§7.4

重力勢能（第1課時）教學設計

設計思想

《重力勢能》這節課是學生第一次從定量的角度學習能量的具體表達形式。在以后的學習過程中，能量概念的重要性會被學生逐步認識到，因而本節課的內容具有非常重要的意義。就內容的呈現方式來看，本節課有探究課的特點。因而從教學的角度來看，宜采取師生互動、引導、啟發的教學方式。

學情分析

1.知識層面：重力勢能是學生在初中已經接觸過的，但當時只停留在定性的分析上。新課應注意對知識從定性到定量的轉化。

2.能力層面：高一學生對事物的認知還停留在具體的形象思維上，抽象的邏輯思維的建立還需要時間。所以在教學中我們要借助實驗、視頻等直觀手段逐漸引入抽象的物理概念。

教學目標

物理觀念

1.正確理解重力勢能的概念；

2.正確理解重力做功的特點。

科學思維

1.發展學生分析、概括和科學推理能力；

2.能運用重力勢能表達式計算重力勢能；

3.能利用重力做功與重力勢能的關系解決一些實際問題。

實驗探究

1.能描述和探究影響重力勢能的因素；

2.會實驗驗證重力做功與路徑無關。

科學態度與責任

1.知道重力勢能的相對性及其與地球系統共有性，形成科學的物質觀；

2.滲透從生活中來，到生活中去的科學方法，激發和培養學生探索自然規律的興趣；

3.通過學生之間的討論交流與協作探究，培養團隊合作精神；

4.培養學生遵守社會公德，防止高空墜物。

教學重難點

1．重力做功的特點；

2．重力勢能的概念。

教學資源

體積相同質量不同的塑料球（1個）和鐵球（2個）；裝有沙子的塑料桶；多媒體展臺

教法設計

引導式、啟發式、探究式、分組討論

教學過程

教師活動

學生活動

設計意圖

引入新課

在前一章萬有引力的學習中我們曾經提到過一個有趣的故事：

[PPT展示：牛頓與蘋果的圖片]

那就是牛頓在被蘋果砸中腦袋之后，開始思考地球上的引力與天體間引力的關系，最終得出了偉大的萬有引力定律！今天，老師也拿來了一個蘋果，想讓同學們也當一回牛頓，感受一下被蘋果砸中腦袋的感覺！誰想來試試？

如果我再從更高的地方釋放呢？比如10層樓高？小小蘋果能有多大威力？有人做了一個類似實驗，我們來看一段視頻。

[PPT播放視頻：蘋果高空墜落]

實驗結果還是很震撼的！小蘋果竟然蘊含了大能量！原因是什么？

大家在初中時已經學過，物體由于被舉高而具有的能量叫做——重力勢能，今天我們將更進一步學習重力勢能的知識和應用。

[PPT展示標題]

[板書：§7.4重力勢能]

感受從頭頂掉落蘋果砸中腦袋

觀看影片

回答問題

激發學生的好奇心，引起共鳴

新課教學

一、影響重力勢能的因素

那么重力勢能的大小可能與哪些因素相關呢？你是如何想到的？

重力勢能的大小要通過一定的途徑展現出來，就像剛才看到的視頻中蘋果從高處落下可以砸碎玻璃，我給大家提供了一套簡單的實驗裝置來檢驗你的猜想。

[PPT展示：學生分組實驗儀器圖片]

介紹裝置：體積相同質量不同的塑料球（1個）和鐵球（2個）；裝有沙子的塑料桶，大家討論一下可以如何探究？這里用到了哪種實驗方法？

[板書：一、影響重力勢能的因素]

教師：請大家匯報一下實驗結果。

[PPT播放：實驗視頻]

實驗說明，質量越大的物體，能量越大，釋放高度越高的物體，能量越大。

[板書：影響因素：質量、高度]

回答問題：

不同質量的球從同一高度釋放，相同質量的球從不同高度釋放，觀察小球進入沙子的深度。

控制變量法

分組實驗

讓學生分析問題，提出實驗方案，讓他們體驗探索、發現的成就感

直觀的實驗現象引發學生思考

新課教學

二、重力做功的特點

現在我們知道了重力勢能與物體的質量和高度有關，那么到底該怎樣定量的表達重力勢能呢？其實在前面的教材里，已經給出方法了，大家來看教材第57頁最上面第一段話，請一位同學來讀一下這段話。

[PPT展示：教材內容]

對于尋找重力勢能的定量的表達，這段話能給你什么啟示嗎？

重力勢能釋放的過程離不開重力做功，所以，我們就先從重力做功分析入手！

[板書：二、重力做功的特點]

物體的真實下落過程其實要比我們做的實驗復雜的多，大家來看這幅圖。

[PPT展示：幼兒園小朋友滑滑梯走不同路徑]

提問：直接滑竿，滑斜坡，滑彎道，這幾種情況下重力功如何求？

為了研究問題方便，我們通常把問題簡化成物理模型：

[PPT：三種不同路徑類型]

小球從A運動到B，已知A、B的高度，求重力功，請兩位同學到黑板上寫出前兩種類型的計算過程。

[板書：兩種情況下都有：WG=mgh1-mgh2]

圖3該怎么辦？前面兩種小球運動的路徑是直線運動，圖3的任意曲線如何處理？大家有沒有好的辦法？有什么辦法能將變化的位移方向變成不變的呢？在咱們以前的學習中有沒有遇到過類似的問題，如何化變量為不變量的？

[PPT展示：勻變速運動位移時間關系的求法]

總結：這種方法叫微元法，那么對于現在這種情況可不可以類比一下，用微元法來求圖3中小球重力做的功？

[板書：

WG=mg△h1+mg△h2+……=mgh1-mgh2]

通過計算，我們發現重力做功有什么特點？

[板書：重力做功與路徑無關，只與初、末位置高度差有關]

為了驗證理論推導，我們做個實驗驗證一下，這里兩個不同路軌的軌道，高度相同，從同一高度釋放兩個球，觀察它們飛出后的落點，如果重力做功相同，它們最后從軌道末端飛出的情況應該一樣，根據平拋原理，落點的距離應該一致，這里摩擦力的影響比較小，我們忽略不計。

[實驗檢驗：重力做功與路徑無關]

[PPT播放：實驗視頻和圖片]

自主閱讀教材57頁

回答問題

板書圖1和圖2的計算過程

回答問題

總結方法

觀察實驗

自主閱讀

建立模型

理論推導

自主閱讀

對比遷移

加深印象

實驗驗證

新課教學

三、重力勢能

實驗再次說明了事實！現在我們來觀察一下這個表達式，式中“mgh”在做功的表達式中反復出現，書中提到：“mgh”是一個具有特殊意義的物理量，為何說它特殊？閱讀教材64至65頁，尋找答案！

總結：“mgh1”代表位置1的量，“mgh2”代表位置2的量，這兩者僅僅是位置的不同，做功等于這個跟位置有關的量的變化，而與路徑無關，而功的大小等于能量的變化，另一方面，式子本身含有質量和高度，與勢能特征相符！勢能的定義（由位置決定的能量）又再次強調了與位置相關的特性，所以“mgh”就是重力勢能表達式！

[板書：三、重力勢能

Ep=mgh]

［板書：WG=mgh1-mgh2=Ep1-

Ep2=

—（Ep2-

Ep1）=

—△Ep]

我們結合實例來運用一下，看下面這個情景：

[PPT：起重機例題]

邊總結邊板書

［板書：WG＞０，Ep1＞Ep2，Ep減小；

WG＜０，Ep1＜Ep2，Ep增加]

自主閱讀教材，回答問題

計算例題

聯系已有知識，培養知識遷移能力，思考問題的能力，訓練邏輯思維。

培養學生的運用知識能力。

新課教學

四、重力勢能的相對性

我們再回到牛頓的蘋果問題來看看，當年砸中牛頓的那個蘋果有多大勢能？

［PPT：蘋果例題］

同一個蘋果怎么會有不同的重力勢能？計算重力勢能前要先選取零勢能面，選取的參考面不同，結果也會有不同，有的大，有的小，有的是正數，有沒有可能是負數？蘋果的重力勢能可不可能算出負數？

［板書：Ep取決于零勢面的選取，Ep＜０表示在參考面以下］

［PPT：再計算掉落到頭頂的勢能變化量］

計算結果相同，說明重力勢能的變化量與零勢能面的選取無關！

［板書：ΔEP與零勢面無關］

計算出不同的勢能結果

分析問題

回答問題

分組計算，分別以頭頂、腳面、山腳下為參考面計算結果。

對比思考。

運用既有知識解決問題的能力。

鞏固知識

學以致用

牛頓被蘋果砸中作為一個故事被傳為佳話，但現實生活中估計沒有人喜歡被從高處掉落的東西砸中，所以我們經常看到有這樣的警示標志：

［PPT：高空墜物警示牌］

因為在高處的物體具有很大的重力勢能，所以一定不要高空拋物！

重力勢能也不總是那么可怕的，既然是一種能量，人們就想要加以利用，我們想辦法讓重力勢能變成為人們服務的能源。

［PPT播放：重力燈視頻］

結束語：希望將來大家能開發出更多簡便可行的利用重力勢能的裝置為人類造福！

聯系生活實際

增強學生的社會公德意識，用知識改變生活的實例。

小結

從知識和科學方法兩個方面小結

問大家一個問題：知識與獲得知識的方法，誰更重要？大家不必急著回答這個問題，這是一個需要思考的問題，答案也不是唯一的。我相信，二十年以后，在座的大部分同學都會將今天我們學到的重力勢能的知識忘得一干二凈，但我希望，二十年后，今天這堂課還能給你留下點什么。

板書設計

重力勢能

重力做功與重力勢能改變的關系

重力勢能的相對性

教學反思