1、高一物理第五章 第四节重力势能第2课时教案 新课标 人教版 必修22019-2020年高一物理第五章 第四节重力势能第2课时教案 新课标 人教版 必修2课 题5.4 重力势能课 型新授课（2课时）教 学 目 标知识与技能 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过程与方法 用所学功的概念推导重力做功与路径的关系，亲身感受知识的建立过程情感、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 教学重点、难点教学重点 重力势能的概念及重力做功跟物体重力势能
2、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 探究、讲授、讨论、练习教 学 手 段教具准备 铁球(大小、质量均不同)两个、透明玻璃容器、沙子，投影片教 学 活 动新课导入 (多媒体投影演示引发学生有意注意，引导学生进入状态)打桩机的重锤从高处落下，把水泥桩打进地里；苹果自高处下落；飞机投弹等等 师：从刚才的画面中，同学们想到了什么，从做功和能量转化的角度分析问题生：重锤把水泥桩打进地里；苹果自高处下落；飞机投下的炸弹等物体下落过程中它们受到的重力对它们做了功据功和能的关系，既然重力做了功，表明这些物体在没有下落之前具有能因为一个物体能够对外做功，所以这个物体具有能量师：这个能量与
3、什么因素有关?生：与物体所处的高度有关师：由于物体被举高而使物体具有的能量是什么能?生：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师：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新课教学一、重力的功师：重力做功与什么因素有关呢?我们现在就通过几个例子来探究一下(多媒体投影教材上的图541、图542、图543，让学生独立推导这几种情况下重力做的功)师：比较容易做的是哪一个问题?生：第一个和第二个问题师：为什么这两个问题容易研究呢?生：因为这两个问题中物体运动的路径是直线，所以在研究重力做功问题上比较容易研究师：那么这两个问题的答案是什么呢?生l：第一个
4、问题中WGmgh=mghl一mgh2生2：第二个问题中WG=mgcosa=mghmgh1一mgh2；，和第一个问题中所求出的答案相同师：我们大胆猜想一下，第三个图中重力做的功和前两个是否相等呢?生：可能是相等的师：我们来验证一下我们的猜想，第三个图的困难在哪里?生：力做功的路径是曲线师：我们怎样突破这个难点呢?生1(很为难)：这是力在曲线上做功的情况，不容易研究生2：我记得在第二节学习力对物体做功的问题时曾经接触过有关变力做功的问题师(鼓励)：说说看，解决的途径是什么?生2：曲线问题不容易解决，我们可以把这一条曲线看作由很多小的直线组成，这样把每小段直线上重力做的功合起来就是整个过程中重力做的
5、总功师(表扬)：这个同学分析得非常好，根据这个同学的分析方法，第三个问题的答案应该是什么呢?生：在第三种情况下重力做的功和前两种情况中重力做的功相同师：我们可以得到什么样的结论?生：重力做功与路径无关 师：既然重力做功与路径无关，那么它与什么因素有关呢?生：与物体的初末位置有关师：具体的表达式是什么?生：WG=mgh1一mgh2，其中hl和h2表示物体所处位置的高度 师：很好，可见物体的重力mg与它所在位置的高度h的乘积“mgh”是一个具有特殊意义的物理量.课堂训练1沿着高度相同，坡度不同，粗糙程度也不同的斜面向上将同一物体拉到顶端，以下说法正确的是( )A沿坡度小、长度大的斜面上升克服重力做
6、的功多 B沿坡度大、粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功多 C. 沿坡度大、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 2将一物体由A移至B，重力做功 ( ) A. 与运动过程中是否存在阻力有关 B与物体沿直线或曲线运动有关 C. 与物体是做加速、减速或匀速运动有关 D与物体发生的位移有关 参考答案 1D 解析：重力做功的特点是与运动的具体路径无关，只与初末状态物体的高度差有关，不论光滑路径还是粗糙路径，也不论是直线运动还是曲线运动，只要初末状态的高度差相同，重力做的功就相同 2D 解析：重力做功只与重力方向上发生的位移有关，与物体运动所经过的路径，与物体的运动状态都没有
7、关系二、重力势能 实验与探究 探究影响小球势能大小的因素有哪些 准备两个大小相同的小球：一个钢球、一个木球，再盛一盆细沙如图。5.4l所示在沙盆上方同一高度释放两个小球，钢球的质量大，在沙中陷得较深些 让钢球分别从不同的高度落下，钢球释放的位置越高，在沙中陷得越深 请同学们亲自做实验探究一下重力势能的大小与哪些因素有关 师：下面大家阅读教材1112页“重力势能”一段，回答下面几个问题 学生阅读课文，可以把问题用多媒体投影到大屏幕上 师：怎样定义物体的重力势能? 生：我们把物理量mgh叫做物体的重力势能 师：为什么可以这样来进行定义?生：这是因为mgh这个物理量的特殊意义在于它一方面与重力做功密
8、切相关，另一方面它随高度的变化而变化 师：重力势能的表达式是什么?用文字怎样叙述? 生：Ep=mgh，物体的重力势能等于它所受到的重力与所处高度的乘积 师：重力势能是矢量还是标量? 生：与所有的能量一样，重力势能也是标量 师：重力势能的单位是什么?符号是什么? 生：重力势能和其他能量一样，它们的单位和功的单位相同，都是焦耳，符号是J 师：重力势能与什么因素有关?你能否列举生活中的实例加以说明? 生：根据重力势能的表达式，重力势能与物体所受到的重力和物体的相对高度有关例如塔吊上吊着的重物比较可怕，但是当这个重物被放下之后就不再可怕了，因为物体被放下之后重力势能减少了；再例如树梢上的树叶，虽然所处
9、位置比较高，但是由于它受到的重力比较小，所以它虽然比塔吊上的物体可能还高，但是我们并不感觉害怕它 师：刚才这位同学分析得非常好根据重力势能的定义式，它和重力做功的表达式非常相似，么它们之间的关系是什么呢? 生：当物体由高处向低处运动时，重力做正功，物体重力势能减少，也就是WG0，Ep1Ep2；当物体从低处运送到高处时，重力做负功(或者说物体克服重力做功)，重力势能增加，也就是WG0，EplEp2 师：它们的数值具体用一个公式应该如何表示? 生1：它们之间的关系应该是WGEp 生2：当物体受到的重力做正功时，物体重力势能减少；当物体克服重力做功时，物体重力势能增加，所以说重力势能的变化量和重力做
10、功之间的关系应该是互为相反数，用公式表示应该为：WG一Ep 师(鼓励)：刚才这个同学补充得相当好下面大家阅读一下课本12页“说一说”，回答上面提出的问题 (学生阅读思考回答有关问题) 师：如果重力的功与路径有关，即对应于相同的起点和终点，重力对同一物体做的功，随物体运动路径的不同而不同，我们还能把mgh叫做物体的重力势能吗? 生：当然不能，因为此时这个能量不能表示物体重力做功的实际情况 师：当摩擦力对物体做功时，我们能不能定义有一个摩擦力势能存在呢?为什么? 生：不行，摩擦力做功与路径有关。 下面一讨论与交流供老师参考 讨论与交流 物体从A点出发，分别沿光滑斜面下滑和水平抛出到达同一位置B点(
11、如图542所示)不计阻力，重力所做的功相同吗?你认为重力做功与物体运动的路径有关吗?为什么?请与其他同学讨论交流(课堂训练)(供老师们参考选用) 1当重力做负功时( ) A.重力势能一定增加 B重力势能一定减少 C物体速度可能增大 D物体速度可能减小 2当重力对物体做正功时，物体的( ) A. 重力势能一定减少，动能一定增加 B重力势能一定增加，动能一定减少 C重力势能一定减少，动能不一定增加 D重力势能不一定减少，动能也不一定增加 3下列关于重力势能的说法，正确的是( ) 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
12、 C重力势能是矢量，在地球表面以上为正，在地球表面以下为负 D重力势能的变化量等于重力对物体做的功 4质量是50kg的人沿着长150 m、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10ms2) 5在排球比赛中，某运动员用400 N的力把质量为270 g的排球从28 m的高度扣向对方的场地内在球被扣到落地的过程中，排球的重力势能变化了多少?(g取10ms2) 参考答案 1ACD 2C 3AB解析：重力势能是跟相对位置有关的能量，势能的变化只跟重力做功有关，跟物体受不受其他力、其他力做不做功，以及物体的运动状态都没有关系而且它是标量，
13、但有正负，正值表明物体处在零势能参考平面上方，负值表明物体处在零势能参考平面下方重力势能的变化量等于重力对物体做功的负值，也就是说，重力做正功，重力势能减少，减少量等于重力所做的功；重力做负功，重力势能增加，增加量等于克服重力所做的功。 4-375X104J 375X104J 375X104J解析：重力对人做的功为WGmgcos(90+30)=50X10X150X(-0.5)J-375X104J 人克服重力所做的功为375X104J 重力势能增加了375X104J 5高度减小，重力势能减少了756J 解析：Epmgh：0270X10X28=756J三、重力势能的相对性和系统性 (举例说明高度具
14、有相对性，可以用身边的物体做实验，也可以投影演示) 师：我把课本放在桌面上，课本的高度是多少呢? 生1：大约是课桌的高度，约为1 m左右 生2：不对，它比一楼地面高出4m左右(假设学生在二楼) 师：这两位同学哪位同学错了呢? 生：两个同学都没错，只是选取的参考平面不同 师：我们可以得到一个什么结论? 生：物体所处相同位置时它的高度值可能不一样，是因为高度的参考平面不同 师：那么重力势能有没有相对性呢? 生：由于高度有相对性，所以重力势能也应该有相对性 师：我们在研究一个物体重力势能时应该怎么办? 生：应该也选择一个参考平面，在这个平面上物体的重力势能值为零 师(总结)：重力势能总是相对于某个水
15、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，可视研究问题的方便而定，通常选择地面作为参考平面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 师：那么重力势能是谁具有的呢? 生(齐声回答)：当然是物体具有的 师：如果没有地球，有没有重力呢? 生(开始疑惑)：当然没有。 师：那么重力势能是谁具有的呢? 生：重力势能应该是物体与地球组成的系统共同具有的，而不是地球上某一个物体单独具有的， 师：不
16、只是重力势能，任何形式的势能，都是相应的物体系统由于其中各物体之间，或物体内的各部分之间存在相互作用而具有的能，是由各物体的相对位置决定的课堂训练 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小结 这节课内容不多但是非常重要，关键是如何研究势能，以后有关势能的学习，都可以从这节课的学习方法中得到借鉴例如分子势能，弹性势能，特别是电势能的研究，更有很多类似的地方，所以这节课一定
17、要加以重视对于势能的学习，应该紧紧抓住力做功和对应势能的变化展开在这一节中，围绕重力做功和重力势能的变化展开，知道重力势能是物体和地球组成的系统共同具有的，这一点学生往往容易忽略知道重力势能具有相对性，但重力势能的变化量是不变的所有这些知识，学生可能一时掌握不了，在今后的学习中还要注意逐步渗透 学 生 活 动作 业布置作业 教材第13页“问题与练习”中的所有题目板 书 设 计4重力势能 一、重力的功 与重力做功有关的因素：重力的大小和下落的高度大小与物体的路径无关 二、重力势能 物体的重力势能等于它所受的重力和所处高度的乘积 三、重力势能的相对性 1重力势能与参考平面的选取有关但重力势能的变化
18、量与参考平面的选取无关 2势能是系统所共有的教学后记2019-2020年高一物理第五章曲线运动规律的综合应用复习教案高考对本章的要求说明运动的合成和分解、向心加速度都从到考点分析纵观近几年的考题，与本章内容相关的考题呈主观性较强的综合性，考题知识覆盖面宽，一题中考查知识点多，更多的是与电场、磁场、机械能相结合的综合题，以及与实际生活、新科技、新能源等结合的应用题型，学习过程中要加强本章知识综合题及应用题训练教学目标一、知识目标1系统总结本章的基本概念和基本规律2能综合本章规律解决有关的一些实际问题二、能力目标培养学生总结归纳知识的能力，应用知识解决实际问题的能力，具体问题具体分析的能力，理论联
19、系实际的能力三、德育目标知识的归纳渗透于事物规律间的联系观点，一分为二的观点教学重点1掌握本章的基本概念和规律2能解决一些和本章有关的实际问题教学难点在解决实际问题时如何正确转化为物理模型进行解决教学方法总结归纳法、分析推理法教学用具实物投影仪、投影片、CAI课件课时安排1课时教学过程投影本节课的学习目标1系统总结本章的基本概念和基本规律2应用本章知识解决有关实际问题学习目标完成过程一、知识再现学生活动设计同桌的两位同学为一组，一位同学归纳本章的基本概念，一位同学归纳本章的基本规律，然后互相补充教师选择较好的几组进行实物投影激励评价学生活动相互对照，查缺补漏用CAI课件出示本章的知识网络学生活
20、动对比归纳，查缺补漏二、综合问题分析与能力培养投影例1在一次飞车过黄河的表演中，汽车在空中经最高点后在对岸着陆，已知汽车从最高点到地经历时间约0.8 s，两点间的水平距离约为30 m，不计空气阻力，求：汽车在最高点时的速度，最高点和着地点的高度差CAI课件模拟题中的物理情景，并打出思考题：(1)汽车从最高点到着地点间所做的是什么运动？(2)汽车完成这一过程所用的时间是多长？(3)根据经历的时间你能直接求得最高点和着地点间的高度差吗？(4)汽车在最高点时的速度方向如何？如何求解该速度？学生活动分析思考题并写出解题过程解：从最高点到着地点间，汽车做平抛运动所以hgt2100.82 m3.2 m又x
21、v0t所以v0m/s37.5 m/s巩固训练试根据平抛运动原理设计测量自行车的瞬时速度a：说明选用什么器材？b：该如何去做？程序：先让学生分组叙述自己的测量方法，然后用CAI课件模拟常用的测量方法投影例2北纬45的某地，由于地球的自转，地球表面上的物体随地球做圆周运动的角速度和线速度各是多大？(取地球半径R6.4106 m)CAI课件模拟题中物理情景，并出示思考题：(1)地球自转一周所用的时间是多长？(2)在这么长时间内，地球上各处的物体绕地轴转过的角度是多大？(3)在北纬45处的物体绕地轴转动的半径如何求解？(4)如何求解该物体的线速度？学生活动解答思考题并写出解题过程解：据题意地球上各处随
22、地球自转的角速度相等所以rad/s7.2710-5 rad/s又因为在北纬45的转动半径R0Rcos，在自转一周内(T24 h)转过的弧长为s2 R02 Rcos所以它的线速度为：vm/s328.89 m/s巩固训练如图所示，在电动机距转轴为r处固定一质量为m的铁块，电机启动后，铁块以角速度绕轴O匀速转动，求电机对地面的最大压力和最小压力之差参考答案：2m2r三、小结1教师归纳平抛物体的运动和圆周运动一直是高考的热点，尤其是平抛运动的规律和研究方法，以及圆周运动问题考查较多，且题目新颖，有一定难度，区分度较高，因此，在应用这部分知识时应注意：1判定物体的实际物理情景2各种思维方法的综合应用四、
23、作业习题五、板书设计六、本章相关高考题1(1991年全国)如图所示，以9.8 m/s的初速度水平抛出的物体，飞行一段时间后，垂直地撞在倾角为30的斜面上，可知物体完成这段飞行的时间是()As BsCs D2 s2(1992年全国)如图所示为一皮带传动装置，右轮的半径为r，a是它边缘上的一点，左侧是一轮轴，大轮的半径是4r，小轮的半径为2r，b点在小轮上，到小轮中心的距离为r，c点和d点分别位于小轮和大轮的边缘上，若在传动过程中，皮带不打滑，则()Aa点与b点的线速度大小相等 Ba点与b点的角速度大小相等Ca点与c点的线速度大小相等 Da点与d点的向心加速度大小相等3(1997年上海)质量为m的
24、小球被系在轻绳一端，在竖直平面内做半径为R的圆周运动，运动过程中小球受到空气阻力的作用设某一时刻小球通过轨道的最低点，此时绳子的张力为7mg，此后小球继续做圆周运动，经过半个圆周恰能过最高点，则在该过程中小球克服空气阻力所做的功为()AmgR BmgRC mgR DmgR4(xx年全国)如图，细杆的一端与一小球相连，可绕过O点的水平轴自由转动现给小球一初速度，使它做圆周运动，图中a、b分别表示小球轨道的最低点和最高点，则杆对球的作用力可能是()Aa处为拉力，b处为拉力Ba处为拉力，b处为推力Ca处为推力，b处为拉力Da处为推力，b处为推力5(1997年全国)一内壁光滑的环形细圆管，位于竖直平面
25、内，环的半径为R(比细管半径大得多)，在圆管中有两个直径与细管直径相同的小球(可视为质点)，A球的质量为m1，B球的质量为m2，它们沿环形圆管顺时针运动，经过最低点时的速度都为v0设A球运动到最低点时，B球恰好运动到最高点，若要此时两球作用于圆管的合力为零，那么m1、m2、R与v0应满足的关系是_参考答案：1C2CD3C4AB5(m1-m2)(m15m2)g0综合题导析通常在水平地面上做圆周运动的汽车，是靠地面对汽车的摩擦来提供向心力的，但是，高速公路上的汽车，速度很大，在转弯时(可视为做圆周运动)不能采取无限增大摩擦力的方式(如使路面粗糙程度增加等)提供向心力，人们想到了力的分解利用汽车自身
26、重量(重力)的一个分力，提供一定程度的向心力，从而使车辆顺利转弯，且有效地保护着高速路面(过大的摩擦会缩短路面和汽车轮胎的寿命)汽车以一定的速度在曲线上行驶，必须具有足够的向心力，向心力的大小与车速v的平方成正比，与曲线半径成反比，在工程上计算式为：Fn式中：Fn为向心力(N)，G为汽车重力(N)，v为汽车行驶速度(m/s)，R为曲线半径(m)，g为重力加速度(g9.8 m/s2)向心力Fn的作用点在汽车重心，方向指向圆心为了使汽车自身重力的一个分力充当一定量的向心力(一般地说，并非向心力的全部)，常把曲线上路面做成外侧高、内侧低呈单向横坡的形式，这就叫做曲线超高，汽车行驶在具有超高的曲线上如
27、图所示试求出路面与轮胎之间的横向摩擦力与汽车自重之比解析：Fn表示汽车转弯应当具有的向心力，该力在横向(x轴)和纵向(y轴)被分解为Fn cos和Fn sin，汽车重力的一个分力Gsin沿横坡(x轴)方向充当了一部分向心力的作用，向心力的另外部分，则仍由路面与轮胎之间的摩擦力提供，因此，在x轴方向上有：Fn cosGsinF式中F为路面对汽车的横向作用力，它是由路面对轮胎的摩擦力提供的，在y轴方向上汽车受合力为零，对转弯运动不产生影响由于路面横坡不大，即斜面倾角很小，可近似认为：cos1sintani(i叫超高坡度)于是有F Fn cos-GsinFn-ic-iG所以-i在工程上把称为横向力系数，其意义为单位车重的横向力值愈大，汽车在曲线上行驶的稳定性愈小，司乘人员感受的舒适性就愈差一些研究报告指出，的舒适界限由0.11到0.16随行车速度在变化在设计时，高速公路上取较低数值，低速路上取较高数值
