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利川三中交流上课 重力势能
发布者:欧阳荣华发布时间:2018-06-13 08:48:10阅读(2333) 评论(0) 举报
第七章 机械能守恒定律
第四节 重力势能 《教案》
荆门市龙泉中学 欧阳荣华 2018年5月23日星期三
教学目标:
(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。
(二)过程与方法
用所学功的概念推导重力作功与路径的关系,亲身感受知识的建立过程。
(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。通过课本内容的适当拓展,培养学生的物理素养,养成分析问题、思考问题、解决问题的能力,增强学生学习物理的兴趣与学好物理的信心。
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。
教学方法:举例法、分析归纳法、讲练法。
教学用具:录像影片。
教学过程:
一、知识储备:
在本章的第一节《追寻不变量—能量》的学习中,我们知到:相互作用的物体凭借其位置而具有的能量叫势能。在必修1的的第三章《相互作用》的第一节《重力 基本相互作用》我们知晓了引力是自然界的一种基本相互作用,地面物体所受的重力只是引力在地球表面附近的一种表现。在《天体运动》章节我们还知道地球表面上的物体所受的重力只是万有引力的一个分力。
地球表面物体一旦被举高,必然具有了“能量”,具有了对外做功的本领。
下面我们通过录像片段来加深印象:物体对外做功的本领从何而来?
二、新课引入:
播放视屏:雪崩的录像片段。
思考:录像中高山上的积雪奔泻而下,沿途摧枯拉朽,其惊人的破坏力足见其做功的本领何其强大。静下来冷静思考,我们可以得知:积雪之所以能造成毁灭性的灾难,其根本原因在于积雪的所受的重力对其做功的结果。
过渡:可见,物体被举高后具有势能,其势能的大小与物体所受重力对其做功密切相关。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。我们若想知道物体重力势能的大小,理应从分析重力做功开始。那么重力势能的大小与什么有关,又如何定量表示呢?本节课我们就来学习这个问题。
三、进行新课
(一)、重力做功
类型1: WG=mgΔh=mgh1-mgh2
类型2: WG=mglcosθ=mgΔh=mgh1-mgh2
类型3: WG=mgΔh1+mgΔh2+mgΔh3+… =mgΔh=mgh1-mgh2
类型1与类型2中,尽管物体运动的路径不同,但高度的变化是一样的,重力做功也是一样的。
类型3中物体沿着任一曲线路径由A运动到B,思考这样几个问题:
①路线弯曲,W=Flcosa还适用吗?不适用,怎么办?
②课本上说“近似地”看做一段倾斜的直线,是不是不够精确?近似的处理得出的结论能令人相信吗?物理是一门严谨的科学,怎么容许近似?
启发学生领悟无限细分的“微分”思想,借用数学上0.9的无限循环等于1的例子,帮助学生理解“无限逼近”,进而提出拓展思考:
(1)、类型3的解析过程渗透什么物理思想?
(2)、万有引力定律的公式?
(3)、联想类型3的解析过程,你对求万有引力做功有什么好的想法?
引导学生利用无限细分的“微分”思想,学会“化曲为直”、“化变为恒”,用之来处理看似由于数学知识不完备而无法处理的物理问题,培养学生的物理素养,养成分析问题、思考问题、解决问题的能力,增强学生学习物理的兴趣与学好物理的信心。
初步引导之后,再次针对类型3发问:
③若物体运动不是单调降低,而是出现“折返”,结论又是怎样的?
举例:如图所示,质量为m的小球从位置A运动到位置B的过程中,虽然小球先运动到地面再回到B高度,但初、末位置的高度差是(H-h),则小球从位置A运动到位置B的过程中,重力做功为W=mg (H-h)。
④若物体在运动过程中受到了阻力或其它外力作用,上述结论是否仍然成立?
举例分析,突破思维难点与易混淆点。
举例物体向上运动,受到向上的外力F,已知外力F做功1焦耳,分三种情形(匀速上升、加速上升、减速上述)分析重力做功的数值。理清重力做功与外力做功的关系。
结论:重力做功与物体运动的具体路径无关、与物体的运动方式无关,与物体是否受到其它外力无关。
过渡:重力做功只与物体的始末位置有关,具体有何关系呢?
2、重力做功的特点
(1)高度越高,则物体所受重力做功的本领越大
(2)质量越大,则物体所受重力做功的本领越大
这样看来,物体所受的重力mg与它所处的位置的高度h的乘积“mgh”,是一个具有特殊意义的物理量。能反映“势能”的基本特征。
(二)、重力势能
1.定义:物体由于被举高而使物体具有的能量叫重力势能。。
2.重力势能的表达式Ep=mgh
思考:如果重力做功与路径有关,还能不能用Ep=mgh来定义重力势能?
学生回答,老师参与讨论。
过渡:下面我们利用重力势能的定义来重新分析类型1、类型2、类型3的表达式,看有没有新的发现?
(三)、重力做功与重力势能变化的关系
1.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.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
3.重力做的功等于重力势能的减少量,等于重力势能增量的负值。
过渡:重力势能Ep=mgh中,h是指物体的高度,高度是一个与参考平面有关的物理量,因而重力势能也应该具有相对性。
(四)、重力势能的相对性
1.参考平面的选择具有任意性:
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;在参考平面下方的物体,高度是负值,重力势能也是负值。
2.负值的含义:
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小。
3.重力势能具有相对性,但重力势能的变化(△Ep)是绝对的,与参考平面的选取无关。
4.重力势能的系统性:重力势能属于物体和地球组成的系统。
过渡:下面我们以课后练习3为例,来再次体会重力势能的相对性与重力做功的绝对性。
四、例题解析
例题1:如图质量为0.5kg的小球,从桌面以上h1=1.2m的A点落到地面的B点,桌面高h2=0.8m.请按要求填写下表(g=10m/s2)。
参考平面 | 小球在A点重力势能 | 小球在B点重力势能 | 下落过程小球重力做功 | 下落过程小球重力势能变化 |
桌面 | ||||
地面 |
如果下落时有空气阻力,表格中的数据是否应该改变?
过渡:这道练习题的研究对象是可以看做质点的小球的重力做功与重力势能变化问题。若研究对象长条链条状或物体,我们又如何处理呢?看下面这道例题。
例题2:质量为m的均匀链条长为L,开始放在光滑水平桌面上时,有1/4的长度悬在桌边缘,松手后,链条滑离桌面,问从开始到链条刚滑离桌面过程中重力势能变化了多少?
解法一:选桌面为参考系
解法二:等效法
五、练一练
1.关于重力势能的几种理解,正确的是(BC )
A.重力势能等于零的物体,一定不会对别的物体做功
B.相对于不同的参考平面,物体具有不同数值的重力势能,但这并不影响研究有关重力势能的问题
C.在同一高度将物体不论向何方向抛出,只要抛出时的初速度大小相同,则落地时减少的重力势能必相等
D.放在地面的物体,它的重力势能一定等于零
2.物体在运动过程中,克服重力做功50J,则( BD )
A.重力做功为50J
B.物体的重力势能一定增加50J
C.物体的重力势能一定减少50J
D.重力做功为-50J
3.下列关于重力势能的说法,正确的是( ABD )
A.重力势能只跟物体所处的初末位置有关,与物体实际经过的路径无关
B.重力势能的变化,只跟重力做功有关,和其他力做功多少无关
C.重力势能是矢量,当重力对物体做正功时,物体的重力势能减少
D.重力势能是物体和地球共有的,而不是物体单独具有的
4.质量是50kg的人沿着长L=150m、倾角为30°的坡路走上土丘,重力对他所做的功是多少?他克服重力所做的功是多少?他的重力势能增加了多少?(g取10m/s2)
解析:重力对他做的功为
WG=-mgLsin30°
=-50×10×150×0.5J
=-3.75×104J
他克服重力所做的功为3.75×104J
由WG=-ΔEp得:
他的重力势能增加了3.75×104J
六、课堂小结:
(一)、重力做功及其特点:
与路径无关,只与起点和终点的高度差有关
(二)、重力势能:地球上的物体具有的与它高度有关的能量。
表达式:Ep=mgh
(三)、重力做功与重力势能变化的关系:
重力做正功,重力势能减少;重力做负功,重力势能增加
(四)、重力势能是相对的 ,正负表示大小。
一般不加说明是以地面或题目中的最低点所在的平面作为零势能参考面。
七、布置作业
完成“问题与练习”中的1-4题。
八、课后拓展思考:
1、类型3的解析过程渗透什么样的物理思想?
2、万有引力定律的公式?
3、联想类型3的解析过程,你对求万有引力做功有什么好的想法?
4、万有引力做功与引力势能变化的关系?
5、引力势能变化量的推导?
(提示:取无穷远处为引力势能为零的参考平面。假设在太空中有两个星体A、B,质量分别为m1, m2,相距r1,不考虑其它星体的影响,当B星体沿它们的连心线AB向外移动很小的一段距离△r时,其距离变为r2 =r1+△r→r2,考虑△r很微小,可近似为r1=r2,应有r12≈r1r2。因△r很微小,在此过程中它们间的万有引力可以认为是不变的。变力做功在“元过程”中可以视为恒力做功。然后再考虑无穷个这样的“元过程”,再累加即得。)