高中物理必修《重力势能》优秀教学设计

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【一、任务分析



　　【学习目标】



　　（一）知识与技能



　　1．理解重力势能的定义及定义式。



　　2．知道重力势能的值是相对的，理解重力势能正负号的含义。



　　3．理解重力做功与重力势能的关系，知道重力做功与路径无关。



　　4．培养探究归纳能力和逻辑思维的能力。



　　（二）过程与方法



　　1．在探究过程中渗透科学的研究方法：控制变量法，实验过程观察法及实验结果分析法。



　　2．体会用“实验法”和“理论推导”相互验证问题的方法。



　　（三）情感、态度与价值观



　　1．从对生活中有关物理现象的观察，渗透在探究过程中体验解决问题的成功喜悦，激发学生探索自然规律的兴趣。



　　2．通过学生之间的讨论交流与协作探究，培养团队合作精神。



　　3．体验科学不仅仅是认识自然，挑战自然，更在于能动的改造自然。



　　【学习起点】



　　1．高一学生认识事物的特点是开始从具体的形象思维向抽象的逻辑思维过渡，但思维还常常与感性经验直接相联系，仍需具体形象的图片画面来支持。



　　2．学生在初中时已接触过重力势能的概念，在高中阶段重点是定量的学习重力势能。



　　3．学生已学习了功的概念和计算方法，通过重力做功的计算来判断重力势能的变化。



　　二、教学重点、难点



　　1．本节课重点是重力势能的概念及对重力势能的应用。



　　2．本节课难点是如何探究重力势能的概念。



　　三、教学方法



　　探究法，实验观察法，控制变量法，演绎推理法，讲授讨论，分析归纳法。



　　四、教学教具



　　铁球和橡胶球各一个，白纸若干张，CAI教学课件，视频展示台。



　　五、教学过程



　　（一）创设情境、激趣导入



　　投影多媒体图片：利用生活常见事例，创设问题情景，激发学生兴趣。



　　（展示图片一：）这是一幅美国内华达州亚利桑那陨石坑图片。这个陨石坑是5万年前，一颗直径约为30～50米的铁质流星撞击地面的结果。这颗流星重约50万千克、速度达到20千米／秒，爆炸力相当于2000万千克梯恩梯(TNT)，超过美国轰炸日本广岛那颗原子弹的一千倍。爆炸在地面上产生了一个直径约1245米，平均深度达180米的大坑。据说，坑中可以安放下20个足球场，四周的看台则能容纳200多万观众。可见，有些重力势能在自然界中的能量是巨大的。



　　过渡语：既然自然界中有些重力势能具有巨大的能量，那么我们人类可以将之加以利用。



　　（展示图片二：）这是一幅水力发电站图片，是利用水的重力势能来发电的。这些重力势能正在造福人类。（请同学们自己举些例子）



　　过渡语：当然，万事万物有利也有弊，如次巨大的重力势能也可能会造成重大的灾难。



　　（展示图片三：）这幅图片说的是2002年9月21日上午，俄罗斯高加索北奥塞梯地区的一个村庄发生雪崩，造成至少100人失踪。（请同学们自己举些例子）



　　由以上资料可知，重力势能与我们的生活有密切关系。我们只有认识自然，才能更主动的改造自然。今天这节课我们将深入地学习重力势能知识及其应用。



　　（二）启导互动、主体探究



　　通过前面对功和能关系的学习，我们知道了怎样判断一个物体具有能量，即：一个物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量；而且对外做功越多，这个物体具有能量就越多。（引导学生进行如下探究）



　　1．重力势能的概念



　　播放视频：物体被举高后落下砸在沙坑中的桌子上面，观察桌子陷入沙坑的深度。



　　视频1：同一物体从不同高度下落打在沙坑中的桌子上面；



　　视频2：不同质量的物体从同一高度下落打在沙坑中的桌子上面。



　　定义：初中我们学了这种物体由于被举高而具有的能量，叫重力势能。那么重力势能与什么因素有关呢？



　　提出问题一：重力势能的大小与什么因素有关呢？



　　建立假设：让学生们自己先去猜想一下，建立假设。



　　检验假设：设计实验，检验假设：运用控制变量法。



　　实验1：用同体积的铁球和橡胶球从相同高度落下，看打穿纸片的张数多少情况。



　　现象：铁球质量大，打穿纸片的张数多。



　　结论：相同高度时，质量大的小球具有的重力势能大。



　　实验2：用同一小球（铁球或橡胶球）从不同高度落下，看打穿纸片的张数多少情况。



　　现象：小球高度越大，看打穿纸片的张数越多。



　　结论：相同质量时，高度越大，小球具有的重力势能越大。



　　归纳总结：重力势能跟物体的质量和高度都有关系；物体的质量越大，高度越大，重力势能就越大。



　　现在我们知道了重力势能与物体的质量和高度有关，那么到底该怎样的定量计算它呢？



　　提出问题二：那么怎样定量计算重力势能的大小呢？



　　例题讲解与讨论：

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　[：如图1所示，把一个质量为ｍ的小球举高到A点，然后自静止释放下落到桌面B点的过程中，重力做了多少功？重力势能是否变化了？

　　（让学生自己推导：WG=mgh=mgh1-mgh2）

　　由上面式子可以看出，式子右边正好是某个物理量的变化值，在物理学中，我们用“mgh”表示重力势能。

　　归纳总结：重力势能的定义式：EP=mgh

　　（讲授法）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)。

　　我们推导重力势能是利用重力功得出的，那么重力做功与重力势能有什么关系呢？

　　2．重力做功与重力势能变化的关系

　　[：在例1中，若取地面为参考平面，那么小球在从A点到B点的过程中，重力势能变化量是多少？重力又做了多少功？反之，从B点到A点的过程呢？

　　（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：）

　　归纳总结：

　　（１）重力做的功等于重力势能变化量的相反值；表达式为：WG=-ΔEP

　　（2）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。

　　（3）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。

　　3．重力做功和物体运动路径的关系

　　播放视频：幼儿园的某一小朋友从某一高度沿不同的路径回到地面的情景。

　　提出问题：重力做功和物体运动路径的关系是怎样的？

　　提炼问题：如图2所示，（1）在图甲中，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？

　　（2）在图乙中，若物体是从A点沿斜面滑到与B点等高的C点，重力做的功又是多少？

　　（3）在图丙中，物体从A点沿曲面滑到与B点等高的C点，重力做的功又是多少？

　　归纳总结：

　　重力做功的特点：重力做功与路径无关，只跟初末位置高度差有关。

　　（三）典题演练、巩固反馈

　　1．关于重力做功和物体的重力势能，下列说法中正确的是(ABD)

　　A．当重力对物体做正功时，物体的重力势能一定减少

　　B．物体克服重力做功时，物体的重力势能一定增加

　　C．地球上任何一个物体的重力势能都有一个确定值

　　D．重力做功的多少与参考平面的选取无关

　　2．如图所示，一物体从A点沿粗糙面AB与光滑面AC分别滑到同一水平面上的B点与C点，则下列说法中正确的是（BD）

　　A．沿AB面重力做功多

　　B．沿两个面重力做的功相同

　　C．沿AB面重力势能减少多

　　D．沿两个面减少的重力势能相同

　　3．如图4所示，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？（答案：-mgh；mgh）

图4

　　（四）变式拓展、迁移创新

　　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5所示。求：（a）若选地面为零势点，立方体物体的重力势能为多少？（b）若选桌椅面为零势点，立方体物体的重力势能为多少？

　　解析：EP=mgL/2；EP=-mg(H-L/2)

　　2．质量为１kg的铁球从某一高度自由落下，当下落到全程中点位置时，具有36 J的动能。空气阻力不计，取地面为零势能面，ｇ取10 ｍ/s2，则（BCD）

　　A．铁球在最高点时的重力势能为36 J

　　B．铁球在全程中点位置时具有72 J机械能

　　C．铁球落到地面时速度为12 ｍ/s

　　D．铁球开始下落时的高度为7．2ｍ

　　3．阅读下面两者资料：（1）新华社2000年12月31日和中央电视台2001年元月6日先后报道：在20世纪的最后几分钟里，一项新的多米诺骨牌吉尼斯世界纪录，在北京颐和园体育健康城综合馆和网球馆诞生了。中国、日本和韩国的62名青年学生成功推倒340多万张骨牌，一举打破了此前由荷兰人保持的297万张的世界纪录。从电视画面可看出，骨牌瞬间依次倒下的场面蔚为壮观，其间显示的图案丰富多采，令人惊叹，其中蕴含着一定的科学道理。（2）哥伦比亚大学物理学家A．怀特海德曾经制用了一组骨牌，共13张，第一张最小。长9．53mm，宽4．76mm，厚1．19mm，还不如小手指甲大。以后每张体积扩大1．5倍，这个数据是按照一张骨牌倒下时能推倒一张1．5倍体积的骨牌而选定的。最大的第13张长61mm，宽30．5mm，厚7．6mm，牌面大小接近于扑克牌，厚度相当于扑克牌的20倍。把这套骨牌按适当间距排好，轻轻推倒第一张，必然会波及到第13张。第13张骨牌倒下时释放的能量比第一张牌倒下时整整要扩大20多亿倍。因为多米诺骨牌效应的能量是按指数形式增长的。若推倒第一张骨牌要用0．024微焦，倒下的第13张骨牌释放的能量达到51焦。可见多米诺骨牌效应产生的能量的确令人瞠目。

　　回答问题：讨论多米诺骨牌效应产生的能量及其物理原理。

　　（解析：多米诺骨牌效应的物理道理是：骨牌竖着时，重心较高，倒下时重心下降，倒下过程中，将其重力势能转化为动能，它倒在第二张牌上，这个动能就转移到第二张牌上，第二张牌将第一张牌转移来的动能和自已倒下过程中由本身具有的重力势能转化来的动能之和，再传到第三张牌上……，所以每张牌倒下的时候，具有的动能都比前一块牌大，因此它们的速度一个比一个快，也就是说，它们依次推倒的能量一个比一个大。）

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六、教学反思和课后小结



　　现对该课堂教学做几点思考、总结：



　　【关于物理概念的教学】



　　对于一个物理概念的形成，学生往往从感性认知到理性认知，从定性认识到定量计算，对于概念应用更需要创设一些特例情景供学生探究，在实践中强化物理概念。遵循以上规律，在这堂课教学中处理如下：



　　引入概念：这一阶段主要通过图片创设情景，联系生活，激发学生的学习兴趣及对引入的物理概念的认同感。



　　探究概念：由播放视频展示问题情景，通过实验和理论探究相结合得出重力势能的定义式，该环节教学以学生的初中知识为起点，引导学生从感性思维过渡到理性思维，在这个过程中，充分运用多元的感知方式促进学生对物理概念的形成。



　　应用概念：在这一堂课中关于“重力势能变化与重力做功关系”及“重力做功与路径无关”这两点教学内容的安排就是针对重力势能概念应用而设计的，通过这一环节学习，能培养学生灵活应用物理概念分析问题的能力。为了达到这样的教学目的，在教学设计时有意识选择典型的特例引导学生进行探究学习，授课过程中结合学生认知水平，合理安排教师讲授与学生自主探究相结合，即有对学生的有效指导，可供学生水平较低的学生从思想方法获得模仿，通过学生自主探究的实践，巩固物理概念，并在应用中体验和感悟知识应用。



　　【关于教学时间与教学进度的矛盾统一问题】



　　矛盾对立之处：对于课时紧张问题，是课改以来教学中遇到的最大问题。在上一个学段中，我的一个指导原则即在有限时间中，以讲授方式传授知识，这样很多探究直接由教师一人言，一堂课下来，学生被动紧张，身心疲惫，提不起兴趣，学生学习效果不佳。



　　解决矛盾之法：



　　我在不断反思调整自己的教学策略，探索在有限时间资源下，做到时间与进度最优化的统一。所做的教学策略如下：



　　（1）在教学中视具体情况而定，对于重点难度放慢放缓教学进度，以学生能掌握为原则，决不赶进度。



　　（2）应用各种教学辅助手段，提升上课效率，对于抽象的情景用视频展示。



　　（3）提前布置预习问题，且加强对学生学法的指导。



　　基于以上的理念，我对这堂课的教学时间安排为：观赏图片2分钟，视频实验展示5分钟，教师启迪引导探究5分钟，学生自主探究15分钟，其余时间作为习题时间和为个别学生答疑。这样的安排可将课堂大部分时间交给学生，放缓教学节奏。结果是学生学习兴趣浓厚，课堂参与积极，学习效果很好。



　　【讲授式教学与探究式教学的对比】



　　我认为讲授式教学，学生接受式学习在有些教学内容中仍然是的最直接有效的教学方式，而探究式学习并不是所有教学内容都适合、任何时候都适合。我们只有将两者结合起来，取长补短，互相促进，只有这样教学才是最有效的。