作业内容
教学设计思路:
初中对重力势能的要求是物体被举起来时的能量。学生知道重力势能和物体的质量、高度有关。在对重力势能有了粗浅的了解之后,我们会对重力势能用高度和质量来表达有更深的理解。如果鸡蛋撞到石头上会碎,那把鸡蛋放在空中会有什么后果呢?在看了鸡蛋威力的视频之后初中物理重力势能,大家就会体会到高空坠物有多危险。要理解能量,首先要了解相应的做功。我设计了三种重力做功的情形;我发现mgh是一个具有特殊意义的物理量,并介绍了重力势能这个物理量;我通过思考题介绍了mgh中高度和系统共享能量的理解。最后通过图片和视频,让学生体会重力势能在生活中的应用。
教学目标:
物理概念:重力势能的概念。
科学思维:相对论在概念构建中的应用。
科学探究:分析总结重力所做功与重力势能的关系。
科学态度与责任:重力势能在日常生活中的应用。
教学重点:
重力势能的概念;重力所作的功与重力势能的变化之间的关系。
教学难点:
引力势能的相对性和引力势能“体系”的共性。
注意,发挥鸡蛋的威力。
告知学习目标并投射学习目标。
重力在三种情况下起作用。查看课本以查找结果。
根据结果得出结论。
探索mgh对推导重力势能的重要性。获得重力功和重力势能变化之间的关系。
喜马拉雅山的高度,死海的高度。准确描述h,建立重力势能为零的平面的重要性,人人皆知。
解释势能是系统的能量。
教学过程
1. 介绍新课程
教师活动:展现鸡蛋的力量,创设问题场景,激发学生的兴趣。
鸡蛋从高处落下,撞破了固体物体。
我想你心里肯定有一个大大的疑问,为什么会出现上述现象呢?其实这跟一个物理量有关,“一个跟地球上物体高度有关的物理:重力势能”。这就是我们这节课要探究的内容。学完“重力势能”,我们心中的疑问就迎刃而解了!
多媒体投影展示新课题:重力势能和学习目标。
学生活动:积极思考,调动思维,走进新课。
2. 推广新课程
[第一部分] 探索引力的作用
创设情境,引导学生计算以下三种情况下重力所作的功
通过前人的研究,我们知道能量的改变是通过做功来实现的,所以要研究重力势能,首先就要了解重力所作的功。
需要强调的是,第三种情况要把曲线化为直线,用极限法求解,极限法是物理学研究中常用的方法。
(1)第一种情况,如果物体从A点垂直落到B点,重力做了多少功?
WG=mg△h=mgh1-mgh2
(2)第二种情况,物体从A点沿斜面滑到与B点高度相同的C点,重力所作的功为多少?WG = mg△h = mgh1 - mgh2
(3)第三种情况,物体沿表面从A点滑到与B点高度相同的C点,重力做了多少功?
WG=mg△h=mgh1-mgh2
(一)
学生活动:派三位学生展示计算结果,分组讨论重力做功的特点,学生代表发言并得出结论:重力对物体所作的功,与物体的路径无关,只与起点和终点的位置有关(设计意图:从具体情景入手,在教师指导下,学生自行推导,总结、寻求重力做功的特点,培养学生的探究能力)
练习:想象一下,你想从一栋高楼的 10 层下到 3 层。你可以乘电梯或走楼梯。无论你以何种方式下楼,重力对你所做的功都一样吗?
学生计算并得出结论
答案: 等量 WG = mgh1 - mgh2
【第二场】探索重力势能
【第一步】探索重力势能的表达式
我们总结了重力做功的表达式:WG = mg△h = mgh1-mgh2
可见,mgh是一个具有特殊意义的物理量,初中时我们曾探究过重力势能与什么有关,mgh既与质量有关,又与高度有关,其特性与重力势能基本相同,我们称mgh为重力势能,表示为Ep=mgh。
学生活动:让学生回忆初中学到的重力势能与物体的质量和高度有关的知识。(此设计旨在让学生将初中和高中的知识联系起来,有助于学生接受新知识)
然后引入重力势能的变化:△Ep=mgh2-mgh1
【第二步】探索引力势能的相对性
想想吧
显示图片
问:怎样理解重力势能中的h?
经过讨论,有的同学回答了mgh1,有的同学回答了mgh(h1+h2),还有的同学回答了0。(设计意图是让学生认识到高度是相对的,所以重力也是相对的。)
(继续探索:)所以在确定物体的重力势能时,必须选择一个零参考平面:参考平面以上的势能为正;参考平面以下的势能为负。正势能大于负势能。
(1、参考平面:重力势能总是相对于某一水平面而言的,这个水平面叫做参考平面,在参考平面上,重力势能为0。
2.参考平面的选择:选择什么水平面作为参考平面,取决于研究问题的方便,通常选择地面作为参考平面。
学生认识到重力势能可以是正的也可以是负的,正负代表大小。(这是本节的难点)
【步骤3】势能被系统共享
问:重力势能是谁的?
学生会很自然地回答说是物体m。
问题:物体的重力势能表达式为“mgh”网校头条,其中mg是物体受到的重力。如果地球消失了,这种能量还会存在吗?由此可以得出什么结论?
学生恍然大悟:原来,重力势能是地球与物体组成的系统所共同拥有的。
(设计意图:设置问题,引发思维冲突,让学生不断思考、讨论,加深对问题的理解,突破本节的难点。激发学生科学探索的兴趣。)
【第三部分】生命中的重力势能
雅典奥运会男子69公斤级举重比赛中,中国选手张国政以抓举160公斤、挺举187.5公斤、总成绩347.5公斤的成绩夺得金牌。这也是中国代表团在本届奥运会上获得的第11枚金牌。张国政的制胜动作是挺举187.5公斤,杠铃举高约2米。
从重力势能的角度,我们该讨论举重运动员是比较矮还是比较高呢?
跳高形式的发展历史,从重力势能角度论述不同跳高动作的技术特点以及背越式跳高的优势。
随着人类能源消耗的快速增加,如何有效提高能源利用率是人类面临的重要课题。下图是上海“明珠线”轻轨车站的设计,连接站台的轨道坡度较小,请从提高能源利用效率的角度分析这种设计的优点。
课程总结
1、重力做功的特点:与路径无关,只与起点与终点的高度差有关WG = mg△h
2.重力势能:地球上物体与其高度有关的能量。Ep=mgh
3、重力所作的功与重力势能的变化关系:WG=-△Ep
重力做正功,重力势能减少
重力做负功,重力势能增加
4、重力势能是相对的,正负表示其大小。
一般不作说明,即以地面或题目中最低点所在的平面作为参考平面。
5. 势能是系统能量
重力势能教学的思考
因为初中我们已经学过重力势能(物体因被举起而具有的能量),所以这一节的主要任务就是完成从感性认识到理性认识、从定性到定量的转化。
1、视频导入:本课以一段鸡蛋威力的视频作为导入,极大的吸引了学生的注意力,让学生尽快将注意力转移到课堂上,也让学生对重力势能有了感性的认识。让学生通过自己的分析猜测重力势能的大小与哪些因素有关,激发学生的学习动机。学生看完视频后,知道了高空坠落的危险性,观看视频是学生进行安全教育的有效方式。
2.标准物理推导。这节课的重点是重力势能定义的推导,所以我们严格按照恒力做功公式推导重力所作的功,得到重力势能的定义。这是一个思维的过程,在教学过程中,学生要充分理解和体会。教师在这个环节的引导尤为重要,一定要到位。根据学生的基础,我改变了方式,让学生自己去课本上找结果,让他们自己总结重力所作功的特点。
3、体会无限近似、直线代曲线的科学方法。研究物体沿任意路径运动时引力所作的功,启发学生用无限近似、直线代曲线的极限方法推导出引力所作功的特征。一种科学方法需要学生多次体验,才能真正掌握。这种极限方法在新教材中多次出现,也是出于这个原因。
4、学以致用。物理来源于生活,又回到生活。生活中的物理场景中就有重力势能的应用。举重运动员的身高选择和北越式调高运动员的优势,上海“明珠线”轻轨站的设计,水力发电、潮汐发电都有重力势能的影子。让学生用眼睛去看,用大脑去思考,提出问题,解决问题。
课堂是学生学习的教室,学生的知识储备少,课堂参与度低。通常,学生上课看一段物理大师5分钟的视频,视频是从与课堂所学知识相关的电影中选取的,学生对这部分最感兴趣初中物理重力势能,学生会说:“物理大师,研究东西就是为了获得知识!”