§7.4
重力势能（第1课时）教学设计
设计思想
《重力势能》这节课是学生第一次从定量的角度学习能量的具体表达形式。在以后的学习过程中，能量概念的重要性会被学生逐步认识到，因而本节课的内容具有非常重要的意义。就内容的呈现方式来看，本节课有探究课的特点。因而从教学的角度来看，宜采取师生互动、引导、启发的教学方式。
学情分析
1.知识层面：重力势能是学生在初中已经接触过的，但当时只停留在定性的分析上。新课应注意对知识从定性到定量的转化。
2.能力层面：高一学生对事物的认知还停留在具体的形象思维上，抽象的逻辑思维的建立还需要时间。所以在教学中我们要借助实验、视频等直观手段逐渐引入抽象的物理概念。
教学目标
物理观念
1.正确理解重力势能的概念；
2.正确理解重力做功的特点。
科学思维
1.发展学生分析、概括和科学推理能力；
2.能运用重力势能表达式计算重力势能；
3.能利用重力做功与重力势能的关系解决一些实际问题。
实验探究
1.能描述和探究影响重力势能的因素；
2.会实验验证重力做功与路径无关。
科学态度与责任
1.知道重力势能的相对性及其与地球系统共有性，形成科学的物质观；
2.渗透从生活中来，到生活中去的科学方法，激发和培养学生探索自然规律的兴趣；
3.通过学生之间的讨论交流与协作探究，培养团队合作精神；
4.培养学生遵守社会公德，防止高空坠物。
教学重难点
1．重力做功的特点；
2．重力势能的概念。
教学资源
体积相同质量不同的塑料球（1个）和铁球（2个）；装有沙子的塑料桶；多媒体展台
教法设计
引导式、启发式、探究式、分组讨论
教学过程
教师活动
学生活动
设计意图
引入新课
在前一章万有引力的学习中我们曾经提到过一个有趣的故事：
[PPT展示：牛顿与苹果的图片]
那就是牛顿在被苹果砸中脑袋之后，开始思考地球上的引力与天体间引力的关系，最终得出了伟大的万有引力定律！今天，老师也拿来了一个苹果，想让同学们也当一回牛顿，感受一下被苹果砸中脑袋的感觉！谁想来试试？
如果我再从更高的地方释放呢？比如10层楼高？小小苹果能有多大威力？有人做了一个类似实验，我们来看一段视频。
[PPT播放视频：苹果高空坠落]
实验结果还是很震撼的！小苹果竟然蕴含了大能量！原因是什么？
大家在初中时已经学过，物体由于被举高而具有的能量叫做——重力势能，今天我们将更进一步学习重力势能的知识和应用。
[PPT展示标题]
[板书：§7.4重力势能]
感受从头顶掉落苹果砸中脑袋
观看影片
回答问题
激发学生的好奇心，引起共鸣
新课教学
一、影响重力势能的因素
那么重力势能的大小可能与哪些因素相关呢？你是如何想到的？
重力势能的大小要通过一定的途径展现出来，就像刚才看到的视频中苹果从高处落下可以砸碎玻璃，我给大家提供了一套简单的实验装置来检验你的猜想。
[PPT展示：学生分组实验仪器图片]
介绍装置：体积相同质量不同的塑料球（1个）和铁球（2个）；装有沙子的塑料桶，大家讨论一下可以如何探究？这里用到了哪种实验方法？
[板书：一、影响重力势能的因素]
教师：请大家汇报一下实验结果。
[PPT播放：实验视频]
实验说明，质量越大的物体，能量越大，释放高度越高的物体，能量越大。
[板书：影响因素：质量、高度]
回答问题：
不同质量的球从同一高度释放，相同质量的球从不同高度释放，观察小球进入沙子的深度。
控制变量法
分组实验
让学生分析问题，提出实验方案，让他们体验探索、发现的成就感
直观的实验现象引发学生思考
新课教学
二、重力做功的特点
现在我们知道了重力势能与物体的质量和高度有关，那么到底该怎样定量的表达重力势能呢？其实在前面的教材里，已经给出方法了，大家来看教材第57页最上面第一段话，请一位同学来读一下这段话。
[PPT展示：教材内容]
对于寻找重力势能的定量的表达，这段话能给你什么启示吗？
重力势能释放的过程离不开重力做功，所以，我们就先从重力做功分析入手！
[板书：二、重力做功的特点]
物体的真实下落过程其实要比我们做的实验复杂的多，大家来看这幅图。
[PPT展示：幼儿园小朋友滑滑梯走不同路径]
提问：直接滑竿，滑斜坡，滑弯道，这几种情况下重力功如何求？
为了研究问题方便，我们通常把问题简化成物理模型：
[PPT：三种不同路径类型]
小球从A运动到B，已知A、B的高度，求重力功，请两位同学到黑板上写出前两种类型的计算过程。
[板书：两种情况下都有：WG=mgh1-mgh2]
图3该怎么办？前面两种小球运动的路径是直线运动，图3的任意曲线如何处理？大家有没有好的办法？有什么办法能将变化的位移方向变成不变的呢？在咱们以前的学习中有没有遇到过类似的问题，如何化变量为不变量的？
[PPT展示：匀变速运动位移时间关系的求法]
总结：这种方法叫微元法，那么对于现在这种情况可不可以类比一下，用微元法来求图3中小球重力做的功？
[板书：
WG=mg△h1+mg△h2+……=mgh1-mgh2]
通过计算，我们发现重力做功有什么特点？
[板书：重力做功与路径无关，只与初、末位置高度差有关]
为了验证理论推导，我们做个实验验证一下，这里两个不同路轨的轨道，高度相同，从同一高度释放两个球，观察它们飞出后的落点，如果重力做功相同，它们最后从轨道末端飞出的情况应该一样，根据平抛原理，落点的距离应该一致，这里摩擦力的影响比较小，我们忽略不计。
[实验检验：重力做功与路径无关]
[PPT播放：实验视频和图片]
自主阅读教材57页
回答问题
板书图1和图2的计算过程
回答问题
总结方法
观察实验
自主阅读
建立模型
理论推导
自主阅读
对比迁移
加深印象
实验验证
新课教学
三、重力势能
实验再次说明了事实！现在我们来观察一下这个表达式，式中“mgh”在做功的表达式中反复出现，书中提到：“mgh”是一个具有特殊意义的物理量，为何说它特殊？阅读教材64至65页，寻找答案！
总结：“mgh1”代表位置1的量，“mgh2”代表位置2的量，这两者仅仅是位置的不同，做功等于这个跟位置有关的量的变化，而与路径无关，而功的大小等于能量的变化，另一方面，式子本身含有质量和高度，与势能特征相符！势能的定义（由位置决定的能量）又再次强调了与位置相关的特性，所以“mgh”就是重力势能表达式！
[板书：三、重力势能
Ep=mgh]
［板书：WG=mgh1-mgh2=Ep1-
Ep2=
—（Ep2-
Ep1）=
—△Ep]
我们结合实例来运用一下，看下面这个情景：
[PPT：起重机例题]
边总结边板书
［板书：WG＞０，Ep1＞Ep2，Ep减小；
WG＜０，Ep1＜Ep2，Ep增加]
自主阅读教材，回答问题
计算例题
联系已有知识，培养知识迁移能力，思考问题的能力，训练逻辑思维。
培养学生的运用知识能力。
新课教学
四、重力势能的相对性
我们再回到牛顿的苹果问题来看看，当年砸中牛顿的那个苹果有多大势能？
［PPT：苹果例题］
同一个苹果怎么会有不同的重力势能？计算重力势能前要先选取零势能面，选取的参考面不同，结果也会有不同，有的大，有的小，有的是正数，有没有可能是负数？苹果的重力势能可不可能算出负数？
［板书：Ep取决于零势面的选取，Ep＜０表示在参考面以下］
［PPT：再计算掉落到头顶的势能变化量］
计算结果相同，说明重力势能的变化量与零势能面的选取无关！
［板书：ΔEP与零势面无关］
计算出不同的势能结果
分析问题
回答问题
分组计算，分别以头顶、脚面、山脚下为参考面计算结果。
对比思考。
运用既有知识解决问题的能力。
巩固知识
学以致用
牛顿被苹果砸中作为一个故事被传为佳话，但现实生活中估计没有人喜欢被从高处掉落的东西砸中，所以我们经常看到有这样的警示标志：
［PPT：高空坠物警示牌］
因为在高处的物体具有很大的重力势能，所以一定不要高空抛物！
重力势能也不总是那么可怕的，既然是一种能量，人们就想要加以利用，我们想办法让重力势能变成为人们服务的能源。
［PPT播放：重力灯视频］
结束语：希望将来大家能开发出更多简便可行的利用重力势能的装置为人类造福！
联系生活实际
增强学生的社会公德意识，用知识改变生活的实例。
小结
从知识和科学方法两个方面小结
问大家一个问题：知识与获得知识的方法，谁更重要？大家不必急着回答这个问题，这是一个需要思考的问题，答案也不是唯一的。我相信，二十年以后，在座的大部分同学都会将今天我们学到的重力势能的知识忘得一干二净，但我希望，二十年后，今天这堂课还能给你留下点什么。
板书设计
重力势能
重力做功与重力势能改变的关系
重力势能的相对性
教学反思
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