高一物理势能的改变。

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第2节势能的改变
从容说课
本节讲述重力势能及其相对性，重力势能的变化以及与重力做功的关系.由于与动能定理的表述不一致，学生往往不易理解，教学时最好能结合一些实例，从能量转化的角度分析，解开学生的困惑，例如可举在自由落体运动中，重力做正功，重力势能减少，同时由动能定理可知，动能增加，重力势能转化为动能.这样做也可以为下一节讲解机械能守恒定律作好准备.
关于重力做功与路径无关和弹性势能的教学，根据学校学生的具体情况，可以适当地展开探究，这对提升学生能力是非常有帮助的.
学生已掌握动能、重力势能的概念，对本节来说已有了很好的知识基础，教学中应大胆放手，使学生对重力做功和重力势能的改变的关系进行探索，有利于培养学生的知识探究能力，培养兴趣.
教学重点重力势能的概念及重力做功跟物体重力势能改变的关系.
教学难点重力势能的系统性和相对性.
教具准备球(大小相同的一个钢球，一个木球)两个、透明玻璃容器、沙子、投影片等.
课时安排1课时
三维目标
一、知识与技能
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；
4.了解弹性势能.
二、过程与方法
1.根据功和能的关系，推导出重力势能的表达式；
2.学会从功和能的关系上分析和解释物理现象.
三、情感态度与价值观
渗透从对生活中有关物理现象的观察，得到物理结论的方法，激发和培养学生探索自然规律的兴趣.
教学过程
导入新课
放录像：节选美丽的东北雪景，紧接着过渡到大雪山的壮观，在学生正看得津津有味时，跳到雪山发生雪崩，大雪以排山倒海之势，摧毁一切，给人类和自然带来巨大的灾难.
教师提问：为什么看起来非常漂亮的雪花会有如此大的破坏力呢？
学生回答：由于具有巨大的能量.
学生活动：接着观看录像，思考问题.
重锤把水泥桩打进地里，说明重锤对水泥桩做了功.据功和能的关系，既然重锤可以对水泥桩做功，表明重锤具有能.
推进新课
在初中，我们已经学过：物体由于被举高而具有的能量叫重力势能.那么重力势能的大小与什么有关，又如何定量表示呢？除了重力势能以外还有其他形式的势能吗？本节课我们就来研究解决这些问题.
一、重力势能
【实验探究】
1.重力势能与什么因素有关
［程序一］演示实验
［演示一］在一个玻璃容器内放入沙子，拿一个铁球分别从不同的高度释放，使其落到沙子中，测量铁球落入的深度.
［演示二］
把大小相同、质量不同的两个球从同一高度释放，测量它们落入沙子中的深度.
［程序二］学生叙述实验现象：
（1）当铁球质量一定时，释放点越高，铁球落入沙子中越深；
（2）当释放高度一定时，铁球质量大，铁球落入沙子中越深.
［程序三］据实验现象总结：
物体的质量越大，高度越大，重力势能就越大.
在物理学中我们就用mgh这个物理量来表示物体的重力势能.
板书：
Ep=mgh
m物体的质量千克（kg）
g重力加速度米/秒2（m/s2）
h物体的高度米（m）
Ep物体的重力势能焦耳（J）
重力势能是标量，单位：J
2.重力势能的相对性和系统性
教师活动：引导学生阅读课文相关内容.投影阅读思考题：
（1）为什么说重力势能具有相对性？
（2）什么是参考平面？参考平面的选取是唯一确定的吗？
（3）选择不同的参考平面，物体的重力势能的数值是否相同？是否会影响有关重力势能问题的研究？
（4）如果物体在参考平面的上方，重力势能取什么值？表示什么含义？
（5）如果物体在参考平面的下方，重力势能取什么值？表示什么含义？
学生活动：带着问题阅读教材，然后选出代表发言.
教师活动：听取学生汇报，总结点评：
1.重力势能总是相对于某个水平面来说的，这个水平面叫参考平面.参考平面选取不同，重力势能的数值就不同.可见，重力势能具有相对性.
选择哪个水平面作为参考平面，可视具体情况而定，通常选择地面作为参考平面.
2.选择不同的参考平面，物体的重力势能的数值是不同的，但并不影响研究有关重力势能的问题，因为在有关的问题中，有确定意义的是重力势能的差值，这个差值并不因选择不同的参考平面而有所不同.
3.对选定的参考平面而言，在参考平面上方的物体，高度是正值，重力势能也是正值，表示物体在该位置具有的重力势能比在参考平面具有的重力势能要大.
4.在参考平面下方的物体，高度是负值，物体具有负的重力势能，表示物体在该位置具有的重力势能比在参考平面上具有的重力势能要少.
【知识拓展】
重力势能和重力有关，而重力是地球施加给物体的，没有地球，也就谈不上重力势能.可见，重力势能是“地球和物体”这个系统共有的.
学生活动：讨论对重力势能“系统性”的理解，并发表各自的观点.
【课堂巩固】
投影题目
1.关于重力势能的几种理解，正确的是（）
A.重力势能等于零的物体，一定不会对别的物体做功
B.放在地面上的物体，它的重力势能一定等于零
C.在不同高度将某一物体抛出，落地时重力势能相等
D.相对不同的参考平面，物体具有不同数值的重力势能，但并不影响研究有关重力势能的问题
答案：CD
2.如图所示，桌面高为h，质量为m的小球从离桌面高H处自由落下，不计空气阻力.假设桌面处的重力势能为0，则小球落到地面前瞬间的重力势能为（）
A.mghB.mgH
C.mg(h+H)D.－mgh
思路：重力势能的大小是相对参考平面而言的，参考平面选择不同，物体的高度不同，重力势能的大小则不同.
解析：据题意知，已选定桌面为参考平面，则小球在最高点时的高度为H，小球在桌面的高度为零，小球在地面时的高度为－h，所以小球落到地面时，它的重力势能为E下标?p?=－mgh.
答案：D
二、重力做功与重力势能的改变
［程序一］定性讨论：
1.把一个物体举高，重力做什么功？重力势能如何变化？
2.一个物体从高处下落，重力做什么功？重力势能如何变化？
［程序二］学生汇报讨论结果：
把一个物体举高，重力做负功，即物体克服重力做功，物体的重力势能增大；
一个物体从高处下落，重力做正功，重力势能减小.
［程序三］教师总结：
从刚才的讨论中可知：重力做正功，重力势能减小；重力做负功，重力势能增加.
把功和能的关系用到此处得到：
1.重力势能的变化跟重力做功有密切联系.
2.重力做了多少功，重力势能就改变多少.
［过渡］由此我们可以借助于重力做功来定量研究重力势能.
［程序四］推导重力势能的定量表示式.
［投影］
一个质量为m的物体从距地高为h1的A点下落到距地高为h2的B点，求重力做的功.
在该下落过程中，重力做的功为：
WG=mgΔh=mgh1－mgh2.
［程序五］讨论重力做的功与重力势能改变之间的关系.
投影公式：
WG=Ep1－Ep2
［说明］WG表示重力做的功；Ep1表示物体初位置的重力势能；Ep2表示物体末位置的重力势能.
讨论得到：
1.当物体由高处运动到低处时，重力做正功，则WG0,Ep1Ep2?,表示重力做正功时，重力势能减少，减少的重力势能等于重力所做的功.
2.当物体由低处运动到高处时，重力做负功，WG0，Ep1Ep2，表示物体克服重力做功（重力做负功）时，重力势能增加，增加的重力势能等于克服重力所做的功.
［推理］
物体从A运动到B，路径有无数条，但不论沿哪条路径，从A到B重力做的功都等于物体重力势能的减少量.而物体重力势能的减少量mgΔh是一定的，所以沿不同的路径把物体从一位置移动到另一位置，重力所做的功是一定的.
板书：
重力所做的功只跟初位置的高度h1和末位置的高度h2有关，跟物体运动的路径无关.
【教师精讲】
1.起重机以的加速度将质量为m的物体匀减速地沿竖直方向提升高度h，则起重机钢索的拉力对物体做的功为多少？物体克服重力做功为多少？物体的重力势能变化了多少？
解析：由题意可知起重机的加速度，物体上升高度h，
据牛顿第二定律得mg－F=ma，所以F=mg－ma=mg－m×g=mg
方向竖直向上.
所以拉力做功
WF=Fhcos0°=mgh
重力做功
WG=mghcos180°=－mgh
即物体克服重力做功为mgh
又因为WG=Ep1－Ep2=－mgh
WG0,Ep1Ep2
即物体的重力势能增加了mgh.
2.如图所示，一条铁链长为2m,质量为10kg，放在光滑的水平地面上，拿住一端匀速提起铁链直到铁链全部离开地面的瞬间，拉力所做的功是多少？
解析：由于铁链中各铁环之间在未提起时无相互作用，所以匀速提起时的拉力F1总是等于被提起部分铁环的重力，即F1=G1=m1g.由于m1是逐渐增大的，所以拉力F1也是逐渐增大的，所以不能用W=Fhcosα求解.
由功能关系，铁链从初状态到末状态，它的重心位置提高了，因而它的重力势能增加了ΔEp=mgh=mgL/2,又由于铁链是匀速提起，因而它的动能没有变化，所以拉力F对铁链所做的功就等于铁链重力势能的增加量.
即WF=ΔEp=mgL=×10×9.8×2J=98J.
三、弹性势能的改变
【演示】
装置如图所示：
将一木块靠在弹簧上，压缩后松手，弹簧将木块弹出.
分别用一个硬弹簧和一个软弹簧做上述实验，分别把它们压缩后松手，观察现象.
学生活动：观察并叙述实验现象.
现象一：同一根弹簧，压缩程度越大时，弹簧把木块推得越远.
现象二：两根等长的软、硬弹簧，压缩相同程度时，硬弹簧把木块弹出得远.
师生共同分析，得出结论：
上述实验中，弹簧被压缩时，要发生形变，在恢复原状时能够对木块做功，因而具有能量，这种能量叫做弹性势能.
教师活动：多媒体演示（撑杆中的弹性势能），发生形变的物体，具有弹性势能.
请同学们再举几个物体具有弹性势能的例子.
学生活动：观察课件演示，体会发生形变的物体，具有弹性势能；思考并举例：a.卷紧的发条b.被拉伸或压缩的弹簧c.击球的网球拍d.拉开的弓.
【合作探究】
教师活动：弹性势能的大小与哪些因素有关？弹性势能的表达式应该是怎样的？我们就来探究这些问题.
我们在学习重力势能时，是从哪里开始入手进行分析的？这对我们讨论弹性势能有何启示？
学生活动：思考后回答：
学习重力势能时，是从重力做功开始入手分析的，讨论弹性势能应该从弹力做功的分析入手.
点评：通过知识的迁移，找到探究规律的思想方法，形成良好的思维习惯.
教师活动：当弹簧的长度为原长时，它的弹性势能为零，弹簧被拉长或被压缩后，就具有了弹性势能，我们只研究弹簧拉长的情况.
在探究的过程中，我们要依次解决哪几个问题呢？请同学们快速阅读课本，把这几个问题找出来.
学生活动：阅读教材，找出探究过程中要依次解决的问题，从总体上把握探究的思路.
教师活动：倾听学生回答，进一步引导.
（1）重力势能与高度h成正比，弹性势能是否也与弹簧的伸长量（或缩短量）成正比？说出你的理由.
（2）在高度h相同的情况下，物体的质量越大，重力势能越大，对于不同的弹簧，其弹性势能是否也有类似的情形？
（3）对弹性势能的猜测，并不能告诉我们弹性势能的表达式，这样的猜测有没有实际意义？
学生活动：思考问题，学生代表发言.
教师活动：听取学生汇报，点评，解答学生可能提出的问题.
提出问题：重力做功，重力势能发生变化，重力做功在数值上等于重力势能的变化量.那么，弹力做功与弹性势能的变化之间的关系是怎样的？
学生活动：思考问题，学生代表发言.
教师活动：听取学生汇报，点评，解答学生可能提出的问题.
提出问题：重力是恒力，重力做功等于重力与物体在竖直方向移动距离的乘积.那么，拉伸弹簧时，拉力做功该怎样计算？并在练习本上自己画图，写出拉力在整个过程中做功的表达式.
学生活动：思考拉力做功的计算方法，选出代表发表自己的见解.
点评：通过学生阅读，培养学生的阅读理解能力；通过学生探求变力做功的方法，初步形成微分求解变量的物理思想方法.
教师活动：听取学生汇报，投影学生的求解过程，解答学生可能提出的问题.
提出问题：怎样计算拉力做功的求和式？是否可以用F-l图象下梯形的面积来代表功？
学生活动：在练习本上作F-l图象，推导拉力做功的表达式.
教师活动：听取学生汇报，投影学生的推导过程，解答学生可能提出的问题.
点评：在处理匀变速直线运动的位移时，曾利用vt图象下梯形的面积来代表位移；这里利用F-l图象下的面积来代表功，可以培养学生知识迁移的能力.但要搞清弹簧长度和伸长量的区别，l表示伸长量，则F-l图象下是一个三角形的面积来代表功.
【例题剖析】
1.对弹性势能的理解
［例1］一竖直弹簧下端固定于水平地面上，小球从弹簧的正上方高为h的地方自由下落到弹簧上端，如图所示，经几次反弹以后小球最终在弹簧上静止于某一点A处.则（）
A.h愈大，弹簧在A点的压缩量愈大
B.弹簧在A点的压缩量与h无关
C.h愈大，最终小球静止在A点时弹簧的弹性势能愈大
D.小球第一次到达A点时弹簧的弹性势能比最终小球静止在A点时弹簧的弹性势能大
解析：最终小球静止在A点时，通过受力分析，小球受自身重力与弹簧的弹力作用，由弹力公式F=kl，即可得出弹簧在A点的压缩量与h无关，弹簧的弹性势能与h无关.
答案：B
2.关于不同能量间的转化
［例2］如图所示，表示撑杆跳运动的几个阶段：助跑、撑杆起跳、越横杆.试定性地说明在这几个阶段中能量的转化情况.
分析：运动员的助跑阶段，身体中的化学能转化为人和杆的动能；起跳时，运动员的动能和身体中的化学能转化为人的重力势能和撑杆中的弹性势能；随着人体的继续上升，撑杆中的弹性势能转化为人的重力势能，使人体上升至横杆以上；越过横杆后，运动员的重力势能转化为动能.
教师活动：势能也叫位能，是由相互作用的物体的相对位置决定的.重力势能是由地球和地面上物体的相对位置决定的，弹性势能是由发生弹性形变的物体各部分的相对位置决定的.我们以后还会学到其他形式的势能.
【知识拓展】
［例1］盘在地面上的一根不均匀的金属链重G=30N，长L=1m,从一端缓慢提起至另一端恰好离开地面时需做功10J.金属链重力势能增加__________J，此时金属链重心位置距地面__________m.如果改从另一端缓慢提起至金属链恰好离开地面需做功__________.
解析：从一端缓慢提起至另一端恰好离开地面时需做功10J，金属链重力势能增加ΔEp=Gh1=10J,此时金属链重心位置距地面h1=0.33m.如果改从另一端缓慢提起至金属链恰好离开地面需做功W2=G(L-h1)=20J.
［例2］如图所示，一个人通过定滑轮匀速地拉起质量为m的物体，当人沿水平地面从A点走到B点时，位移为s，绳子方向与竖直方向成α角，原先绳子方向竖直，不计阻力.则人拉物体所做的功为多少？
解析：由于人拉绳的力的方向不确定，不能用功的定义式来计算人所做的功，须通过动能定理来计算人所做的功.而重力的功根据重力做功的特点可得：.
由动能定理可得：W-WG=0
所以人所做的功为：.
课堂小结
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.
布置作业
课本P31作业1、2、3、4.
板书设计
活动与探究
探究橡皮筋的弹性势能与伸长量的关系.
写出实验步骤及注意事项，同学间交流讨论.

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高一物理《重力势能》复习学案

一位优秀的教师不打无准备之仗，会提前做好准备，高中教师要准备好教案，这是高中教师需要精心准备的。教案可以让学生更好的吸收课堂上所讲的知识点，帮助授课经验少的高中教师教学。那么，你知道高中教案要怎么写呢？以下是小编为大家精心整理的“高一物理《重力势能》复习学案”，供大家借鉴和使用，希望大家分享！

高一物理《重力势能》复习学案
第四节重力势能
（一）引入新课
问题1：水力发电站是利用水来发电的，水是利用什么来发电的呢？高处的石头欲落下，你为什么害怕，急于要躲开呢？（物体由于被举高而具有重力势能。）
问题2：怎么样认识重力势能呢？
演示：粉笔在竖直方向上的运动。（引导学生分析粉笔上升和下降过程重力做功与重力势能的变化）
功与能是两个密切联系的物理量。物体的高度发生变化，重力势能发生变化，重力要做功。我们认识重力势能，不能脱离重力做功的研究。
（二）进行新课
本节课就从重力做功的研究入手，来认识重力势能。
1、重力做功
根据功的计算公式分别计算甲、乙、丙三种情况中小球由A到B过程中重力所做的功。
甲
A
A
B
B
乙
h1
h2
h
A
B
h
h2
h1
丙
A1
A2
A3
△h1
△h2
△h3

过程甲、乙结果为：Wmg=mgh=mgh1-mgh2
过程丙：物体沿任意路径向下运动情况，学生会感到困难。在分析过程中要体现出极限思想，主要强调的是科学方法。思路为：逐步提出问题，引发学生思考并逐步进行分析计算。
（1）物体沿曲线运动，就已有的知识，重力做功能求出吗？（不能）怎么办？
（2）想一想我们能够解决的是什么样的情况？（物体沿直线运动过程重力做功，可以根据过程甲乙的计算结果进行计算。）
（3）回忆前面学习过的方法，可不可以变曲为直呢，怎么变？（将整个路径分成许多很短的间隔）
（4）怎么样来进一步计算重力的做功？（W=W1+W2+W3+…）
这一过程中，教师听取学生汇报，点评，解答学生可能提出的问题。
根据上面的分析，归纳总结出解决问题的方法是：把整个路径分成许多很短的间隔；由于每一段很小很小，都可以近似看作一段倾斜直线；分别求出物体通过每一小段倾斜直线时重力所做的功；物体通过整个路径时重力所做的功，等于重力在每小段上所做的功的代数和。先猜想以下结果可能是什么样的？有没有依据，还是一种感觉？然后再进行计算，自己检验你的猜想。结果：Wmg=mgh=mgh1-mgh2
结论：物体运动时，重力对它做的功只跟它的起点和终点的位置有关，而跟物体运动的路径无关。
2、重力势能
重力势能应该与那些量有关？如果轻重不同的石头从同一高度下来砸到脚上，感觉怎样？同一块石头从不同高度下来，砸到脚上，感觉又如何？分析出重力势能应该与重力、高度有关。
分析表达式：Wmg=mgh=mgh1-mgh2重力做功的大小等于物重跟起点高度的乘积mgh1与终点的mgh2两者之差，观察重力mg与所处位置的高度h的乘积“mgh”看出，（1）与重力做功密切相关；（2）随高度变化而变化，恰与势能的基本特征一致。这是一个具有特殊意义的物理量。
（1）定义：地球上的物体具有的和它的高度有关的能量，叫做重力势能。
（2）表达式：Ep=mgh即物体的重力势能等于它所受重力与所处高度的乘积。
（3）重力势能为标量。
h1
h2
h
1
2
（4）单位：1J=1kg·m/s2·m=1Nm
举例计算如图小球在1和2位置的重力势能。（m=10kg，h1=3m，h2=1m）
3、重力势能的变化和重力做功的关系
问题1：定性分析上图中小球从1→2和从2→1过程中，重力做功情况，重力势能变化情况？
问题2：定量分析重力势能的变化和重力做功的关系？
结合上面的具体数值，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。
分析：Wmg=mgh1-mgh2式中：Wmg为重力做功；EP1=mgh1为初位置的重力势能；EP2=mgh2为末位置的重力势能。
重力势能的变化表示为：△EP=EP2-EP1则：Wmg=-（EP2-EP1）=-△EP
问题3:小球沿光滑斜面下滑到底端，计算重力做功。
问题4:重力势能的变化量。如果斜面粗糙结果如何？
总结：
（1）物体的高度下降时，重力做正功，重力势能减少，重力势能减少的量等于重力所做的功；
（2）物体的高度增加时，重力做负功，重力势能增加，重力势能增加的量等于物体克服重力所做的功。
（3）重力势能变化只与重力做功有关，与其他力做功无关。
4、重力势能的相对性
问题1：手拿教科书放在某一位置，问高度是多少？
物体的高度总是相对某一水平面来说的。同样，物体的重力势能也是相对于某一水平面来说的，具有相对性。
问题2：以天花板为参考平面，讲桌上的粉笔盒重力势能是多少？
总结：
（1）参考平面上，EP=0；
（2）参考平面的选取一般以研究问题的方便为原则。
（3）对选定的参考平面而言：
上方：h＞0，EP＞0；
下方：h＜0，EP＜0，表示物体这个位置具有的重力势能比在参考平面上具有的重力势能要少。
5、重力势能的系统性
我们一直在讲某物体的重力势能，是不是准确呢？由重力做功与重力势能的关系、重力的产生看，如果没有地球，就谈不上重力势能，因此，严格说：重力势能是地球与物体这一系统所共有的，不是物体单独所有的，通常说某物体的重力势能是多少，只是一种简化的说法。

高一物理7.5、重力势能教案59

7.5、重力势能
一、教学目的：
1．理解重力势能的概念，会用重力势能的定义式进行计算．
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．
4．了解弹性势能．
二、重点难点：
1.重力势能以及重力势能的变化与重力做功的关系.
2.理解重力势能的相对性.
三、教学方法：
演示实验、分析推理、讲授讨论.
四、教具：
轻重不同的重锤一个、木桩、沙箱、橡皮筋.
五、教学过程：
（一）.引入新课：
大家知道水力发电站是利用水来发电的，水是利用什么能来发电的呢？学习这节课后，我们将会了解这个问题。
通过前面对功和能的关系的学习，我们知道怎样判断一个物体具有能量：一个物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量。
演示重锤从高处落下，把木桩打进沙箱中，说明重锤对木桩做了功，举高的重锤具有能量。我们把重锤由于被学举高而具有的能量叫做重力势能。本节课将学习重力势能的有关知识。
（二）.进行新课：
重力势能的大小与什么因素有关呢？
演示实验1：演示由质量不同的重锤从相同高度落下，木桩被打进沙箱的深度不同，引导学生分析得出：质量越大的重锤具有的重力势能越大。
演示实验2：演示用同一重锤从不同高度落下，木桩被打进沙箱的深度不同，引导学生得出：重锤高度越大，具有的重力势能越大。
怎样定量地表示重力势能呢？
把一个物体举高，要克服重力做功，同时物体的重力势能增加。一个物体从高处下落，重力做功，同时重力势力能减小。可见重力势能跟重力做功有密切关系。
如图1所示，设一个质量为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：
WG=mgΔh=mgh1-mgh2
我们可以看出WG等于mgh这个量的变化。在物理学中就用这个物理量表示物体的重力势能。重力势能用EP来表示。
1．重力势能
○1定义：由于物体被举高而具有的能量。
○2重力势能的计算式：EP=mgh.
即物体的重力势能等于物体的重量和它的高度的乘积。
○3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)
2．对EP=mgh的理解：
○1式中h应为物体重心的高度。
○2重力势能具有相对性，是相对于选取的参考面而言的。因此在计算重力势能时，应该明确选取零势面。
○3重力势能可正可负，在零势面上方重力势能为正值，在零势面下方重力势能为负值。
○4选取不同的零势面，物体的势能值是不同的，但势能的变化量不会因零势面的不同而不同。
例题1：边长为L，质量为m的立方体物体静止放在地面，在其旁边有一高为H的水平桌面,如图2所示.
○1若选地面为零势点，立方体物体的重力势能为多少？
○2若选桌椅面为零势点，立方体物体的重力势能为多少？
学生先做，老师再讲。
解析：
○1EP=mgL/2.
○2EP=-mg(H-L/2).

3．重力势能的变化和重力做功的关系
引导学生进一步分析：图1中，重力做正功，重力势能减少，减少的重力势能转化为物体的动能了。重力势能的变化是否在任意情况下都等于重力所做的功？重力做功有什么特点？
讨论1：物体从A点下落到B点过程中，如果受阻力作用，重力做的功与重力势能变化之间的关系是怎样的？
物体下落受到阻力，只影响物体动能的变化，不影响重力的功，重力势能的变化只与A、B两点的高度差有关。
WG=mgh1-mgh2=EP1-EP2.
物体减少的重力势能等于重力所做的功，但由于要克服阻力做功，减少的重力势能没有全部转化为动能。
讨论2：若物体从A点下落到B点后，再平移到与B点等高的C点，重力做的功是多少？重力做功与重力势能之间的关系又如何？如图3所示。
物体由B到C过程中重力不做功，重力势能也不变化，因此物体由A运动到C点过程中，重力的功仍是WG=mgh1-mgh2=EP1-EP2.物体减少的重力势能等于重力所做的功。
讨论3:若物体是从A点沿斜面滑到与B点等高的C点，上述关系是否成立？
设AC之间长为S，且与水平方向成θ角。
重力做功WG=Fssinθ=mgh1-mgh2
由此发现重力做功与路径无关，只跟初末位置高度有关，物体减少的重力势能仍等于重力所做的功。
讨论4:物体从B点分别匀速、加速、减速上升到A点，上述关系又是如何呢？
无论物体从B点上升到A点是匀速、加速、减速，重力都做负功，且都等于物体重力与初末位置高度差的乘积。而重力势能都增加，增加的重力势能等于克服重力所做的功。但这三种情况中，由于所受拉力不同，物体动能的变化量等于合外力的功，动能变化量不相同。
师生共同总结出重力势能变化只与重力做的功有关，两者关系如下：
当物体由高处运动到低处时，重力做正功，重力势能减少。减少的重力势能等于重力所做的功。
当物体由低处运动到高处时，重力做负功，即物体克服重力做功，重力势能增加。增加的重力势能等于克服重力所做的功。
引导学生总结出重力做功的特点：
4.重力做功的特点：重力所做的功只跟初始位置的高度和末位置的高度有关，跟物体的运动路径无关。
演示实验3:演示张紧的橡皮筋把纸团射出去，说明发生弹性形变的橡皮筋能够做功，因而具有能量------这种能量称为弹性势能。
5.弹性势能：发生弹性形变的物体，在恢复原状时能够对外界做功，我们把物体因发生弹性形变而具有的势能叫弹性势能。
引导学生举些具有弹性势能物体的实例。如张紧的弓、卷紧的发条、位伸或压缩的弹簧、击球时的网球拍等都具有弹性势能。初步了解弹簧所具有弹性势能的大小与什么因素有关。
分析：弹簧被拉伸或压缩的长度越大，恢复原状时对外做的功就越多，弹簧的弹性势能就越大。弹簧的弹性势能不跟弹簧的劲度有关，被拉伸或压缩的长度相同时，劲度越大的弹簧弹性势能越大。
重力势能和弹性势能是由相互作用物体的相对位置决定的，所以势能又叫位能。今后还将学习其它形式的势能。
例题2:沿着高度相同，坡度不同，粗糙程度也不同的斜面向上拉同一物体到顶端，以下说法中正确的是：
A．沿着坡度小、长度大的斜面上升克服重力做的功多；
B．沿长度大、粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功多；
C．沿长度大、粗糙程度小的斜面上升克服重力做的功多；
D．上述几种情况重力做功同样多。
学生先做，老师再评讲。正确答案为D。
（三）、课堂小结：
1.重力势能：由于物体被举高而具有的能量；重力势能的计算式：EP=mgh.，即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，其单位与功的单位相同，在国际单位中都是焦耳。
2.重力做功的特点：重力所做的功只跟初始位置的高度和末位置的高度有关，跟物体的运动路径无关。
3.弹性势能：发生弹性形变的物体，在恢复原状时能够对外界做功，我们把物体因发生弹性形变而具有的势能叫弹性势能。
（四）、课外作业：
1.复习归纳本节课内容。
2.思考课本练习四第（1）、（3）题。
3.把练习四第(2)、(4)、(5)题做在作业本上。

高一物理重力势能教学设计58

7.5重力势能
一、素质教育目标
（一）知识教学点
1．知道重力势能的定义。
2．理解重力势能的计算公式，知道重力势能是标量，单位是焦耳。
3．理解重力做功与重力势能的关系。
4．知道重力势能的值是相对的，理解重力势能正负的含义。
5．了解弹性势能，知道弹簧的弹性势能的决定因素。
（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，从高度为的A点下落到高度为的B点，如图所示，重力所做的功为
（2）重力势能的表述式
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
当物体下落时，重力做正功，，可设，这说明，重力做功，重力势能减少，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J，若从二楼楼面算起，物体的重力势为J．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J
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，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．
（3）重力做功与重力势能的关系．
物体下落
物体上升
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，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（）
A．沿路径运动，重力做功最多
B．沿路径运动，重力做功最多
C．沿路径运动，重力做功最多
D．无论沿哪条路径，做功都一样多
6．质量为1kg的物体做自由落体运动，下落1s时，物体的动能为，物体的重力势能减少了．
答案：1．BCD2．3．18J4．B5．D6．50J50J

高一物理教案：《物体运动状态的改变》教学设计

一位优秀的教师不打无准备之仗，会提前做好准备，作为高中教师就要在上课前做好适合自己的教案。教案可以保证学生们在上课时能够更好的听课，减轻高中教师们在教学时的教学压力。关于好的高中教案要怎么样去写呢？下面是小编精心收集整理，为您带来的《高一物理教案：《物体运动状态的改变》教学设计》，大家不妨来参考。希望您能喜欢！

高一物理教案：《物体运动状态的改变》教学设计

教学目标

知识目标

(1)认识运动状态的改变是指速度的改变，速度的改变包括速度大小和速度方向的改变;

(2)理解力是产生加速度的原因;

(3)理解质量是惯性大小的量度.

能力目标

培养学生严谨的逻辑推理能力;通过对大量实例的分析，培养学生归纳、综合能力.

情感目标

善于思考、善于总结，把物理与实际生活紧密结合.

教学建议

教材分析

本节主要要讲清三个问题：物体运动状态由哪个物理量来标志，什么能说明物体运动状态改变了;力是改变物体速度的原因，那么力就是物体产生加速度的原因;为什么说质量是惯性大小的量度.

教法建议

1、在讲物体运动状态变化时，注意强调速度大小不变、方向改变这种情况，例如直线折反、转弯.这时速度变化了，一定有加速度产生.

2、质量是惯性大小的量度这一观点是定性分析给出的，所以理解起来有一定的难度.在教学中要抓住惯性这一概念为切入点去分析，不要让学生感到太突然，找不到分析思路.

3、多分析实例，增强学生的感性认识.

教学设计示例

教学重点：力是产生加速度的原因;质量是惯性大小的量度.

教学难点：质量是惯性大小的量度.

示例：

一、力是产生加速度的原因

1、速度是描述物体运动状态的物理量.

2、物体的运动状态变化

注意：象物体做沿同一直线的往复运动，或沿曲线转弯等运动时，只要其速度方向变化，物体的运动状态就要发生变化，此时物体将具有加速度.

力是改变物体速度的原因——→力是改变物体运动状态的原因

3、力是产生加速度的原因

4、上节课所举的部分例子重新分析

二、质量是物体惯性大小的量度

1、分析：

力是改变物体速度的原因、惯性是物体保持原来速度的性质——→讨论物体惯性大小的方法是在相同力的作用下，对比产生加速度的大小.产生加速度越大，表示物体惯性越小 .

2、举例分析：见书49页的例子.

3、结论：质量是物体惯性大小的量度.

4、惯性的利与弊：让学生看书并讨论

探究活动

题目：生活中的惯性现象

组织：小组或个人

方案：搜集“生活中的惯性现象”的示例并加以分析和评价，写出小论文.

评价：可锻炼学生的观察能力，分析、表达能力.