（三）教学重点与难点

教学重点：重力做功与路径无关，重力势能的概念，重力势能的变化和重力做功的关系。 教学难点：重力势能的相对性和对势能的负值的理解

（为突破本节课的重点和难点，特进行如下的教学方法。）

（四）．教法学法

1．重力势能概念的建立

问题1：若天花板上分别挂有一乒乓球和一大石头，让学生分别站到它们下面，你

有什么不同感受？

问题2：你对高空抛物有什么看法？同一个物体从二楼扔下跟二十楼扔下效果有什

么不同？

视频1：浙江台的1818黄金眼中播出关于元珠笔芯插的汽车挡风玻璃上的事。 （用生活中的场景引入新课，学生更容易进入角色。通过上述问题的讨论，

让学生知道，这些生活现象都与重力势能有关。）

猜想：重力势能与哪些物理量有关？（猜想：可能与物体的高度与物体的重力有关） 问题3：怎样来探究重力势能的表达式？

（功是能量转化的量度，在重力势能变化的过程中，重力做了功，所以从重

力做功的角度入手，研究重力势能。在这之前，我们先研究重力做功。）

2．由研究重力做功入手，探究重力势能的表达式

物理情景：①物体竖直向下运动，从高度h1降为h2；

②物体沿斜直线向下运动，从高度h1降为h2；

③物体沿任意路径向下运动，从高度h1降为h2；

（从学生认知的角度，由浅入深地设置物理情景，先研究直线运动，现研

究沿倾斜直线运动，最后到沿任意曲面的运动，通过从A点到B点的不

同路径所做的功，得出重力做功与路径无关的结论。对于物体沿曲线运

动的情况，又一次用到了极限的思想。让学生仔细观察计算重力做功的

结果，在上面猜想的基础上，发现：物体所受的重力与它所处位置的高

度的乘积“mgh”，是一个具有特殊意义的物理量。它的特殊意义在于它

一方面与重力所做的功密切相关，另一方面它随着高度的变化而变化，

与前面的猜想吻合，说明它正是我们要找的物理量--重力势能的表达式。

进一步强调重力势能的单位及重力势能是标量。）

3．重力势能的变化与重力做功的关系

例1：小球在竖直方向下落，已知小球的质量和下落的高度，分别求出重

力做功及重力势能的变化。

例2：小球沿光滑斜面下滑到底端

①计算重力做功和重力势能变化情况如何？

②如果斜面是粗糙的或弯曲的，结果又如何？

③如果物块加速或减速通过这一路程，结果又如何？

（通过例题，结合具体数值，计算重力势能的变化值和重力做功的数

值，首先建立一个数量上的概念。再通过分析讨论，得出结论。）

（1） 物体的高度下降时，重力做正功，重力势能减小，重力势能的减小量等于重力所做的功；

（2） 物体的高度上升时，重力做负功，重力势能增加，重力势能的增加量等于物体克服重力所做的功；

（3） 重力势能的变化只与重力做功有关。

4．重力势能具有相对性

问题：以放在讲台上的课本为例：

①讲台上的教科书的高度是多少？能确定吗？

②分别以地面、讲台、天花板为参考平面，讲台上的课本的重力势

能是什么情况？

③重力势能的正负代表什么？

小结：（1）确定高度要有参考平面，确定重力势能大小也要有参考平面，

即零势势面

（2）物体在同一个位置，选不同参考平面，势能的数值也不同；

（3）因参考平面的不同，势能可以是正的，也可以是负的，也可以

是零；势能的正负代表的是势能的大小；

（4）参考平面的选取不影响重力做功与重力势能的改变。

5．重力势能的系统性

（引导学生研究重力势能的表达式：Ep=mgh）【重力势能地位】

问题：重力势能到底是谁的？物体的？地球的？

（让学生讨论，然后加以引导：质量是物体的回有属性，而重力的施力物

体是地球的；没有物体，谈不上重力势能；没有地球重力，重力势能也

不存在；即：重力势能是物体与地球共有的，而不是物体单独具有的，

而平时所说的“物体”的重力势能，只是一种简化的说法。）

重力势能地位(五)
重力势能说课稿

重力势能

各位评委大家好

今天我要说课的题目是《重力势能》，以下我将从教材分析、教法、学法和教学过程四大方面来说一说我对本节内容的理解和预设。下面先来说教材

一、说教材（板书）

（一）教材的地位和作用

本节知识点是人教版高一物理第七章第四节的内容，重力势能是学生日常生活中很常见的一种能量，它与重力做功紧密联系，加深了学生对做功的理解，并且重力做功与重力势能的变化之间的关系是本章“机械能守恒定律”的必备知识，本节的讲解思路也为学生学习电势能、分子势能打下坚实的，基础因此这一部分的内容具有重要的承上启下的作用。

2．学情分析：1、从认知上看，高一学生由感性认知向理性认知过渡；2、从思维上看，学生由形象思维向理性思维过渡。由于初中学过关于重力势能的介绍。因此本节的主要任务是完成由感性认识到理性认识，由定性认识到定量计算的转化。

基于我对教材的理解和分析，按照新课程标准，又结合高一年级学生的认知特点，我制定了以下三维教学目标：

3．教学目标:

1、知识与技能

（1）理解重力势能的概念，学生能用计算式计算物体的重力势能。

（2）理解重力做功与重力势能的变化之间的关系，知道重力做功与路径无关。

（3）知道重力势能具有相对性。

2、过程与方法

（1）根据共和能的关系，推出重力势能表达式

（2）通过实验，学生能够掌握科学研究方法----控制变量法

（3）通过对结果分析，培养学生的发散思维。

3、情感态度与价值观

通过对实验的操作、观察、讨论，激发学生探索科学的兴趣。

为了有效的达成以上教学目标，我确定了以下教学重点和难点：

4．教学重点难点

重点：重力势能的概念及重力做功与重力势能变化之间的关系。

难点：1、重力做功与重力势能的变化间的关系

2、重力势能的系统性和相对性。

为了突出重点，突破难点，同时结合新课程以教师为主导作用与学生主体作用相统一的教学理念，我确立了本课的教法和学法。

二、说教法

本节课的教学方法采用：设疑法、理论探究法、讲授法、例举法。

三、说学法（板书）

在学法指导上主要采取自主学习、交流合作式学习、分析归纳式学习等方法。

在教学过程中这些教法和学法将会得到体现。最后我重点来谈谈这一堂课的教学过程：

四、说教学过程（板书）

（一）【导入新课】 投影多媒体图片：利用生活常见事例，比如屋檐上一块摇摇欲坠的瓦片，常使行人惊心。（意图：创设问题情景，激发学生兴趣。）

引出重力势能的定义：物体由于被举高而具有重力势能。物体的高度发生变化时，重力要做功，因而认识重力势能要对重力做功进行研究。

（二）【推进新课】本版块我分为四个环节层层推进。

【第一环节】探究重力的功

为了弄清这个问题，我创设情境，引导学生计算下列三种情况下重力做的功【重力势能地位】

1. 小球自由下落（图）

2. 小球沿倾斜直线下落（图）

3. 小球沿曲线下落（图）

学生比较计算结果，讨论重力做到功，最终得出结论：

重力对物体所做的功与物体路径无关，只跟起点和终点的位置有关。 （设计意图：从具体情景入手，教师引导，学生自己推导，总结寻求重力做功的特点，培养学生的探究能力） 接下来我们探究重力势能的表达式？【重力势能地位】

【第二环节】探究重力势能

【步骤一】：定性探究：重力势能与那些因素有关

学生建立假设，设计实验，检验假设

实验1：用同体积的铁球和橡胶球从相同高度落下，观察落入橡皮泥的深度。

实验2：用同一小铁球从不同高度落下，观察落入橡皮泥的深度。

归纳总结：重力势能跟物体的质量和高度都有关系；物体的质量越大，高度越大，重力势能就越大。 （设计意图，通过实验，认识影响重力势能的因素，为重力势能的定量表示奠定基础，同时学生掌握了控制变量法的科学研究方法）

【步骤二】定量探究：怎么样定量地表示重力势能？

引导学生联想重力做功表达式：WG=mgh=mgh1-mgh2 由上面式子可以看出，式子右边正好是某个物理量的变化值，在物理学中，我们用“mgh”表示重力势能。

归纳总结：重力势能的定义式：EP=mgh（采用讲授法，指出mgh的特殊含义，重力势能的定义的提出也就水到渠成了） 指出重力势能是标量，其单位与功的单位相同，在国际单位中都是焦耳(J)。

【步骤三】设问：物体位置变化，重力做功，同时重力势能发生变化，那么重力做功与重力势能有什么关系呢？ 小组讨论总结：WG= EP1-EP2

即：重力做功等于重力势能的变化

教师引导学生分两种情况讨论：

1. 物体从高处运动到低处：重力做正功，势能减小量等于重力所做的功

2. 物体从低处运动到高处：重力做负功，势能的增加量为物体客服重力所做的功 （设计意图：分两种情况讨论，学生能够更深刻的认识功与能的关系：做功过程就是能量变化的过程。从而也到达了本节重点的突破）

【第三环节】重力势能的相对性

设问：计算某物体在一定高度时的重力势能 （设计意图：学生出现不同计算结果，展开讨论，引出重力势能的相对性）

归纳总结：1.重力势能的相对性，与参考平面的选择有关，重力势能的差值与参考平面无关

2.重力势能有正负

【第四环节】势能是系统所共有的

设问：重力势能是谁的？

学生会想当然回答是物体m的

设问：如果没有地球，还有重力势能吗？

学生豁然开朗：原来重力势能是地球和物体组成的系统所共有的 （设计意图：设置问题，引发思维冲突，学生不断思考，讨论，加深对问题的认识，突破本节难点。激发学生对科学探究的的兴趣。）

（三）【课堂小结】学生小结本课学习知识，一是检查上课内容的落实情况，另一方面便于建构本课知识体系，培养学生的归纳概括能力。同时教师加以完善补充，形成板书如下

板书设计

4.重力势能

一、重力势能：

1. 定义：

2. 表达式：EP=mgh 标量 J

3. 重力做功与重力势能的关系：WG= EP1-EP2

与路径无关

4. 重力势能具有相对性，系统性

（四）【作业布置】