第2节 势能的改变
教学过程
（一）重力势能
◆第一层次：探究EP=mgh
▲提出问题：重力势能的大小与什么因素有关？ ▲建立假设
师：同学们可以根据已有的知识和经验，大胆提出自己的假设，并且说明你的理由。 生：高度有关。①由定义：地球上的物体由于处于一定的高度而具有的能量，我们把这种能量叫做重力势能。②例如，放在地面上的石头没有杀伤力，一旦从较高处落下，就会很危险；一个杠铃放在你的脚边，你一定不觉得什么？但是如果把它悬挂在你的头顶之上，那一定会让你如坐针毡。“禁止高空抛物”；高层建筑在施工时必须有“工程防护网”等。（渗透社会公德教育：预防高空坠物的危险）
生：①与物体的质量（重力）有关。如果悬挂在头顶之上的是一团棉花，不是杠铃，就不会觉得可怕。②如果你的头顶电线下悬挂的不是日光灯，而是200千克的杠铃，你有何感受？
生：与质量和高度都有关系。 …..（教师做好对学生的即时性评价） ▲检验假设
①实验定性检验
出示实验器材：透明玻璃容器（或塑料桶）、报纸、大小相同而质量不同的两个小球。 以报纸是否被小球击破来体现势能的大小。这样实验效果明显，可见度大。 教师演示，要求通过3个实验步骤，能够科学严谨的说明重力势能的大小与质量和高度之间的定性关系。
[教师引导]前面我们已学过，物体所具有能量越大，对外做功的本领就越强。 得到：
同一高度的物体：质量越大，重力势能越大； 质量相同的物体：高度越高，重力势能越大。
②理论定量推导
师：功是能量变化的量度，我们可否通过“力做了多少功，对应的重力势能就有多少发生变化”的角度，来定量推导重力势能的表达式。
你能设计一个物理过程来从理论上定量推导重力势能与重力mg和高度h的关系。 学生讨论、设计物理过程，并发表自己的设想。 可能的设想：（教师随手演示） m m h h
图1 图2
如图1，小球做自由落体运动，由动能定理mgh=力势能转化而来）重力势能等于动能即EP=
1（动能由重mv2 ;由“能量守恒”
21mv2，所以EP=mgh 2如图2，将物体竖直向上匀速抬高h，由平衡条件F=mg ；则F做功为WF=Fh=mgh; 由功能关系得到：EP=WF=Fh=mgh ▲得出结论：EP=mgh
◆第二层次：理解EP=mgh 主要采取讲授式 ①标矢性：标量 ②单位：焦耳（J）
③相对性：Ep与参考平面（零势能面）的选择有关
④系统性：重力势能为地球与物体所共有的，重力势能具有系统性。为了叙述方便，可以说成是某一物体的重力势能。
[相对性的教学]
?出示电视剧“雪城”主题曲〈心中的太阳〉歌词片段：…山上有棵小树山下有棵大树，我不知道我不知道我不知道，那个更大那个更高…
?学生讨论：相对高度和绝对高度的意义
?教师引导：零高度的参考平面对应零势能参考平面（说明规定零势能参考平面的必要性）
?举例深化：通过的例子（书放在课桌上，分别以地面和桌子作为参考面，讨论重力势能。教师随手演示。）来说明：重力势能的正负含义；一般情况下以地面作为零势能的参考平面。（重新指出：图1、图2定量推导时是以地面为参考平面的。使推导更加有科学性和完整性）
过渡语：功是能量变化的量度，有力做功就有对应的能量发生变化，物体重力势能发生变化与什么力做功相对应呢？
生：重力
（二）重力做功与重力势能的改变 1．实例探究
举例：一只花盆从16楼窗台落地，根据给出数据计算填表（事先印发）。
[学生讨论探究]：从表格中能总结出什么规律？（分组讨论，交流，教师引导总结）
A ：16楼
m=2kg，h=50m，h1=10m，g=10m/s2 B ：3楼
规定的花盆在各点处零势面 的重力势能 地面 EPA=1000J EPB =200J EPA=800J EPB =0 花盆仅在重力作用下 花盆在重力和阻力作用下 重力势能的改变 重力做功 重力势能的改变 重力做功 -800J 800J -800J 800J 三楼 -800J 800J -800J 800J [教师引导的方向]①重力势能与零势面选取有关吗？物体在某两点间重力势能的改变与零势面选取有关吗？（指出改变量是末状态量减去初状态量）
②物体在某两点间重力势能的改变与重力做功有什么关系？与是否有除重力之外的其他力存在或参与做功有关吗？
[学生总结规律]
①重力势能的具有相对性（相对于不同的参考平面重力势能的大小不同），确定了参考平面，物体重力势能才有确定值。重力势能的变化与零势能面的选取无关，具有绝对性
②重力势能的变化与重力做功的关系。 花盆下落，这一过程中重力做正功，重力势能减少，重力做多少功，重力势能减少多少；与是否有除重力之外的其他力存在或参与做功无关。
2．变式深化
①若用吊篮将花盆从3楼竖直吊回16楼，运动方式有匀速上升、匀加速上升，花盆的重力势能分别如何变化，重力对花盆做功分别又将如何？
②若乘电梯将花盆从3楼运到16楼，花盆的重力势能如何变化，重力对花盆做功又将如何？
3．归纳总结：重力做功是重力势能变化的量度
物体下落，重力做正功mgh，重力势能减少?Ep??mgh， 物体上升，重力做负功?mgh，重力势能增加?Ep?mgh。
WG???Ep
过渡语：上面我们讨论花盆的运动都是在竖直方向，如果某人爬楼梯将花盆从3楼搬到16楼，重力对花盆做功又将如何？
（三）重力做功和物体运动路径的关系 学生讨论：
小孩以不同的路径从某一高度回到地面，重力对小孩做功大小有什么关系？为什么？
教师引导：①从“力做功的两个要素：力与力方向上的位移”的角度思考。
②从功能关系：重力做功是引起物体重力势能变化的唯一因素的角度思考。
结论：重力做功只与物体始末位置的高度差有关，与路径无关。（进一步说明：①重力做功的特点决定重力势能变化
的绝对性；②重力势能的变化只与重力做功有关，与物体是否受到其他力，和其他力是否做功无关）
(四).课堂练习，运用重力势能的知识解决问题 训练1：[新闻图片，设置情境]
在雅典奥运会举重男子69公斤级比赛中，中国选手张国政以抓举160公斤，挺举187.5公斤，总成绩347.5公斤获得金牌，这也是中国代表团在本届奥运会上的第11枚金牌。
张国政制胜的一举，挺举187.5kg，杠铃被举高约2m。 试求：1、杠铃的势能变化多少？
2、重力做功多少？
（张国政能在短时间内爆发出如此巨大的功率绝非一日之功，为了能为祖国争得荣誉，运动员在平时的训练中付出心血。）
训练2：一位同学说：若以喜马拉雅山的山顶为零势能参考平面，则长江山峡的水库所储备的大量水的势能是负值，所以它就不能发电了。你认为此同学的说法对吗？为什么？
训练3：（选做）做竖直上抛运动的物体，在上升到某一高度时，重力势能的改变量为ΔEP，动能的改变量为ΔEK ，物体克服重力做功WG，物体克服空气阻力做功Wf，则下列关系正确的是( )
A.ΔEP=WG B. ΔEP=WG+Wf
C. ΔEK= -ΔEp-Wf D. ΔEK = ΔEp+WG+Wf （五）、弹性势能（据课时情况，可以让学生自学）
生活中还有一些物体既没有运动也没有很大的高度却同样“储存”着能量，哪怕它只是孩童手里的玩具（图片：弹弓）。张紧的弓一撒手就会对箭支做功改变它的动能，松弛的弓有这样的本领吗？同样是弓前者具有能量而后者没有，那么什么情况下物体才具有这种能量呢？张紧的弓在恢复原状的过程会对外做功，但是拉断的弓还能有做功的本领吗？
1．定义：物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能。 2．弹性势能的大小与哪些因素有关呢？
[小实验]出示玩具弓箭、可以上发条的小汽车，让学生自己做实验。
弓箭的皮筋拉得越长，恢复原状时对塑料箭做功越多，塑料箭获得的动能越大，射得越远。发条上的越紧，小车运动的时间越长。
[学生总结]弹性势能的大小同弹性形变的大小有关。弹性形变越大，弹性势能也越大。 [教师强调]弹簧处与原长时弹性势能为0；弹簧的伸长和压缩的长度相同则弹性势能也相同
举例：生活中还有那些利用弹性势能的例子呢？ 拉伸或压缩的弹簧、球拍、撑杆跳高、跳板跳水等。 3、势能
由相互作用的物体的相对位置决定的能量。 重力势能：由地球和物体间相对位置决定。
弹性势能：由发生形变的各部分的相对位置决定。 （六）课堂小结
1．重力势能是地球和地面上的物体共同具有的。重力势能的大小具有相对性，确定了参考平面，物体重力势能才有确定值。但重力势能的改变是绝对的。
2．重力做功与物体的运动路径无关，只跟物体运动的始末位置有关。 3．重力做功是重力势能变化的量度。
[教师总结]关于人类与重力势能的认识，是一个从恐惧到挑战直到利用的过程。
人们对重力势能的恐惧感是与生俱来的（雪崩、泥石流：2006年2月17日泥石流突袭菲律宾2000人丧生）。
但是随着人们通过生产实践中对重力势能的认识的逐步加深，我们开始变得乐于挑战这种能量（攀岩运动）。
甚至在可以控制的范围内享受重力势能带给我的种种乐趣（过山车）。
但是科学的意义不仅仅是认识自然，挑战自然，更在于能动的利用自然！介绍水力发电（水力发电的图片）。 【教学后记】
本节课在教学设计上遵循学生的认知规律，遵循辩证唯物主义的认识论，使学生对重力势能概念的建立和理解有一个从感性到理性，从定性到定量的过程，使学生对物理概念和规律的学习并不感到突然和困难。
本节课运用“实验（举例）——理论探究归纳——实例研究”教学方法，把“实验观察、学生讨论、教师讲解”融合在一起。本着“学生主体，教师主导”的原则，在特定情景下的实例研究，让学生感到新鲜好奇，讨论问题积极主动，自主地总结规律。贴近生活的实例、小实验，使学生的学习兴趣高涨，体验社会公德、爱国情感及合理利用自然的科学认识。
本节课在多媒体、实验、板书的运用上，相互补充，克服了单一媒体运用的呆板的课堂教学形式，对整合课堂教学资源，起到了一定的作用。幻灯片所展示的各种生动、活泼、有趣的图片，激发学生探究知识的欲望和积极性，也是本节课的一大亮点。
本节课至始至终围绕“功是能量变化的量度”到“重力做功是重力势能变化的量度”课题中心内容。让学生体会到重力做功是导致重力势能变化的唯一因素。 【板书设计】 一、重力势能
表达式：Ep=mgh
单位：焦耳（J）
WG???Ep 标矢性：标量 重力做功 重力势能
相对性 （与路径无关） 系统性
二、弹性势能 1．定义：物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能。 2．弹性势能的大小同弹性形变的大小有关。
三、势能：由相互作用的物体的相对位置决定的能量。