重力势能教学设计

重力势能教学设计

蒋海炳

(作者单位：浙江省象山县象山第二中学315731)

摘要：本文简单探究了重力势能的教学设计，希望能对我们的物理教学带来帮助。

关键词：物理教学；重力势能；教学设计

一、教材分析

本节是人教版高一物理第七章第五节的内容，在此之前，学生已初步认识了处理动力学问题的两个方向：1.牛顿运动定律和运动学规律；2.力做功与能量变化之间的关系。本节内容主要是从第二方面着手探究动力学问题，重点讲述重力做功的特点、重力势能及其相对性、重力势能变化与重力做功的关系。

二、学生分析

1.从认知能力上看，学生由感性认知向理性认知过渡；2.从思维能力上看，学生由形象思维向抽象思维过渡；3.重力势能概念看似简单实则复杂，学生是第一次接触到能量的相对性，零势能面等较为抽象的概念。

三、教学目标

1.知识和技能。(1)理解重力势能的概念，会用重力势能的定义进行计算；(2)理解重力势能变化和重力做功的关系，指导重力做功与路径的关系；(3)知道重力势能的相对性。

2.过程与方法。(1)根据功能关系，推导出重力势能的表达式；(2)学会从功能关系上解释和分析物理现象。

3.情感态度价值观

渗透从对生活中有关物理现象的解释，得到物理结论的方法，激发和培养学生探索自然规律的兴趣。

4.重难点

重点：理解重力做功的特点及重力势能的概念。

难点：如何探究重力势能的表达式和重力势能的相对性

四、教学器材

板砖、笔记本，课件，每人一张学案

1.教学方法

探究法、讲授法、讨论等基本教学方法

2.教学过程

(1)新课引入

小游戏导入：让学生接物体，先释放一本笔记本，无压力，再示意一块砖将从相同高度释放，比较学生前后两次的不同反应。设问：为什么教师假装要释放砖头的瞬间，学生将手迅速收回？追问，如果掉下来的是一个孩子，从10楼高掉下来，敢不敢接，介绍最美妈妈吴菊萍事件。引出物体由于被举高而具有的能量叫重力势能。重力势能的大小与什么有关，如何定量表示呢？通过刚才的例子能否得出重力势能的表达式？(得不出来，然后通过思考小孩的重力势能是通过什么途径释放出来的？把问题引到重力做功的角度，通过重力做功来研究重力势能)。

(2)新课教学

①探究重力做功的特点

让学生在学案上独立推导几种情况下重力做的功。学生比较容易计算出物体沿竖直方向和倾斜直线两种路径从A运动到B重力所做的功。但重力做功的路径是曲线的问题不易解决。启发学生可把一条曲线看作由很多小的直线组成，这样把每小段直线上重力做的功累加起来就是整个过程中重力做的总功。

②探究重力势能的表达式

通过刚才几种不同情况下重力做功的结果，学生自己归纳分析得出结论：重力做功与路径无关，只与物体初末状态的高度差有关；重力做功的表达式是WG=mgh1-mgh2，其中hl和h2表示物体所处位置的高度。

然后让学生来讲重力做功的特点(与路径无关，与初末位置的高度有关)之后再展示重力做功的表达式WG=mgh1-mgh2，让学生说mgh这个表达式有什么特点，跟刚才探究重力势能表达式的时候对m和h的研究有什么关系，对重力势能的释放又有什么关系，从而得到mgh这个形式就是我们寻找的重力势能的表达式。

③再研究重力势能与重力做功的关系

再次展示重力做功的表达式WG=mgh1-mgh2，根据刚刚学过的mgh为重力势能Ep，把这个重力做功的表达式改写为WG=Ep1-Ep2，从而得出重力做功和重力势能的变化的关系。然后通过例题来验证重力做功与重力势能之间是不是存在这样的关系。

通过学生的做题，把重力做功与重力势能变化的关系用表格来表示出，(由学生上来结合自己的解答过程和结果来讲)

这一功能关系在今后的物理学习中特别是能量关系的学习中非常重要，但是以往学生对这个总是存有一定的疑惑，所以这节课上通过例题来率先验证重力做功和重力势能这两者之间的关系，让学生有个先入为主的正确的铺垫。

④理解重力势能的相对性

设问1：刚才上课使用的板砖，具有的重力势能是多大？

然后给出如下的例题让学生来计算：

例：板砖质量2kg，讲台桌高1.2m，砖距离桌面h=0.5m，我们教学楼每层楼高3m，求砖的重力势能(g=10m/s2)。(我们处在n楼)

学生给出的答案大多数会是以地面为参考平面的，但是也有不是以地面的(这个没关系，直接将可能的几个答案写在黑板上，让学生来分析对错。通过分析学生一般都会知道答案之所以不同是因为零高度的选取不一样造成的)由此得到重力势能的相对性。

设问2：如果教师选择这个教室上面的楼面为参考平面，重力势能又是多少呢？待学生算得重力势能为负值时，问，重力势能的正负表示什么？由此得到重力势能的正负表示重力势能大小。

让学生做例题(课后练习3)，后由学生自己上来讲解这个问题。

设问3：通过这个问题的研究，说说物体的高度、重力势能、重力势能的变化、重力做功与参考平面的选取有无关系？

(让学生以这个题目为例，以表格中的数据为依据来说明。给学生机会来表达，发现学生都能够说的很好。)

⑤理解重力势能的系统性

设问4：重力势能到底是谁拥有的？

许多学生会说是物体拥有的。这个问题其实可以直接用势能的定义：相互作用的物体凭借其位置而具有的能量。若从这个角度来思考，重力势能是物体与什么相互作用而产生的呢，只能是地球，也就自然而然的想到，重力势能应该是地球和物体共同拥有的。由此，我们可以得到任何的势能都应该是物体及系统共同拥有的而不是某一物体单独拥有的，如之后我们会学到的电势能、分子势能等。

(3)课堂小结

最后给学生一个例题作为新知识应用。

例：举重运动员把一个质量100kg杠铃举高2m，他克服杠铃所受的重力做了多少功，杠铃增加了多少重力势能？(g取10m／s?)

本例题的作用有两个，一是运用本节课所学的知识点解决实际问题，二是引出板书的特别意义。

这节课的板书设计是用知识点之间的关系图来表示的。所以在进行课堂小结的时候对知识关系图做一个完整的梳理就能够比较形象而印象深刻的理解和记忆这堂课的知识点以及它们之间的关系。

(下图为本堂课的主板书设计图)

3.教学后记

(1)教学过程回顾及反思

在新课引入中，当笔记本掉下来的时候，学生是很自然地去接的，没有任何的害怕，但当笔者打算要放板砖的时候，学生的心理变化就复杂的多了，先是打算接，然后犹豫了，之后就把手缩了回去索性不接了。从这里其实非常明显地表现出了学生对于质量大高度高的物体下落后的预判：去接的后果会很严重。当问到如果掉下来的是小孩，是从10楼掉下来的时候，很多学生在思考了之后是表示害怕的，而当假设从10楼掉下来的是海棉枕头的时候学生就轻松很多。这同样是对质量大高度高物体的下落做出了“后果会很严重”的预判。这样的引入就非常有效地激起了学生的兴趣，提高了学生参与课堂的积极性；另外对于本节课内容的引入结果也非常明显。

对于重力势能和哪些因素有关，其实学生通过看书也是可以准确的回答出来的，但是这样的答案对于唤起学生的课堂参与兴趣和对知识的掌握是没有多大帮助的，所以笔者想要通过小游戏，通过实际例子来增强学生的感官体验，这对于激起学生进一步研究本节课内容的积极性有很大的帮助。

整个内容的思路其实就是围绕着重力势能与哪些因素有关这个引入的问题展开的，通过这个引入得到了重力做功的特点，然后就这个重力做功的表达式把重力做功问题讲清楚，通过这个表达式把重力做功与重力势能的关系讲清楚，还是通过这个表达式把重力势能的系统性也讲清楚，这样学生的注意力不容易被分散，整堂课内容比较集中，思路会比较清楚，便于学生思考、接受、理解。

从以往学生的掌握情况看，很多学生在重力做功和重力势能变化关系上一开始总会理不清，这堂课以重力做功的表达式为中心往外辐射，对于学生解决这一顽疾有很大的帮助。学案设计的主旨也是以方便学生思考探索为出发点的，让学生能够更加清楚这一节课的内容、重点，理清线索，明确任务，提高学生的课堂学习效率，对内容的理解更加深刻。

作者简介：蒋海炳，男，1983.10，汉族，浙江省象山人，在象山县第二中学担任中学物理教师，一级教师，大本学士学位。