§7.4

重力勢(shì)能（第1課時(shí)）教學(xué)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)思想

《重力勢(shì)能》這節(jié)課是學(xué)生第一次從定量的角度學(xué)習(xí)能量的具體表達(dá)形式。在以后的學(xué)習(xí)過程中，能量概念的重要性會(huì)被學(xué)生逐步認(rèn)識(shí)到，因而本節(jié)課的內(nèi)容具有非常重要的意義。就內(nèi)容的呈現(xiàn)方式來看，本節(jié)課有探究課的特點(diǎn)。因而從教學(xué)的角度來看，宜采取師生互動(dòng)、引導(dǎo)、啟發(fā)的教學(xué)方式。

學(xué)情分析

1.知識(shí)層面：重力勢(shì)能是學(xué)生在初中已經(jīng)接觸過的，但當(dāng)時(shí)只停留在定性的分析上。新課應(yīng)注意對(duì)知識(shí)從定性到定量的轉(zhuǎn)化。

2.能力層面：高一學(xué)生對(duì)事物的認(rèn)知還停留在具體的形象思維上，抽象的邏輯思維的建立還需要時(shí)間。所以在教學(xué)中我們要借助實(shí)驗(yàn)、視頻等直觀手段逐漸引入抽象的物理概念。

教學(xué)目標(biāo)

物理觀念

1.正確理解重力勢(shì)能的概念；

2.正確理解重力做功的特點(diǎn)。

科學(xué)思維

1.發(fā)展學(xué)生分析、概括和科學(xué)推理能力；

2.能運(yùn)用重力勢(shì)能表達(dá)式計(jì)算重力勢(shì)能；

3.能利用重力做功與重力勢(shì)能的關(guān)系解決一些實(shí)際問題。

實(shí)驗(yàn)探究

1.能描述和探究影響重力勢(shì)能的因素；

2.會(huì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證重力做功與路徑無(wú)關(guān)。

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

1.知道重力勢(shì)能的相對(duì)性及其與地球系統(tǒng)共有性，形成科學(xué)的物質(zhì)觀；

2.滲透從生活中來，到生活中去的科學(xué)方法，激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生探索自然規(guī)律的興趣；

3.通過學(xué)生之間的討論交流與協(xié)作探究，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神；

4.培養(yǎng)學(xué)生遵守社會(huì)公德，防止高空墜物。

教學(xué)重難點(diǎn)

1．重力做功的特點(diǎn)；

2．重力勢(shì)能的概念。

教學(xué)資源

體積相同質(zhì)量不同的塑料球（1個(gè)）和鐵球（2個(gè)）；裝有沙子的塑料桶；多媒體展臺(tái)

教法設(shè)計(jì)

引導(dǎo)式、啟發(fā)式、探究式、分組討論

教學(xué)過程

教師活動(dòng)

學(xué)生活動(dòng)

設(shè)計(jì)意圖

引入新課

在前一章萬(wàn)有引力的學(xué)習(xí)中我們?cè)?jīng)提到過一個(gè)有趣的故事：

[PPT展示：牛頓與蘋果的圖片]

那就是牛頓在被蘋果砸中腦袋之后，開始思考地球上的引力與天體間引力的關(guān)系，最終得出了偉大的萬(wàn)有引力定律！今天，老師也拿來了一個(gè)蘋果，想讓同學(xué)們也當(dāng)一回牛頓，感受一下被蘋果砸中腦袋的感覺！誰(shuí)想來試試？

如果我再?gòu)母叩牡胤结尫拍?？比?0層樓高？小小蘋果能有多大威力？有人做了一個(gè)類似實(shí)驗(yàn)，我們來看一段視頻。

[PPT播放視頻：蘋果高空墜落]

實(shí)驗(yàn)結(jié)果還是很震撼的！小蘋果竟然蘊(yùn)含了大能量！原因是什么？

大家在初中時(shí)已經(jīng)學(xué)過，物體由于被舉高而具有的能量叫做——重力勢(shì)能，今天我們將更進(jìn)一步學(xué)習(xí)重力勢(shì)能的知識(shí)和應(yīng)用。

[PPT展示標(biāo)題]

[板書：§7.4重力勢(shì)能]

感受從頭頂?shù)袈涮O果砸中腦袋

觀看影片

回答問題

激發(fā)學(xué)生的好奇心，引起共鳴

新課教學(xué)

一、影響重力勢(shì)能的因素

那么重力勢(shì)能的大小可能與哪些因素相關(guān)呢？你是如何想到的？

重力勢(shì)能的大小要通過一定的途徑展現(xiàn)出來，就像剛才看到的視頻中蘋果從高處落下可以砸碎玻璃，我給大家提供了一套簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)裝置來檢驗(yàn)?zāi)愕牟孪搿?/p>

[PPT展示：學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)儀器圖片]

介紹裝置：體積相同質(zhì)量不同的塑料球（1個(gè)）和鐵球（2個(gè)）；裝有沙子的塑料桶，大家討論一下可以如何探究？這里用到了哪種實(shí)驗(yàn)方法？

[板書：一、影響重力勢(shì)能的因素]

教師：請(qǐng)大家匯報(bào)一下實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

[PPT播放：實(shí)驗(yàn)視頻]

實(shí)驗(yàn)說明，質(zhì)量越大的物體，能量越大，釋放高度越高的物體，能量越大。

[板書：影響因素：質(zhì)量、高度]

回答問題：

不同質(zhì)量的球從同一高度釋放，相同質(zhì)量的球從不同高度釋放，觀察小球進(jìn)入沙子的深度。

控制變量法

分組實(shí)驗(yàn)

讓學(xué)生分析問題，提出實(shí)驗(yàn)方案，讓他們體驗(yàn)探索、發(fā)現(xiàn)的成就感

直觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象引發(fā)學(xué)生思考

新課教學(xué)

二、重力做功的特點(diǎn)

現(xiàn)在我們知道了重力勢(shì)能與物體的質(zhì)量和高度有關(guān)，那么到底該怎樣定量的表達(dá)重力勢(shì)能呢？其實(shí)在前面的教材里，已經(jīng)給出方法了，大家來看教材第57頁(yè)最上面第一段話，請(qǐng)一位同學(xué)來讀一下這段話。

[PPT展示：教材內(nèi)容]

對(duì)于尋找重力勢(shì)能的定量的表達(dá)，這段話能給你什么啟示嗎？

重力勢(shì)能釋放的過程離不開重力做功，所以，我們就先從重力做功分析入手！

[板書：二、重力做功的特點(diǎn)]

物體的真實(shí)下落過程其實(shí)要比我們做的實(shí)驗(yàn)復(fù)雜的多，大家來看這幅圖。

[PPT展示：幼兒園小朋友滑滑梯走不同路徑]

提問：直接滑竿，滑斜坡，滑彎道，這幾種情況下重力功如何求？

為了研究問題方便，我們通常把問題簡(jiǎn)化成物理模型：

[PPT：三種不同路徑類型]

小球從A運(yùn)動(dòng)到B，已知A、B的高度，求重力功，請(qǐng)兩位同學(xué)到黑板上寫出前兩種類型的計(jì)算過程。

[板書：兩種情況下都有：WG=mgh1-mgh2]

圖3該怎么辦？前面兩種小球運(yùn)動(dòng)的路徑是直線運(yùn)動(dòng)，圖3的任意曲線如何處理？大家有沒有好的辦法？有什么辦法能將變化的位移方向變成不變的呢？在咱們以前的學(xué)習(xí)中有沒有遇到過類似的問題，如何化變量為不變量的？

[PPT展示：勻變速運(yùn)動(dòng)位移時(shí)間關(guān)系的求法]

總結(jié)：這種方法叫微元法，那么對(duì)于現(xiàn)在這種情況可不可以類比一下，用微元法來求圖3中小球重力做的功？

[板書：

WG=mg△h1+mg△h2+……=mgh1-mgh2]

通過計(jì)算，我們發(fā)現(xiàn)重力做功有什么特點(diǎn)？

[板書：重力做功與路徑無(wú)關(guān)，只與初、末位置高度差有關(guān)]

為了驗(yàn)證理論推導(dǎo)，我們做個(gè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證一下，這里兩個(gè)不同路軌的軌道，高度相同，從同一高度釋放兩個(gè)球，觀察它們飛出后的落點(diǎn)，如果重力做功相同，它們最后從軌道末端飛出的情況應(yīng)該一樣，根據(jù)平拋原理，落點(diǎn)的距離應(yīng)該一致，這里摩擦力的影響比較小，我們忽略不計(jì)。

[實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)：重力做功與路徑無(wú)關(guān)]

[PPT播放：實(shí)驗(yàn)視頻和圖片]

自主閱讀教材57頁(yè)

回答問題

板書圖1和圖2的計(jì)算過程

回答問題

總結(jié)方法

觀察實(shí)驗(yàn)

自主閱讀

建立模型

理論推導(dǎo)

自主閱讀

對(duì)比遷移

加深印象

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

新課教學(xué)

三、重力勢(shì)能

實(shí)驗(yàn)再次說明了事實(shí)！現(xiàn)在我們來觀察一下這個(gè)表達(dá)式，式中“mgh”在做功的表達(dá)式中反復(fù)出現(xiàn)，書中提到：“mgh”是一個(gè)具有特殊意義的物理量，為何說它特殊？閱讀教材64至65頁(yè)，尋找答案！

總結(jié)：“mgh1”代表位置1的量，“mgh2”代表位置2的量，這兩者僅僅是位置的不同，做功等于這個(gè)跟位置有關(guān)的量的變化，而與路徑無(wú)關(guān)，而功的大小等于能量的變化，另一方面，式子本身含有質(zhì)量和高度，與勢(shì)能特征相符！勢(shì)能的定義（由位置決定的能量）又再次強(qiáng)調(diào)了與位置相關(guān)的特性，所以“mgh”就是重力勢(shì)能表達(dá)式！

[板書：三、重力勢(shì)能

Ep=mgh]

［板書：WG=mgh1-mgh2=Ep1-

Ep2=

—（Ep2-

Ep1）=

—△Ep]

我們結(jié)合實(shí)例來運(yùn)用一下，看下面這個(gè)情景：

[PPT：起重機(jī)例題]

邊總結(jié)邊板書

［板書：WG＞０，Ep1＞Ep2，Ep減?。?/p>

WG＜０，Ep1＜Ep2，Ep增加]

自主閱讀教材，回答問題

計(jì)算例題

聯(lián)系已有知識(shí)，培養(yǎng)知識(shí)遷移能力，思考問題的能力，訓(xùn)練邏輯思維。

培養(yǎng)學(xué)生的運(yùn)用知識(shí)能力。

新課教學(xué)

四、重力勢(shì)能的相對(duì)性

我們?cè)倩氐脚ｎD的蘋果問題來看看，當(dāng)年砸中牛頓的那個(gè)蘋果有多大勢(shì)能？

［PPT：蘋果例題］

同一個(gè)蘋果怎么會(huì)有不同的重力勢(shì)能？計(jì)算重力勢(shì)能前要先選取零勢(shì)能面，選取的參考面不同，結(jié)果也會(huì)有不同，有的大，有的小，有的是正數(shù)，有沒有可能是負(fù)數(shù)？蘋果的重力勢(shì)能可不可能算出負(fù)數(shù)？

［板書：Ep取決于零勢(shì)面的選取，Ep＜０表示在參考面以下］

［PPT：再計(jì)算掉落到頭頂?shù)膭?shì)能變化量］

計(jì)算結(jié)果相同，說明重力勢(shì)能的變化量與零勢(shì)能面的選取無(wú)關(guān)！

［板書：ΔEP與零勢(shì)面無(wú)關(guān)］

計(jì)算出不同的勢(shì)能結(jié)果

分析問題

回答問題

分組計(jì)算，分別以頭頂、腳面、山腳下為參考面計(jì)算結(jié)果。

對(duì)比思考。

運(yùn)用既有知識(shí)解決問題的能力。

鞏固知識(shí)

學(xué)以致用

牛頓被蘋果砸中作為一個(gè)故事被傳為佳話，但現(xiàn)實(shí)生活中估計(jì)沒有人喜歡被從高處掉落的東西砸中，所以我們經(jīng)?？吹接羞@樣的警示標(biāo)志：

［PPT：高空墜物警示牌］

因?yàn)樵诟咛幍奈矬w具有很大的重力勢(shì)能，所以一定不要高空拋物！

重力勢(shì)能也不總是那么可怕的，既然是一種能量，人們就想要加以利用，我們想辦法讓重力勢(shì)能變成為人們服務(wù)的能源。

［PPT播放：重力燈視頻］

結(jié)束語(yǔ)：希望將來大家能開發(fā)出更多簡(jiǎn)便可行的利用重力勢(shì)能的裝置為人類造福！

聯(lián)系生活實(shí)際

增強(qiáng)學(xué)生的社會(huì)公德意識(shí)，用知識(shí)改變生活的實(shí)例。

小結(jié)

從知識(shí)和科學(xué)方法兩個(gè)方面小結(jié)

問大家一個(gè)問題：知識(shí)與獲得知識(shí)的方法，誰(shuí)更重要？大家不必急著回答這個(gè)問題，這是一個(gè)需要思考的問題，答案也不是唯一的。我相信，二十年以后，在座的大部分同學(xué)都會(huì)將今天我們學(xué)到的重力勢(shì)能的知識(shí)忘得一干二凈，但我希望，二十年后，今天這堂課還能給你留下點(diǎn)什么。

板書設(shè)計(jì)

重力勢(shì)能

重力做功與重力勢(shì)能改變的關(guān)系

重力勢(shì)能的相對(duì)性

教學(xué)反思