勢能的改變教學(xué)設(shè)計(jì)
作為一位優(yōu)秀的人民教師，往往需要進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)編寫工作，借助教學(xué)設(shè)計(jì)可以更好地組織教學(xué)活動(dòng)。那么大家知道規(guī)范的教學(xué)設(shè)計(jì)是怎么寫的嗎？以下是小編整理的勢能的改變教學(xué)設(shè)計(jì)，希望能夠幫助到大家。
從容說課
本節(jié)講述重力勢能及其相對(duì)性，重力勢能的變化以及與重力做功的關(guān)系。由于與動(dòng)能定理的表述不一致，學(xué)生往往不易理解，教學(xué)時(shí)最好能結(jié)合一些實(shí)例，從能量轉(zhuǎn)化的角度分析，解開學(xué)生的困惑，例如可舉在自由落體運(yùn)動(dòng)中，重力做正功，重力勢能減少，同時(shí)由動(dòng)能定理可知，動(dòng)能增加，重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。這樣做也可以為下一節(jié)講解機(jī)械能守恒定律作好準(zhǔn)備。
關(guān)于重力做功與路徑無關(guān)和彈性勢能的教學(xué)，根據(jù)學(xué)校學(xué)生的具體情況，可以適當(dāng)?shù)卣归_探究，這對(duì)提升學(xué)生能力是非常有幫助的。
學(xué)生已掌握動(dòng)能、重力勢能的概念，對(duì)本節(jié)來說已有了很好的知識(shí)基礎(chǔ)，教學(xué)中應(yīng)大膽放手，使學(xué)生對(duì)重力做功和重力勢能的改變的關(guān)系進(jìn)行探索，有利于培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)探究能力，培養(yǎng)興趣。
教學(xué)重點(diǎn)
重力勢能的概念及重力做功跟物體重力勢能改變的關(guān)系。
教學(xué)難點(diǎn)
重力勢能的系統(tǒng)性和相對(duì)性。
教具準(zhǔn)備
球（大小相同的一個(gè)鋼球，一個(gè)木球）兩個(gè)、透明玻璃容器、沙子、投影片等。
課時(shí)安排
1課時(shí)
三維目標(biāo)
一、知識(shí)與技能
1、理解重力勢能的概念，會(huì)用重力勢能的定義進(jìn)行計(jì)算；
2、理解重力勢能的變化和重力做功的關(guān)系，知道重力做功與路徑無關(guān)；
3、知道重力勢能的相對(duì)性；
4、了解彈性勢能。
二、過程與方法
1、根據(jù)功和能的關(guān)系，推導(dǎo)出重力勢能的表達(dá)式；
2、學(xué)會(huì)從功和能的關(guān)系上分析和解釋物理現(xiàn)象。
三、情感態(tài)度與價(jià)值觀
滲透從對(duì)生活中有關(guān)物理現(xiàn)象的觀察，得到物理結(jié)論的方法，激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生探索自然規(guī)律的興趣。
教學(xué)過程
導(dǎo)入新課
放錄像：節(jié)選美麗的東北雪景，緊接著過渡到大雪山的壯觀，在學(xué)生正看得津津有味時(shí)，跳到雪山發(fā)生雪崩，大雪以排山倒海之勢，摧毀一切，給人類和自然帶來巨大的災(zāi)難。
教師提問：為什么看起來非常漂亮的雪花會(huì)有如此大的破壞力呢？
學(xué)生回答：由于具有巨大的能量。
學(xué)生活動(dòng)：接著觀看錄像，思考問題。
重錘把水泥樁打進(jìn)地里，說明重錘對(duì)水泥樁做了功。據(jù)功和能的關(guān)系，既然重錘可以對(duì)水泥樁做功，表明重錘具有能。
推進(jìn)新課
在初中，我們已經(jīng)學(xué)過：物體由于被舉高而具有的能量叫重力勢能。那么重力勢能的大小與什么有關(guān)，又如何定量表示呢？除了重力勢能以外還有其他形式的勢能嗎？本節(jié)課我們就來研究解決這些問題。
一、重力勢能
【實(shí)驗(yàn)探究】
1、重力勢能與什么因素有關(guān)
［程序一］演示實(shí)驗(yàn)
［演示一］在一個(gè)玻璃容器內(nèi)放入沙子，拿一個(gè)鐵球分別從不同的高度釋放，使其落到沙子中，測量鐵球落入的深度。
［演示二］
把大小相同、質(zhì)量不同的兩個(gè)球從同一高度釋放，測量它們落入沙子中的深度。
［程序二］學(xué)生敘述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：
（1）當(dāng)鐵球質(zhì)量一定時(shí)，釋放點(diǎn)越高，鐵球落入沙子中越深；
（2）當(dāng)釋放高度一定時(shí)，鐵球質(zhì)量大，鐵球落入沙子中越深。
［程序三］據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象總結(jié)：
物體的質(zhì)量越大，高度越大，重力勢能就越大。
在物理學(xué)中我們就用gh這個(gè)物理量來表示物體的重力勢能。
板書：
Ep=gh
物體的質(zhì)量 千克（g）
g 重力加速度 米/秒2（/s2）
h 物體的高度 米（）
Ep 物體的重力勢能 焦耳（）
重力勢能是標(biāo)量，單位：
2、重力勢能的相對(duì)性和系統(tǒng)性
教師活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生閱讀課文相關(guān)內(nèi)容。投影閱讀思考題：
（1）為什么說重力勢能具有相對(duì)性？
（2）什么是參考平面？參考平面的選取是唯一確定的嗎？
（3）選擇不同的參考平面，物體的重力勢能的數(shù)值是否相同？是否會(huì)影響有關(guān)重力勢能問題的研究？
（4）如果物體在參考平面的上方，重力勢能取什么值？表示什么含義？
（5）如果物體在參考平面的下方，重力勢能取什么值？表示什么含義？
學(xué)生活動(dòng)：帶著問題閱讀教材，然后選出代表發(fā)言。
教師活動(dòng)：聽取學(xué)生匯報(bào)，總結(jié)點(diǎn)評(píng)：
1、重力勢能總是相對(duì)于某個(gè)水平面來說的，這個(gè)水平面叫參考平面。參考平面選取不同，重力勢能的數(shù)值就不同。可見，重力勢能具有相對(duì)性。
選擇哪個(gè)水平面作為參考平面，可視具體情況而定，通常選擇地面作為參考平面。
2、選擇不同的參考平面，物體的重力勢能的數(shù)值是不同的，但并不影響研究有關(guān)重力勢能的問題，因?yàn)樵谟嘘P(guān)的問題中，有確定意義的是重力勢能的差值，這個(gè)差值并不因選擇不同的參考平面而有所不同。
3、對(duì)選定的參考平面而言，在參考平面上方的物體，高度是正值，重力勢能也是正值，表示物體在該位置具有的重力勢能比在參考平面具有的重力勢能要大。
4、在參考平面下方的物體，高度是負(fù)值，物體具有負(fù)的重力勢能，表示物體在該位置具有的重力勢能比在參考平面上具有的重力勢能要少。
【知識(shí)拓展】
重力勢能和重力有關(guān)，而重力是地球施加給物體的，沒有地球，也就談不上重力勢能。可見，重力勢能是“地球和物體”這個(gè)系統(tǒng)共有的。
學(xué)生活動(dòng)：討論對(duì)重力勢能“系統(tǒng)性”的理解，并發(fā)表各自的觀點(diǎn)。
【課堂鞏固】
投影題目
1、關(guān)于重力勢能的幾種理解，正確的是（ ）
A、重力勢能等于零的物體，一定不會(huì)對(duì)別的物體做功
B、放在地面上的物體，它的重力勢能一定等于零
C、在不同高度將某一物體拋出，落地時(shí)重力勢能相等
D、相對(duì)不同的參考平面，物體具有不同數(shù)值的重力勢能，但并不影響研究有關(guān)重力勢能的問題
答案：CD
2、如圖所示，桌面高為h，質(zhì)量為的小球從離桌面高H處自由落下，不計(jì)空氣阻力。假設(shè)桌面處的重力勢能為0，則小球落到地面前瞬間的重力勢能為（ ）
A、gh
B、gH
C、g（h+H）
D、－gh
思路：重力勢能的大小是相對(duì)參考平面而言的，參考平面選擇不同，物體的高度不同，重力勢能的大小則不同。
解析：據(jù)題意知，已選定桌面為參考平面，則小球在最高點(diǎn)時(shí)的高度為H，小球在桌面的高度為零，小球在地面時(shí)的高度為－h(huán)，所以小球落到地面時(shí)，它的重力勢能為E下標(biāo)？p？=－gh。
答案：D
二、重力做功與重力勢能的改變
［程序一］定性討論：
1、把一個(gè)物體舉高，重力做什么功？重力勢能如何變化？
2、一個(gè)物體從高處下落，重力做什么功？重力勢能如何變化？
［程序二］學(xué)生匯報(bào)討論結(jié)果：
把一個(gè)物體舉高，重力做負(fù)功，即物體克服重力做功，物體的重力勢能增大；
一個(gè)物體從高處下落，重力做正功，重力勢能減小。
［程序三］教師總結(jié)：
從剛才的討論中可知：重力做正功，重力勢能減小；重力做負(fù)功，重力勢能增加。
把功和能的關(guān)系用到此處得到：
1、重力勢能的變化跟重力做功有密切聯(lián)系。
2、重力做了多少功，重力勢能就改變多少。
［過渡］由此我們可以借助于重力做功來定量研究重力勢能。
［程序四］推導(dǎo)重力勢能的定量表示式。
［投影］
一個(gè)質(zhì)量為的物體從距地高為h1的A點(diǎn)下落到距地高為h2的B點(diǎn)，求重力做的功。
在該下落過程中，重力做的功為：
WG=gΔh=gh1－gh2。
［程序五］討論重力做的功與重力勢能改變之間的關(guān)系。
投影公式：
WG=Ep1－Ep2
［說明］WG表示重力做的功；Ep1表示物體初位置的重力勢能；Ep2表示物體末位置的重力勢能。
討論得到：
1、當(dāng)物體由高處運(yùn)動(dòng)到低處時(shí)，重力做正功，則WG>0，Ep1>Ep2？，表示重力做正功時(shí)，重力勢能減少，減少的重力勢能等于重力所做的功。
2、當(dāng)物體由低處運(yùn)動(dòng)到高處時(shí)，重力做負(fù)功，WG<0，Ep1
［推理］
物體從A運(yùn)動(dòng)到B，路徑有無數(shù)條，但不論沿哪條路徑，從A到B重力做的功都等于物體重力勢能的減少量。而物體重力勢能的減少量gΔh是一定的，所以沿不同的路徑把物體從一位置移動(dòng)到另一位置，重力所做的功是一定的。
板 書：
重力所做的功只跟初位置的高度h1和末位置的高度h2有關(guān)，跟物體運(yùn)動(dòng)的路徑無關(guān)。
【教師精講】
1、起重機(jī)以 的加速度將質(zhì)量為的物體勻減速地沿豎直方向提升高度h，則起重機(jī)鋼索的拉力對(duì)物體做的功為多少？物體克服重力做功為多少？物體的重力勢能變化了多少？
解析：由題意可知起重機(jī)的加速度 ，物體上升高度h，
據(jù)牛頓第二定律得g－F=a，所以F=g－a=g－× g= g
方向豎直向上。
所以拉力做功
WF=Fhcs0°= gh
重力做功
WG=ghcs180°=－gh
即物體克服重力做功為gh
又因?yàn)閃G=Ep1－Ep2=－gh
WG<0，Ep1
即物體的重力勢能增加了gh。
2、如圖所示，一條鐵鏈長為2 ，質(zhì)量為10 g，放在光滑的水平地面上，拿住一端勻速提起鐵鏈直到鐵鏈全部離開地面的瞬間，拉力所做的功是多少？
解析：由于鐵鏈中各鐵環(huán)之間在未提起時(shí)無相互作用，所以勻速提起時(shí)的拉力F1總是等于被提起部分鐵環(huán)的重力，即F1=G1=1g。由于1是逐漸增大的，所以拉力F1也是逐漸增大的，所以不能用W=Fhcsα求解。
由功能關(guān)系，鐵鏈從初狀態(tài)到末狀態(tài)，它的重心位置提高了 ，因而它的重力勢能增加了ΔEp=gh=gL/2，又由于鐵鏈?zhǔn)莿蛩偬崞穑蚨膭?dòng)能沒有變化，所以拉力F對(duì)鐵鏈所做的功就等于鐵鏈重力勢能的增加量。
即WF=ΔEp= gL= ×10×9。8×2 =98 。
三、彈性勢能的改變
【演示】
裝置如圖所示：
將一木塊靠在彈簧上，壓縮后松手，彈簧將木塊彈出。
分別用一個(gè)硬彈簧和一個(gè)軟彈簧做上述實(shí)驗(yàn)，分別把它們壓縮后松手，觀察現(xiàn)象。
學(xué)生活動(dòng)：觀察并敘述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
現(xiàn)象一：同一根彈簧，壓縮程度越大時(shí)，彈簧把木塊推得越遠(yuǎn)。
現(xiàn)象二：兩根等長的軟、硬彈簧，壓縮相同程度時(shí)，硬彈簧把木塊彈出得遠(yuǎn)。
師生共同分析，得出結(jié)論：
上述實(shí)驗(yàn)中，彈簧被壓縮時(shí)，要發(fā)生形變，在恢復(fù)原狀時(shí)能夠?qū)δ緣K做功，因而具有能量，這種能量叫做彈性勢能。
教師活動(dòng)：多媒體演示（撐桿中的彈性勢能），發(fā)生形變的物體，具有彈性勢能。
請(qǐng)同學(xué)們再舉幾個(gè)物體具有彈性勢能的例子。
學(xué)生活動(dòng)：觀察演示，體會(huì)發(fā)生形變的物體，具有彈性勢能；思考并舉例：a、卷緊的發(fā)條 b、被拉伸或壓縮的彈簧 c、擊球的網(wǎng)球拍 d、拉開的弓。
【合作探究】
教師活動(dòng)：彈性勢能的大小與哪些因素有關(guān)？彈性勢能的表達(dá)式應(yīng)該是怎樣的？我們就來探究這些問題。
我們在學(xué)習(xí)重力勢能時(shí)，是從哪里開始入手進(jìn)行分析的？這對(duì)我們討論彈性勢能有何啟示？
學(xué)生活動(dòng)：思考后回答：
學(xué)習(xí)重力勢能時(shí)，是從重力做功開始入手分析的，討論彈性勢能應(yīng)該從彈力做功的分析入手。
點(diǎn)評(píng)：通過知識(shí)的遷移，找到探究規(guī)律的思想方法，形成良好的思維習(xí)慣。
教師活動(dòng)：當(dāng)彈簧的長度為原長時(shí)，它的彈性勢能為零，彈簧被拉長或被壓縮后，就具有了彈性勢能，我們只研究彈簧拉長的情況。
在探究的過程中，我們要依次解決哪幾個(gè)問題呢？請(qǐng)同學(xué)們快速閱讀課本，把這幾個(gè)問題找出來。
學(xué)生活動(dòng)：閱讀教材，找出探究過程中要依次解決的問題，從總體上把握探究的思路。
教師活動(dòng)：傾聽學(xué)生回答，進(jìn)一步引導(dǎo)。
（1）重力勢能與高度h成正比，彈性勢能是否也與彈簧的伸長量（或縮短量）成正比？說出你的理由。
（2）在高度h相同的情況下，物體的質(zhì)量越大，重力勢能越大，對(duì)于不同的彈簧，其彈性勢能是否也有類似的情形？
（3）對(duì)彈性勢能的猜測，并不能告訴我們彈性勢能的表達(dá)式，這樣的猜測有沒有實(shí)際意義？
學(xué)生活動(dòng)：思考問題，學(xué)生代表發(fā)言。
教師活動(dòng)：聽取學(xué)生匯報(bào)，點(diǎn)評(píng)，解答學(xué)生可能提出的問題。
提出問題：重力做功，重力勢能發(fā)生變化，重力做功在數(shù)值上等于重力勢能的變化量。那么，彈力做功與彈性勢能的變化之間的關(guān)系是怎樣的？
學(xué)生活動(dòng)：思考問題，學(xué)生代表發(fā)言。
教師活動(dòng)：聽取學(xué)生匯報(bào)，點(diǎn)評(píng)，解答學(xué)生可能提出的問題。
提出問題：重力是恒力，重力做功等于重力與物體在豎直方向移動(dòng)距離的乘積。那么，拉伸彈簧時(shí)，拉力做功該怎樣計(jì)算？并在練習(xí)本上自己畫圖，寫出拉力在整個(gè)過程中做功的表達(dá)式。
學(xué)生活動(dòng)：思考拉力做功的計(jì)算方法，選出代表發(fā)表自己的見解。
點(diǎn)評(píng)：通過學(xué)生閱讀，培養(yǎng)學(xué)生的閱讀理解能力；通過學(xué)生探求變力做功的`方法，初步形成微分求解變量的物理思想方法。
教師活動(dòng)：聽取學(xué)生匯報(bào)，投影學(xué)生的求解過程，解答學(xué)生可能提出的問題。
提出問題：怎樣計(jì)算拉力做功的求和式？是否可以用F—l圖象下梯形的面積來代表功？
學(xué)生活動(dòng)：在練習(xí)本上作F—l圖象，推導(dǎo)拉力做功的表達(dá)式。
教師活動(dòng)：聽取學(xué)生匯報(bào)，投影學(xué)生的推導(dǎo)過程，解答學(xué)生可能提出的問題。
點(diǎn)評(píng)：在處理勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移時(shí)，曾利用vt圖象下梯形的面積來代表位移；這里利用F—l圖象下的面積來代表功，可以培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)遷移的能力。但要搞清彈簧長度和伸長量的區(qū)別，l表示伸長量，則F—l圖象下是一個(gè)三角形的面積來代表功。
【例題剖析】
1、對(duì)彈性勢能的理解
［例1］一豎直彈簧下端固定于水平地面上，小球從彈簧的正上方高為h的地方自由下落到彈簧上端，如圖所示，經(jīng)幾次反彈以后小球最終在彈簧上靜止于某一點(diǎn)A處。則（ ）
A、h愈大，彈簧在A點(diǎn)的壓縮量愈大
B、彈簧在A點(diǎn)的壓縮量與h無關(guān)
C、h愈大，最終小球靜止在A點(diǎn)時(shí)彈簧的彈性勢能愈大
D、小球第一次到達(dá)A點(diǎn)時(shí)彈簧的彈性勢能比最終小球靜止在A點(diǎn)時(shí)彈簧的彈性勢能大
解析：最終小球靜止在A點(diǎn)時(shí)，通過受力分析，小球受自身重力與彈簧的彈力作用，由彈力公式F=l，即可得出彈簧在A點(diǎn)的壓縮量與h無關(guān)，彈簧的彈性勢能與h無關(guān)。
答案：B
2、關(guān)于不同能量間的轉(zhuǎn)化
［例2］如圖所示，表示撐桿跳運(yùn)動(dòng)的幾個(gè)階段：助跑、撐桿起跳、越橫桿。試定性地說明在這幾個(gè)階段中能量的轉(zhuǎn)化情況。
分析：運(yùn)動(dòng)員的助跑階段，身體中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為人和桿的動(dòng)能；起跳時(shí)，運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)能和身體中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為人的重力勢能和撐桿中的彈性勢能；隨著人體的繼續(xù)上升，撐桿中的彈性勢能轉(zhuǎn)化為人的重力勢能，使人體上升至橫桿以上；越過橫桿后，運(yùn)動(dòng)員的重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。
教師活動(dòng)：勢能也叫位能，是由相互作用的物體的相對(duì)位置決定的。重力勢能是由地球和地面上物體的相對(duì)位置決定的，彈性勢能是由發(fā)生彈性形變的物體各部分的相對(duì)位置決定的。我們以后還會(huì)學(xué)到其他形式的勢能。
【知識(shí)拓展】
［例1］盤在地面上的一根不均勻的金屬鏈重G=30 N，長L=1 ，從一端緩慢提起至另一端恰好離開地面時(shí)需做功10 。金屬鏈重力勢能增加__________，此時(shí)金屬鏈重心位置距地面__________。如果改從另一端緩慢提起至金屬鏈恰好離開地面需做功__________。
解析：從一端緩慢提起至另一端恰好離開地面時(shí)需做功10 ，金屬鏈重力勢能增加ΔEp=Gh1=10 ，此時(shí)金屬鏈重心位置距地面h1=0。33 。如果改從另一端緩慢提起至金屬鏈恰好離開地面需做功W2=G（L—h1）=20 。
［例2］如圖所示，一個(gè)人通過定滑輪勻速地拉起質(zhì)量為的物體，當(dāng)人沿水平地面從A點(diǎn)走到B點(diǎn)時(shí)，位移為s，繩子方向與豎直方向成α角，原先繩子方向豎直，不計(jì)阻力。則人拉物體所做的功為多少？
解析：由于人拉繩的力的方向不確定，不能用功的定義式來計(jì)算人所做的功，須通過動(dòng)能定理來計(jì)算人所做的功。而重力的功根據(jù)重力做功的特點(diǎn)可得： 。
由動(dòng)能定理可得：W—WG=0
所以人所做的功為： 。
課堂小結(jié)
1、勢能由物體間的相互作用而產(chǎn)生，由它們的相對(duì)位置而決定。
2、勢能是標(biāo)量，單位是焦耳。
3、重力對(duì)物體所做的功與物體的運(yùn)動(dòng)路徑無關(guān)，只跟物體運(yùn)動(dòng)的始、末位置有關(guān)，重力所做的功等于物體始、末位置的重力勢能之差。
4、重力勢能是地球和地面上的物體共同具有的，一個(gè)物體的重力勢能的大小與參考平面的選取有關(guān)。
布置作業(yè)
課本P31作業(yè)1、2、3、4。
板書設(shè)計(jì)
活動(dòng)與探究
探究橡皮筋的彈性勢能與伸長量的關(guān)系。
寫出實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)，同學(xué)間交流討論。
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