简答题
高中物理
2021-06-27
阅读下列材料，完成教学设计。
材料一《普通高中物理课程标准(2017年版)》要求：理解重力势能，知道重力势能的变化与重力做功的关系。
材料二下面是高中物理人教版必修二第七章第4节“重力势能”内容节选。
正如所述，物体由于被举高而具有重力势能。物体的高度发生变化时，重力要做功：物体被举高时，重力做负功；物体下降时，重力做正功。因此，认识这种势能，不能脱离对重力做功的研究。
材料三高一学生已经学习了功和动能的概念，对做功的必要因素有了进一步的认识。
任务：
(1)做功的必要因素和表达式。
(2)根据上面材料完成重力势能概念教学片段的设计。
参考答案
暂无
答案解析
(1)做功的必要因素：力和沿力的方向发生的位移。
表达式：W=Fιcosα。
(2)教学设计如下：
一、教学目标
1．知识与技能
理解重力势能的定义及定义式；
知道重力势能的值是相对的，理解重力势能正负号的含义；
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；
培养探究归纳能力和逻辑思维的能力。
2．过程与万法
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；
体会用“实验法”和“理论推导”相互验证问题的方法。
3．情感态度与价值观
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：
通过学生之间的讨论交流与协作探究，培养团队合作精神：
体验科学不仅仅是认识自然，挑战自然，更在于能动地改造自然。
二、教学重难点
1．教学重点
重力势能的表达、重力做功与重力势能变化的关系。重力做功与路径无关。
2．教学难点
对于势能这种潜在做功能力的理解；重力做功与重力势能变化的相反关系。
三、教学过程
(一)复习引入新课
我们在初中已经学习了重力的概念。并对重力势能的概念进行了定性分析。请同学们回忆一下，重力势能与哪些因素有关?(学生讨论并回答)
(二)新课教学
1．重力势能的概念
师：我们已经知道被举高的物体具有重力势能，运动的物体具有动能，那么静止的物体是否有能量?
例如：大家放在桌子上或拿在手里的小钢球，我们如何知道它是否具有能量。
生：我们可以通过是否能够做功加以验证……
师：大家说得很好，既然这个小钢球具有能量，那么一旦下落就可以做功。
处于一定高度的物体具有做功的本领，或者说物体“储存”着一种能量，这就是重力势能，即：重力势能是由于物体处于一定高度而具有的能量。
师：你能举出在生产生活中被举高了的物体做功的例子吗?(学生举例)
那么，物体的重力势能与什么因素有关呢?
给学生准备了两个轻重不一的小球，五张纸，让学生设计实验，进行探究。
这个小实验表明物体的重力势能与物体的重力有关，与物体所处的高度有关。
师：重力势能的大小跟这两个因素到底成怎样的定量关系呢?重力做功跟重力势能的变化有没有关系?
2．研究重力做功跟势能变化的关系
我们既然要研究重力做功跟重力势能变化的关系，那么首先要明确对象是谁，所以我们要建立模型，如图，
研究对象即打桩机的重锤。
设打桩机重锤的质量是m，G是重锤的重力：设重锤从离地面高度h2处自由下落至离地高为h1处
(铁桩的顶端)，在此过程中，重力做的功是多大呢?
学生计算，教师用展台展示一两个学生的结果：
W=mgh2-mgh1
研究上述结果的物理意义．可得到重力势能的表达式：
Ep=mgh
从W=mgh2-mgh1关系式还可以看出，重力做功必然伴随着物体重力势能的变化，那么它们的关系如何呢?
问题讨论：
(1)当重锤从高处h2下落到低处h1的过程中，重力是做正功，还是做负功?重锤的重力势能怎样变化?
(2)当重锤从低处h1上升到高处h2的过程中，重力是做正功，还是做负功?重锤的重力势能怎样变化?
结论：当重力对物体做正功时，物体的重力势能减少；当重力对物体做负功时，物体的重力势能增加。
拓展：上面的结论虽然是通过分析打桩机重锤的重力做功跟势能变化关系得出的．但它具有普遍意义。
请讨论：一个做斜抛运动的物体，在它上升阶段和下降阶段，重力对物体做正功还是负功?这个物体的势能怎样变化?
学生根据重力做功与重力势能变化的关系分析回答。
归纳：我们在前面的学习中已经知道，物体动能的变化可以用外力做功的多少来量度，而重力势能的变化也可以用重力做功的多少来量度。这又一次表明：功是能量变化的量度。
3．重力做功与路径无关
在下图中，这两位同学质量都是一样的，当他们分别以图示的路径登上高为h的顶端A时，重力对他们做的功相同吗?
请讨论：
(1)假如图中的男同学沿着另外几种不同的斜坡登上A处，重力所做的功是多少?
(2)滑雪运动员从山上沿不同的坡道或路径下滑，重力对他做的功是否相同?
学生根据重力做功跟势能变化关系分析得出以下结论：
重力对物体做的功只跟物体的初始位置和末位置的高度有关．而跟物体经过的路径无关。
4．重力势能具有相对性
设问：请你们算一算老师的重力势能多大?
学生通过估算老师的体重、高度，计算教师的重力势能，得出不同的结果，通过师生之间的交流互动，发现这是由于选择的参考平面不同而导致了不同的结果。这说明，重力势能具有相对性。
表达式：W=Fιcosα。
(2)教学设计如下：
一、教学目标
1．知识与技能
理解重力势能的定义及定义式；
知道重力势能的值是相对的，理解重力势能正负号的含义；
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；
培养探究归纳能力和逻辑思维的能力。
2．过程与万法
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；
体会用“实验法”和“理论推导”相互验证问题的方法。
3．情感态度与价值观
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：
通过学生之间的讨论交流与协作探究，培养团队合作精神：
体验科学不仅仅是认识自然，挑战自然，更在于能动地改造自然。
二、教学重难点
1．教学重点
重力势能的表达、重力做功与重力势能变化的关系。重力做功与路径无关。
2．教学难点
对于势能这种潜在做功能力的理解；重力做功与重力势能变化的相反关系。
三、教学过程
(一)复习引入新课
我们在初中已经学习了重力的概念。并对重力势能的概念进行了定性分析。请同学们回忆一下，重力势能与哪些因素有关?(学生讨论并回答)
(二)新课教学
1．重力势能的概念
师：我们已经知道被举高的物体具有重力势能，运动的物体具有动能，那么静止的物体是否有能量?
例如：大家放在桌子上或拿在手里的小钢球，我们如何知道它是否具有能量。
生：我们可以通过是否能够做功加以验证……
师：大家说得很好，既然这个小钢球具有能量，那么一旦下落就可以做功。
处于一定高度的物体具有做功的本领，或者说物体“储存”着一种能量，这就是重力势能，即：重力势能是由于物体处于一定高度而具有的能量。
师：你能举出在生产生活中被举高了的物体做功的例子吗?(学生举例)
那么，物体的重力势能与什么因素有关呢?
给学生准备了两个轻重不一的小球，五张纸，让学生设计实验，进行探究。
这个小实验表明物体的重力势能与物体的重力有关，与物体所处的高度有关。
师：重力势能的大小跟这两个因素到底成怎样的定量关系呢?重力做功跟重力势能的变化有没有关系?
2．研究重力做功跟势能变化的关系
我们既然要研究重力做功跟重力势能变化的关系，那么首先要明确对象是谁，所以我们要建立模型，如图，
研究对象即打桩机的重锤。
设打桩机重锤的质量是m，G是重锤的重力：设重锤从离地面高度h2处自由下落至离地高为h1处
(铁桩的顶端)，在此过程中，重力做的功是多大呢?
学生计算，教师用展台展示一两个学生的结果：
W=mgh2-mgh1
研究上述结果的物理意义．可得到重力势能的表达式：
Ep=mgh
从W=mgh2-mgh1关系式还可以看出，重力做功必然伴随着物体重力势能的变化，那么它们的关系如何呢?
问题讨论：
(1)当重锤从高处h2下落到低处h1的过程中，重力是做正功，还是做负功?重锤的重力势能怎样变化?
(2)当重锤从低处h1上升到高处h2的过程中，重力是做正功，还是做负功?重锤的重力势能怎样变化?
结论：当重力对物体做正功时，物体的重力势能减少；当重力对物体做负功时，物体的重力势能增加。
拓展：上面的结论虽然是通过分析打桩机重锤的重力做功跟势能变化关系得出的．但它具有普遍意义。
请讨论：一个做斜抛运动的物体，在它上升阶段和下降阶段，重力对物体做正功还是负功?这个物体的势能怎样变化?
学生根据重力做功与重力势能变化的关系分析回答。
归纳：我们在前面的学习中已经知道，物体动能的变化可以用外力做功的多少来量度，而重力势能的变化也可以用重力做功的多少来量度。这又一次表明：功是能量变化的量度。
3．重力做功与路径无关
在下图中，这两位同学质量都是一样的，当他们分别以图示的路径登上高为h的顶端A时，重力对他们做的功相同吗?
请讨论：
(1)假如图中的男同学沿着另外几种不同的斜坡登上A处，重力所做的功是多少?
(2)滑雪运动员从山上沿不同的坡道或路径下滑，重力对他做的功是否相同?
学生根据重力做功跟势能变化关系分析得出以下结论：
重力对物体做的功只跟物体的初始位置和末位置的高度有关．而跟物体经过的路径无关。
4．重力势能具有相对性
设问：请你们算一算老师的重力势能多大?
学生通过估算老师的体重、高度，计算教师的重力势能，得出不同的结果，通过师生之间的交流互动，发现这是由于选择的参考平面不同而导致了不同的结果。这说明，重力势能具有相对性。
