7.4 重力势能
设计思路
《重力势能》一节新教材与旧教材相比有很大变化。教材首先从重力做功开始，讨论物体竖直向下运动、沿倾斜直线向下运动、以至物体沿任意路径向下运动几种情况的重力做功，利用极限思想，严格证明了重力对物体做功与路径无关。分析“mgh”是一个具有特殊意义的物理量，来定义重力势能。然后再分析重力势能的变化和重力做功的关系，再讲重力势能的相对性和系统性。这样将重力势能的讲法准确了，也加深了，思路比较清晰。
本节课内容既是重点又是难点，学生在一节课内不容易全面理解和掌握，教学中不宜追求多而全，可以在后续课程中逐渐理解与加深。
教学过程中可以多举身边的实际例子，由简单的现象如自由落体等进行分析，便于得出结论，学生也容易接受。
教法上教师应充分调动学生的思维，使学生始终处于学习的主体，激发探究意识和学习的积极性。
教学三维目标 1、知识与技能
（1）理解重力势能的概念，会用重力势能的定义进行计算；
（2）理解重力势能的变化和重力做功的关系，知道重力做功与路径无关； （3）知道重力势能的相对性和系统性。
2、过程与方法
（1）根据已有的知识，利用极限的思想证明重力做功与路径无关；
（2）根据功和能的关系，推导重力势能的表达式。使学生体会知识建立的方法。
3、情感态度与价值观：从对生活中有关的物理现象观察、对已有知识的掌握得到物理结论，激发和培养
学生探索自然规律的兴趣。
教学重点：重力做功与路径无关，重力势能的概念，重力势能的变化和重力做功的关系。 教学难点：重力势能的变化和重力做功的关系，重力势能的相对性和系统性。 教学内容：
第四节 重力势能
（一）引入新课
问题1：水力发电站是利用水来发电的，水是利用什么来发电的呢？高处的石头欲落下，你为什么害怕，急于要躲开呢？（物体由于被举高而具有重力势能。）
问题2：怎么样认识重力势能呢？
演示：粉笔在竖直方向上的运动。（引导学生分析粉笔上升和下降过程重力做功与重力势能的变化） 功与能是两个密切联系的物理量。物体的高度发生变化，重力势能发生变化，重力要做功。我们认识重力势能，不能脱离重力做功的研究。
（二）进行新课
本节课就从重力做功的研究入手，来认识重力势能。
1、重力做功
根据功的计算公式分别计算甲、乙、丙三种情况中小球由A到B过程中重力所做的功。
过程甲、乙结果为：Wmg=mgh=mgh1-mgh2
过程丙：物体沿任意路径向下运动情况，学生会感到困难。在分析过程中要体现出极限思想，主要强调的是科学方法。思路为：逐步提出问题，引发学生思考并逐步进行分析计算。 （1）物体沿曲线运动，就已有的知识，重力做功能求出吗？（不能）怎么办？
（2）想一想我们能够解决的是什么样的情况？（物体沿直线运动过程重力做功，可以根据过程甲乙的计算结果进行计算。）
（3）回忆前面学习过的方法，可不可以变曲为直呢，怎么变？（将整个路径分成许多很短的间隔） （4）怎么样来进一步计算重力的做功？（W=W1+ W2+ W3+…） 这一过程中，教师听取学生汇报，点评，解答学生可能提出的问题。
根据上面的分析，归纳总结出解决问题的方法是：把整个路径分成许多很短的间隔；由于每一段很小很小，都可以近似看作一段倾斜直线；分别求出物体通过每一小段倾斜直线时重力所做的功；物体通过整个路径时重力所做的功，等于重力在每小段上所做的功的代数和。先猜想以下结果可能是什么样的？有没有依据，
A A A h A3 A1 A2 h1 B 丙
△h1 △h2 △h3 h h1 h2 B 甲
B 乙
h2 还是一种感觉？然后再进行计算，自己检验你的猜想。结果：Wmg=mgh=mgh1-mgh2
结论：物体运动时，重力对它做的功只跟它的起点和终点的位置有关，而跟物体运动的路径无关。
2、重力势能
重力势能应该与那些量有关？如果轻重不同的石头从同一高度下来砸到脚上，感觉怎样？同一块石头从不同高度下来，砸到脚上，感觉又如何？分析出重力势能应该与重力、高度有关。
分析表达式：Wmg=mgh=mgh1-mgh2重力做功的大小等于物重跟起点高度的乘积mgh1与终点的mgh2两者之差，观察重力mg与所处位置的高度h的乘积“mgh”看出，（1）与重力做功密切相关；（2）随高度变化而变化，恰与势能的基本特征一致。这是一个具有特殊意义的物理量。
（1）定义：地球上的物体具有的和它的高度有关的能量，叫做重力势能。 （2）表达式：Ep=mgh 即物体的重力势能等于它所受重力与所处高度的乘积。 （3）重力势能为标量。
（4）单位：1J=1kg·m/s·m=1Nm
2
1 h
h1 2 h2 举例计算如图小球在1和2位置的重力势能。（m=10kg，h1=3m，h2=1m）
3、重力势能的变化和重力做功的关系
问题1：定性分析上图中小球从1→2和从2→1过程中，重力做功情况，重力势能变化情况？ 问题2：定量分析重力势能的变化和重力做功的关系？
结合上面的具体数值，计算重力势能的变化值，和重力做功的数值，首先建立一个数量上的概念。 分析：Wmg= mgh1-mgh2 式中：Wmg为重力做功；EP1=mgh1为初位置的重力势能；EP2=mgh2为末位置的重力势能。
重力势能的变化表示为：△EP= EP2- EP1 则： Wmg= —（EP2—EP1）= —△EP 问题3:小球沿光滑斜面下滑到底端，计算重力做功。
物理：7.4《重力势能》教案(新人教版必修2)
