88教案网

你的位置: 教案 > 高中教案 > 导航 > 重力导学案

高中重力教案

发表时间:2020-08-14

重力导学案。

古人云,工欲善其事,必先利其器。高中教师要准备好教案,这是高中教师需要精心准备的。教案可以让学生们能够更好的找到学习的乐趣,帮助高中教师营造一个良好的教学氛围。你知道怎么写具体的高中教案内容吗?为此,小编从网络上为大家精心整理了《重力导学案》,仅供参考,大家一起来看看吧。

第三章相互作用
第一节重力基本相互作用导学案
【学习目标】
1、准确理解力、重力、重心的概念,提高分析物体受力问题的能力。
2、自主学习、合作探究,学会用力的图示解决重力问题的方法。
3、激情投入,全力以赴,激发探究科学真理的兴趣
【重点难点】
1.力的图示法和重力、重心的理解
2.力的作用效果的理解
【使用说明】
1.先通读教材P51-P53,勾画出本节的基本概念(力、力的图示、重力、重心),四种基本相互作用作为简单了解。
2.在理解教材内容的基础上,独立完成导学案,用红笔标出疑问,以备上课合作探究。
3.认真书写,找出自己的问题和疑惑,以备课上讨论质疑。
【问题导学】
1.苹果熟了,为什么会从树上落下?用力推桌子,桌子为什么会移动?

2.小刚把球踢过来,你一脚踢回去,你改变了足球的哪些运动状态?

【合作探究】
探究点一:力的相互作用和表示方法(重点)
问题1:什么是力?你是怎样感受到力的存在的?

问题2:力的作用是相互的,有没有只有受力物体的力或只有施力物体的力?

问题3:物体之间发生相互作用的力,是不是必须相互接触?如果不是,请举例说明。

问题4:什么是力的图示?怎样用力的图示表示出力的三要素?

问题5:画出下列各的力的图示和力的示意图,并比较力的图示与力的示意图有哪些不同?
1.桌面上的物体的重力是50N(规范作图、直尺和铅笔)

2.一物体在光滑水平面上受到30N的水平拉力的作用

3.一物体受到竖直向上的20N的拉力的作用

【针对训练】:

1.下列说法中正确的是()
A、某施力物体同时也一定是受力物体。
B、没有施力物体和受力物体,力照样可以独立存在。
C、找不到施力物体的力是不存在的。
D、有的物体自己就有力,这个力不是另外的物体施加的。

2.下述关于力的说法中不正确的是()
A、力对物体的作用效果,完全由力的大小决定。
B、作用在物体上的力,不论作用点在什么位置产生的效果均相同。
C、物体受到力的作用后,一定同时出现形变和运动状态的改变。
D、力的作用效果一定会使物体运动。
3.请作出一人在水平面上用平行于水平面30N推动木箱做匀速直线运动的力的图示。

探究点二:重力及其特点(难点)
知识补充:质量分布均匀形状规则的物体重心位于几何中心,结合课本中的图3.13和图3.14理解
问题1:重力是怎样产生的?重力的大小与什么因素有关?G=mg中的g与物体做自由落体的加速度有什么关系?

问题2:画出空中飞行的足球所受重力的示意图?借此来理解重力的方向。

问题3:重力的作用点就是物体的重心。质量分布均匀、形状规则的物体的重心在什么地方?怎样才能找出不规则薄皮状的物体重心,用什么方法?

延伸阅读

重力


俗话说,凡事预则立,不预则废。教师要准备好教案,这是教师需要精心准备的。教案可以让学生能够在教学期间跟着互动起来,帮助教师在教学期间更好的掌握节奏。教案的内容要写些什么更好呢?小编特地为大家精心收集和整理了“重力”,希望对您的工作和生活有所帮助。

学习内容3.1重力基本相互作用
学习目标1.知道力是物体间的相互作用,力不能脱离物体而存在,在具体问题中能找出施力物体和受力物体。
2.知道力是矢量,知道力的作用效果,在具体问题中能画出力的图示和力的示意图。
3.知道重力是由于物体受到地球的吸引而产生的。知道重力的大小和方向。
4.知道重心的概念以及均匀物体重心的位置。
学习重、难点理解力、重力、重心的概念,并在具体问题中能正确分析。
学法指导合作、探究、讨论相结合
知识链接初中知识回顾:
1.力是。
2.在国际单位制中,力的单位是。通常把力的叫做力的三要素
3.叫重力。
4.重力的方向是,大小与成正比,重力的大小可以用来测量。
学习过程用案人自我创新
一、力(探究与讨论)
1.一个力的存在同时涉及到个物体?分别称为。
2.有人说力总是成对出现的,你认为呢?
3.物体间发生相互作用可以不直接接触吗?举例说明。

4.力不但有大小,而且有方向,力是。力的大小用来测量。
5.通过实例总结:力的作用效果:①;②。力的作用效果是由力的共同决定
二、力的图示
1.力可以用一根带箭头的线段来表示。它的长短表示力的大小,它的指向(箭头所指方向)表示力的方向,箭头或箭尾表示力的作用点,力的方向所沿的直线叫力的作用线。这种表示力的方法,叫做力的图示。这是把抽象的力直观而形象地表示出来的一种方法。
2.画力的图示的步骤
①选定标度:画出某一长度的线段表示一定大小的力,并把该线段所表示的力的大小写在该线段的上方。所选标度要适当(力的图示上刻度不能过少,也不能多而密,要便于作图计算),一般标度的大小应是所图示的力的1/n,n为除“1”以外的正整数。
②画一个方块或一个点表示受力物体,并确定力的作用点。
③从力的作用点开始,沿力的作用方向画一线段(根据所选标度和力的大小确定线段的长度),并在线段上加上刻度(垂直于力线段的小短线)。
④在表示力的线段的末端画上箭头表示力的方向。在箭头的旁边标出表示这个力的字母或数值。
3.注意:①箭尾通常画在力的作用点上。②若在同一个图上作出不同的力的图示,一定要用同一个标度。③力的图示与力的示意图不同。力的示意图是为了分析受力而作,侧重于画准力的方向,带箭头的线段上没有标度,线段的长度只定性表示力的大小。
三、力的示意图
与力的图示相比,只要求在图中准确画出力的方向,表达出物体在这个方向受力即可,不要求准确画出力的大小。
四、力的分类
(1)按力的性质和力的效果分类
①性质力:重力、弹力、摩擦力、电磁力、分子力等。
②效果力:支持力、压力、拉力、动力、阻力、向心力等。
注意:正确区分性质力和效果力是对物体进行受力分析的基础,也是正确解决力学问题的重要环节。根据效果命名的不同名称的力,性质可能相同,如压力和支持力都是弹力性质不同的力,可以叫同一个名称,如重力、弹力都可使物体由静止开始运动,都可叫动力,其作用效果可以相同。同一个力,可以有不同的名称,如用绳子拉小车前进,绳子对小车施以拉力,又叫弹力、动力等。
【例1】关于力的概念,下列说法中正确的是()
A.一个受力物体可以对应着一个以上的施力物体。
B.一个力必定联系着两个物体,其中任一个物体既是受力物体又是施力物体。
C.用手压弹簧,手先给弹簧一个作用,弹簧压缩后再反过来对手作用。
D.直接接触的物体间一定有力的相互作用。
【例2】在下图中作出A受到一个与水平面成30°角的斜向右上方500N的拉力的图示。
五、重力是由于地球的吸引而使物体受到的力
1.重力的施力物体是,其本质是地球对物体的吸引力,但不能说重力就是地球对物体的吸引力。
2.有人说:地球表面附近的一切物体,不论是静止的,还是运动的,不论是否与地面接触,都受重力作用。重力与运动状态和接触面情况均无关。你赞成这种观点吗?
3.重力的方向总是。不能将“竖直向下”理解为“垂直于支持面向下”、“垂直于地面向下”或“指向地心的方向”。重力的方向不一定指向地心。
4.重力大小的计算公式是G=mg.式中m是物体的质量,单位用kg;g是一个与地理位置有关的量,反映地球对物体作用力的强弱。(g值随地理纬度的增加而增大,随离地面高度的增大而减小)通常情况下(在地球表面附近),取g=9.8N/kg,表示质量是1kg的物体受到的重力是9.8N。
六、重心
1.一个物体的各部分都要受到重力的作用。从效果上看,可以认为各部分受到的重力作用集中于一点,这一点叫做物体的。
2.重心是重力的等效作用点。引入重心的概念,就把实际作用于整个物体各部分的重力用作用于重心的一个力等效地代替了,于是原来的整个物体就可以用一个有质量的点代替,从而使研究问题大为简便。这种方法,在物理学上叫等效方法。等效方法是研究物理问题常用的思维方法,它是在保证效果不变的前提下用一种简化的形式来替代原来的形式以使研究问题方便些。
注意:重心并不是重力的实际作用点,也不是物体上最重的一点,更不能认为地球只吸引物体的这一点。
3.物体重心的位置跟物体的和物体内的分布都有关系,跟物体的和无关。
形状规则、质量均匀分布的物体的重心才在。
4.讨论:物体的重心的位置一般在物体上,有在物体外的吗?

5.对于薄板状物体,可以用找出其重心位置,其依据的原理是二力平衡条件。
七、四种基本相互作用:
①②

③④
【例3】物体静止在水平桌面上,物体对水平桌面的压力()
A、就是物体的重力
B、大小等于物体的重力
C、这压力是由于地球的吸引产生的
D、这压力是竖直向下的。
【例4】物体静止在斜面上,物体所受重力的方向如图所示,这个表示对吗?

【例5】如图所示为一空心圆球,内部装满水,若在其底部一小孔,水从中不断流出,则在此过程中,球和其中水整体的重心如何变化?

达标检测1.下列说法中正确的是()
A、某施力物体同时也一定是受力物体。
B、没有施力物体和受力物体,力照样可以独立存在。
C、找不到施力物体的力是不存在的。
D、有的物体自己就有力,这个力不是另外的物体施加的。
2.下述关于力的说法中不正确的是()
A、力对物体的作用效果,完全由力的大小决定。
B、作用在物体上的力,不论作用点在什么位置产生的效果均相同。
C、物体受到力的作用后,一定同时出现形变和运动状态的改变。
D、力的作用效果一定会使物体运动。
3.下列说法中错误的是()
A、力是物体对物体的作用。B、只有直接接触的物体间才有力的作用。
C、由相距一定距离的磁铁间有相互作用力可知,力可以离开物体而独立存在。
D、甲用力把乙推倒,说明只是甲对乙有力的作用,乙对甲没有力的作用。
4.关于重力的说法,正确的是()
A.重力是由于地球对物体的吸引而产生的。
B.物体在地球表面附近无论是静止,还是向上或向下运动,它都受到重力。
C.重力就是静止的物体对竖直悬绳的拉力。
D.物体本身就有重力,所以重力没有施力物体。
5.下列关于重力的方向的说法,正确的是()
A.重力的方向总是竖直向下的。B.重力的方向总是指向地心。
C.重力的方向总是和支持物体的支持面垂直。
D.由于地球是一个大球体,所以重力的方向是无法确定的。
6.关于重力的大小,下列说法正确的是()
A.物体的重力跟质量成正比。
B.g=9.8N/kg表示重力是9.8N的物体的质量是1kg。
C.放在斜面上的物体比在平面上受的重力小。
D.在地面附近,物体静止时与运动时,其重力大小是不变的。
7.一条放在地面上的长为L的柔软匀质粗绳,向上提其一端刚好拉直时,它的重心位置升高了__________;长为L的均匀直钢管平放在水平地面上,现抬起其一端使其与水平地面成30角时,它的重心位置升高了___________。
8.画出下面物体所受重力的图示
(1)放在水平地面上的重为3.O×106N的木箱。
(2)质量为8kg的小球在空中自由下落时(不计空气阻力)所受力的图示(g取10N/kg)。

高一物理《重力》复习学案


高一物理《重力》复习学案

【学习目标】

1.知道力是使物体运动状态发生改变和发生形变的原因。

2.初步认识力是物体间的相互作用,能分清受力物体和施力物体。

3.知道力的三要素,会用力的图示和示意图来表示力。

4.知道重力产生原因,理解重力的大小及方向,知道重心的概念。

5.初步了解四种基本相互作用力的特点和作用范围。

【学习重点】力的概念、重力产生原因

【知识回顾】

一、力

1.概念

(1)力是物体间的相互作用,力总是成对出现的,这一对力的性质相同。不接触的物体间也可以有力的作用,如重力、电磁力等。

(2)力是矢量,其作用效果由大小、方向和作用点三个要素决定。力的作用效果是使物体产生形变或加速度。

2.力的图示和示意图

(1)力的图示:力的图示中,线段的长短表示力的大小,箭头的指向表示力的方向,箭尾(或箭头)表示力的作用点,线段所在的直线叫做力的作用线。

(2)力的示意图:力的示意图只能粗略表示力的作用点和方向,不能表示力的大小。

二、重力

1.产生:由于地球的吸引而使物体受到的力。

2.大小:G=mg。

3.g的特点

(1)在地球上同一地点g值是一个不变的常数。

(2)g值随着纬度的增大而增大。

(3)g值随着高度的增大而减小。

4.方向:竖直向下。

5.重心

(1)相关因素:物体的几何形状;物体的质量分布。

(2)位置确定:质量分布均匀的规则物体,重心在其几何中心;对于形状不规则或者质量分布不均匀的薄板,重心可用悬挂法确定。

三、四种基本相互作用

自然界中的四种基本相互作用是万有引力、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用

【习题专练】

一、力的概念典型习题精炼

1.关于力的说法下列说法正确的是()

A.力是物体对物体的作用
B.力是使物体产生形变和改变物体运动状态的原因
C.只有互相接触的物体才存在相互作用力
D.若一物体是施力物体,则该物体一定同时也是受力物体

2.关于力的概念,下列说法正确的是()

A.力是使物体发生形变和改变运动状态的原因

B.一个力必定联系着两个物体,其中每个物体既是施力物体又是受力物体

C.只要两个力的大小相等,它们产生的效果一定相同

D.两个物体相互作用,其相互作用力可以是不同性质的力

3.下列说法正确的是()
A.同学甲把同学乙推倒,说明只有甲对乙有力的作用,乙对甲没有力的作用
B.只有有生命的物体才会施力,无生命的物体只能受到力,不会施力
C.任何一个物体,一定既是受力物体,也是施力物体
D.在几组力的图示中,长的线段所对应的力一定比短的线段所对应的力大

4.下列关于力的作用效果的叙述正确的是()

A.物体的运动状态发生改变必定是物体受到力的作用
B.物体的运动状态没有发生改变,物体也可能受到力的作用
C.力的作用效果不仅取决于力的大小和方向,还与力的作用点有关
D.力作用在物体上,必定同时出现形变和运动状态的改变

二、力的图示和示意图典型题型精讲精练

1.用图示法画出下面的各力,并指出施力物体和受力物体。

(1)在水平桌面上重50N的书的重力;

(2)空气对气球的20N浮力;

(3)小孩以东偏北30°的方向拉小车的200N的拉力。

2.试画出下图中各物体所受重力的示意图,并用G表示出来。

三、重力的概念典型习题精炼

1.下列叙述正确的有()
A.只有静止的物体才受重力
B.空中飞行的子弹受重力的作用
C.重力就是物体对水平桌面的压力
D.静止时物体对水平桌面的压力大小等于重力大小

2.一个圆台状能密封的容器装满液体后正立放置如1,倒立放置如2,两个物体的重力正确的是()

A.G1=G2
B.G1G2
C.G1/spanG2
D.无法确定

3.关于重力和重心,下列说法正确的是()

A.风筝升空后,越升越高,说明风筝的重心相对风筝的位置也越来越高
B.质量分布均匀、形状规则的物体的重心一定在物体上
C.舞蹈演员在做各种优美动作的时候,其重心相对身体的位置不断变化
D.重力的方向总是垂直于地面向下

4.如图所示,一个被吊着的空心均匀球壳,其内部注满了水,在球的底部有一带阀门的细出水口。在打开阀门让水慢慢流出的过程中,球壳与水的共同重心将会()

A.一直下降
B.一直不变
C.先下降后上升
D.先上升后下降

5.如图所示,n块厚度为d的相同的砖块,靠在一起平放在地面上。今将它们一块一块向上叠起来,这堆砖的重心升高了多少?

四、四种基本相互作用习题专练

1.关于四种相互作用,下列说法中错误的是()
A.使原子核内质子、中子保持在一起的作用是电磁相互作用
B.在天然放射现象中起作用的基本相互作用是弱相互作用
C.万有引力和电磁相互作用是远程力,强相互作用和弱相互作用是近程力
D.地球绕太阳旋转而不离去是由于万有引力作用

知识归纳:

重力、弹力、摩擦力复习学案


第三章相互作用
§3.1重力、弹力、摩擦力复习学案
【学习目标】
1、知道重力是物体在地球表面附近所受到的地球对它的引力及重心的概念。
2、理解弹力的产生条件和方向的判断,及弹簧的弹力的大小计算。
3、理解摩擦力的产生条件和方向的判断,及摩擦的大小计算。
【自主学习】
阅读课本理解和完善下列知识要点
一、力的概念
1.力是。
2.力的物质性是指。
3.力的相互性是,施力物体必然是受力物体,力总是成对的。
4.力的矢量性是指,形象描述力用。
5.力的作用效果是或。
6.力可以按其和分类。
举例说明:
二、重力
1.概念:
2.产生条件:
3.大小:G=mg(g为重力加速度,它的数值在地球上的最大,最小;在同一地理位置,离地面越高,g值。一般情况下,在地球表面附近我们认为重力是恒力。
4.方向:。
5.作用点—重心:质量均匀分布、有规则形状的物体重心在物体的,物体的重心物体上(填一定或不一定)。
质量分布不均或形状不规则的薄板形物体的重心可采用粗略确定。
三、弹力
1.概念:
2.产生条件(1);
(2)。
3.大小:(1)与形变有关,一般用平衡条件或动力学规律求出。
(2)弹簧弹力大小胡克定律:f=kx
式中的k被称为,它的单位是,它由决定;式中的x是弹簧的。
4.方向:与形变方向相反。
(1)轻绳只能产生拉力,方向沿绳子且指向的方向;
(2)坚硬物体的面与面,点与面接触时,弹力方向接触面(若是曲面则是指其切面),且指向被压或被支持的物体。
(3)球面与球面之间的弹力沿
,且指向。
(四)、摩擦力
1.产生条件:(1)两物体接触面;②两物体间存在;
(2)接触物体间有相对运动(摩擦力)或相对运动趋势(摩擦力)。
2.方向:(1)滑动摩擦力的方向沿接触面和相反,与物体运动方向相同。
(2)静摩擦力方向沿接触面与物体的相反。可以根据平衡条件或牛顿运动定律判断。
3.大小:
(1)滑动摩擦力的大小:f=μN式中的N是指,不一定等于物体的重力;式中的μ被称为动摩擦因数,它的数值由决定。
(2)静摩擦力的大小:0f静≤fm除最大静摩擦力以外的静摩擦力大小与正压力关,最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力,与正压力成比;静摩擦力的大小应根据平衡条件或牛顿运动定律来进行计算。
【典型例题】

【例1】如图所示,光滑但质量分布不均匀的小球的球心在O点,重心在P点,静止在竖直墙和桌边之间。试画出小球所受弹力。
【例2】如图所示,重力不可忽略的均匀杆被细绳拉住而静止,试画出杆所受的弹力。

【例3】如图所示,两物体重力分别为G1、G2,两弹簧劲度系数分别为k1、k2,弹簧两端与物体和地面相连。用竖直向上的力缓慢向上拉G2,最后平衡时拉力F=G1+2G2,求该过程系统重力势能的增量。
解析:关键是搞清两个物体高度的增量Δh1和Δh2跟初、末状态两根弹簧的形变量Δx1、Δx2、Δx1/、Δx2/间的关系。
无拉力F时Δx1=(G1+G2)/k1,Δx2=G2/k2,(Δx1、Δx2为压缩量)
加拉力F时Δx1/=G2/k1,Δx2/=(G1+G2)/k2,(Δx1/、Δx2/为伸长量)
而Δh1=Δx1+Δx1/,Δh2=(Δx1/+Δx2/)+(Δx1+Δx2)
系统重力势能的增量ΔEp=G1Δh1+G2Δh2
整理后可得:
【例4】如图所示,用跟水平方向成α角的推力F推重量为G的木块沿天花板向右运动,木块和天花板间的动摩擦因数为μ,求木块所受的摩擦力大小。
解析:由竖直方向合力为零可得FN=Fsinα-G,因此有:f=μ(Fsinα-G)
【例5】如图所示,A、B为两个相同木块,A、B间最大静摩擦力Fm=5N,水平面光滑。拉力F至少多大,A、B才会相对滑动?
解析:A、B间刚好发生相对滑动时,A、B间的相对运动状态处于一个临界状态,既可以认为发生了相对滑动,摩擦力是滑动摩擦力,其大小等于最大静摩擦力5N,也可以认为还没有发生相对滑动,因此A、B的加速度仍然相等。分别以A和整体为对象,运用牛顿第二定律,可得拉力大小至少为F=10N
点评:研究物理问题经常会遇到临界状态。物体处于临界状态时,可以认为同时具有两个状态下的所有性质。
【例6】小车向右做初速为零的匀加速运动,物体恰好沿车后壁匀速下滑。试分析下滑过程中物体所受摩擦力的方向和物体速度方向的关系。
解析:物体受的滑动摩擦力始终和小车的后壁平行,方向竖直向上,而物体相对于地面的速度方向不断改变(竖直分速度大小保持不变,水平分速度逐渐增大),所以摩擦力方向和运动方向间的夹角可能取90°和180°间的任意值。
点评:由上面的分析可知:无明显形变的弹力和静摩擦力都是被动力。就是说:弹力、静摩擦力的大小和方向都无法由公式直接计算得出,而是由物体的受力情况和运动情况共同决定的。
【针对训练】
1.下列关于力的说法,正确的是()
A.两个物体一接触就会产生弹力
B.物体的重心不一定在物体上
C.滑动摩擦力的方向和物体运动方向相反
D.悬挂在天花板上的轻质弹簧在挂上重2N的物体后伸长2cm静止,那么这根弹簧伸长1cm后静止时,它的两端各受到1N的拉力
2.如图所示,在粗糙的水平面上叠放着物体A和B,A和B间的接触面也是粗糙的,如果用水平拉力F拉A,但A、B仍保持静止,则下面的说法中正确的是()。
A.物体A与地面间的静摩擦力的大小等于F
B.物体A与地面的静摩擦力的大小等于零
C.物体A与B间的静摩擦力的大小等于F
D.物体A与B间的静摩擦力的大小等于零
3.关于两物体之间的弹力和摩擦力,下列说法中正确的是()
A.有摩擦力一定有弹力
B.摩擦力的大小与弹力成正比
C.有弹力一定有摩擦力
D.弹力是动力,摩擦力是阻力
4.如上图所示,用水平力F将物体压在竖直墙壁上,保持静止状态,物体所受的摩擦力的大小()
A.随F的增大而增大B.随F的减少而减少
C.等于重力的大小D.可能大于重力
5.用手握着一个玻璃杯,处于静止状态。如果将手握得更紧,手对玻璃杯的静摩擦力将,如果手的握力不变,而向杯中倒入一些水(杯仍处于静止状态),手对杯的静摩擦力将。
6.一木块放在水平桌面上,在水平方向共受到两个拉力作用,拉力的大小如图所示,物体处于静止状态,(1)若只撤去10N的拉力,则物体能否保持静止状态?;(2)若只撤去2N的力,物体能否保持静止状态?。
7.如图所示,在μ=0.2的粗糙水平面上,有一质量为10kg的物体以一定的速度向右运动,同时还有一水平向左的力F作用于物体上,其大小为10N,则物体受到的摩擦力大小为______,方向为_______.(g取10N/kg)
8.如图所示,重20N的物体,在动摩擦因数为0.1的水平面上向左运动,同时受到大小为10N水平向右的力F作用,物体所受摩擦力的大小为,方向为。

【学后反思】
________________________________________________________________________________________________________________________________。

参考答案
1.BD
2.AD
3.A
4.C
5.不变;变大
6.最大静摩擦力fm≥8N,若只撤去10N的拉力,则物体能保持静止;若只撤去2N的力,物体可能保持静止也可能产生滑动。
7.20N,水平向左
8.2N,水平向右

重力势能


一、教学目标
1.理解重力势能的概念:
(1)知道什么是重力势能,强调“势”的含义。
(2)通过做功与能量关系,得到重力势能公式Ep=mgh,知道在国际单位制中,势能的单位是焦耳(J);势能是标量。
(3)了解重力势能的相对性及势能差的不变性。
2.掌握重力做功特点及重力做功与重力势能变化的关系,应用其解决相关问题。
3.知道弹性势能及其相关因素。
二、重点、难点分析
1.本节重点是重力势能的表达,重力做功与重力势能变化的关系。
2.对于势能这种潜在做功能力的理解:一旦做了功,势能就发挥出来而减少了。
3.要强调重力做功与重力势能变化的相反量的关系,这在初学时很容易发生错误,所以应作为难点强调。
三、教具
投影仪及幻灯片(主要用于把课上要举的例题和图打出,节约时间和黑板空间)。
四、主要教学过程
(一)引入新课
我们已知道运动的物体具有动能,那么静止的物体是否有能量?我们又是如何知道它是否具有能量的呢?
根据学生的回答引出新课内容。
(二)教学过程设计
1.重力势能
利用刚才学生举的例子说明,被举高的重物一旦下落就可以做功,表明处于一定高度的重物“储存”着一种能量,这就是重力势能,即:重力势能是由于物体处于一定高度而具有的能量。
从重力势能的含义可以看出,它与物体的重力和高度有关,到底是什么关系呢?
2.重力势能公式
功是能量变化的量度,重力势能的变化也可用做功表示出来。例如,用一外力把一质量为m的物体匀速举高h,由于是匀速上升,物体的动能不变,外力举高物体做的功W=mgh全部用于增加物体的重力势能。而此过程中克服重力做功亦为mgh,也就是克服重力做了多少功,就获得了多少重力势能。用Ep表示势能,则处于高度h处的物体的重力势能为:
Ep=mgh
即重力势能等于物体重力与高度的乘积。
从势能公式的指导可以看出,它与功一样,在国际单位制中的单位也是焦耳(J),而且也是标量。它是由物体所处的位置状态决定的,所以与动能一样是状态量。
如图1,请学生分别写出以桌面和地面为零点的小球的重力势能:Ep1=mgh1,Ep2=mg(h1+h2),可以看出,结果是与零点选取有关的,因此在表达重力势能时,要指明势能零点的位置。再请学生写出两种零点选取情况下,小球落在桌面上和落在地面上时与初态的重力势能差:ΔEp1=-mgh1ΔEp2=-mg(h1+h2),这是与零点选取无关的。可见,不论我们如何选择参照系,对于一物理过程,重力势能的改变是一定的。我们今后的学习中,更多地是研究某物理过程中重力势能的变化,这时我们就可以适当选择参照系使问题简化,而不会影响结果。
3.重力做功与重力势能的变化关系
(1)重力做功的特点
如图2,让学生写出几种情况下,物体从A→C,重力做的功:
图A是物体由A做自由落体到B,再水平运动到C,容易得出此过程中,重力做功为mgh;图B是物体沿斜面由A滑到C,重力做功为:mgssinθ=mgh;图C是物体沿曲面由A滑到C,可以把曲面看成很多段小斜面组成,利用图B的结论可以得出,重力做功也为mgh。教师还可从A到BC面画任意路径让学生求重力做功,可以看出结论都为mgh。让学生总结出规律。板书:
重力做功与路径无关,只与物体起点和终点位置的高度差有关。
提问:其他力(比如摩擦力)做功是否与路径有关?回答是肯定的。可见,重力做功的特点不能乱用,要视具体力而定。同时提醒学生,今后学习中还会遇到做功具这个特点的力,让学生在今后遇到新的力时注意这个问题。
(2)重力做功与重力势能的变化
教师将手中粉笔头竖直上抛,然后让学生分析其上升和下落过程中重力做功与重力势能的变化,如图3,可以看出,上升过程中,重力做功为-mgh,重力势能增加mgh;下落过程中,重力做功为mgh,重力势能减少mgh,(或称增加-mgh),启发学生总结出如下结论:
重力做多少正功,重力势能就减少多少;重力做多少负功(或称克服重力做了多少功),重力势能就增加多少。即重力做功等于重力势能的减少量。若用W。表示重力做功,Ep1表示初态的重力势能,Ep2表示末态的重力势能,则上述关系可表达为:(板书)
WG=Ep1-Ep2=ΔEp。
提醒学生注意公式中两个势能的先后位置和ΔEp前负号的意义(-ΔEp指减少量)。
4.弹性势能
(1)什么是弹性势能
通过举例看出,发生弹性形变的物体,在恢复形变时能对外界做功,所以它也具有一种潜在的能量,称之为弹性势能。
(2)弹性势能与什么因素有关?
以弹簧为例,引导学生得出弹性势能随弹簧劲度系数和形变量增大而增大的结论。对基础好的学生,还可引导其利用弹力与形变关系的函数图象(如图4),求出弹力的功,从而得出弹性势能的定量表达式:Ep
5.例题讲解与讨论
例1.图5表示一个斜抛物体的运动,当物体由抛出位置1运动到最高位置2时,重力做功是多少?重力势能改变了多少?由位置2运动到跟位置1在同一水平面上的位置3时,重力做功和重力势能的变化是多少?由位置1运动到位置3呢?
解答:由位置1→2,重力做功-mgh,重力势能增大mgh;由位置2→3,重力做功mgh,重力势能减少mgh(增加-mgh);由位置1→3,重力做功和势能变化均为零。
此例的目的是再次强化重力做功、重力势能的概念和计算
例2.如图6,光滑斜轨道下端与光滑圆周轨道相接。要使小球进入圆周轨道后能经过轨道最高点并不落下来,至少应使它从斜轨道上多高处由静止开始下滑?
解答:因所有轨道都光滑,所以小球运动过程中,只有重力做功,要使小球能经过轨道最高点而不下落,对小球此时速度有一下限,也就是此处动能有一下限,利用动能定理对小球从出发点到圆周轨道最高点的过程列式,有:
可以看出,利用重力做功的特点对全程列式可使问题大大简化。(可让分段列式同学提出自己的解答,然后比较优劣。)
例3.如图7所示,一物体质量m=2kg,在倾角θ=37°的斜面上的A点以初速度v0=3m/s下滑。A点距弹簧上的挡板位置B的距离为AB=4m,当物体到达B后,将弹簧压缩到C点,最大压缩量为BC=0.2m,然后物体又被弹簧弹上去,弹到最高位置D点,D点距A点为AD=3m。求:物体跟斜面间的动摩擦因数。(g取10m/s2,弹簧及挡板质量不计)
分析:此题一看上去似乎很繁,涉及到重力、弹力摩擦力做功的问题。其实认真分析一下就会发现,在物体从B→C又返回到B时,弹簧先做负功,又做了相等数量的正功。总功为零,即弹力功为零;而重力做功根据其特点,只考虑由A到D的高度差即可;摩擦力做功由于与路径有关,须认真计算物体在全程中的位移。可见,对不同性质的力做功要具体分析,才会既简化问题又避免发生错误。
利用动能定理对A→B→C→D全过程列式:
(三)课堂小结
1.对势能的含义和表达式予以必要重复。
2.对重力做功的特点和重力做功与重力势能变化关系予以强调。
3.回忆上节动能定理。结合本节知识,让学生课下思考:动能定理可变成什么其他形式?又有什么意义?为以后讲机械能守恒定律打下基础。
五、说明
1.不管是动能定理还是本节所讲的重力做功与重力势能变化的关系,都是过程量与状态量变化之间的关系。因此对过程分析和状态定位非常重要。教师应通过例题强调公式中每个符号的物理意义,不要把顺序搞错,以免给以后深入研究功能关系带来麻烦。
2.势能是一个较难理解的概念,学生在一节课内不易全面理解和掌握。因此本节没有给出有势力的概念,未通过有势力做功的特点来定义势能,而是直接给出定义和计算公式,这样是为了避免给学生造成理解困难,而淡化了本节的教学重点。可在今后学习中接触了更多势能概念如分子势能、电势能等时,再进一步总结势能特点,深入对它的理解。
3.关于势能是属于系统的讲解,由于课时所限,在本节提出也难免囫囵吞枣,因此也拟放在讲解机械能守恒定律时再深入讨论。本节先简略说成某物体具多少势能,但不要过分强调这一提法,以免以后纠正困难。