重力势能

重力势能（通用9篇）

重力势能 篇1

　　一、教学目标

　　1.理解的概念：

　　(1)知道什么是重力势能，强调“势”的含义。

　　(2)通过做功与能量关系，得到重力势能公式ep＝mgh，知道在国际单位制中，势能的单位是焦耳(j)；势能是标量。

　　(3)了解重力势能的相对性及势能差的不变性。

　　2.掌握重力做功特点及重力做功与重力势能变化的关系，应用其解决相关问题。

　　3.知道弹性势能及其相关因素。

　　二、重点、难点分析

　　1.本节重点是重力势能的表达，重力做功与重力势能变化的关系。

　　2.对于势能这种潜在做功能力的理解：一旦做了功，势能就发挥出来而减少了。

　　3.要强调重力做功与重力势能变化的相反量的关系，这在初学时很容易发生错误，所以应作为难点强调。

　　三、教具

　　投影仪及幻灯片(主要用于把课上要举的例题和图打出，节约时间和黑板空间)。

　　四、主要教学过程

　　(一)引入新课

　　我们已知道运动的物体具有动能，那么静止的物体是否有能量？我们又是如何知道它是否具有能量的呢？

　　根据学生的回答引出新课内容。

　　(二)教学过程设计

　　1.重力势能

　　利用刚才学生举的例子说明，被举高的重物一旦下落就可以做功，表明处于一定高度的重物“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。

　　从重力势能的含义可以看出，它与物体的重力和高度有关，到底是什么关系呢？

　　2.重力势能公式

　　功是能量变化的量度，重力势能的变化也可用做功表示出来。例如，用一外力把一质量为m的物体匀速举高h，由于是匀速上升，物体的动能不变，外力举高物体做的功w＝mgh全部用于增加物体的重力势能。而此过程中克服重力做功亦为mgh，也就是克服重力做了多少功，就获得了多少重力势能。用ep表示势能，则处于高度h处的物体的重力势能为：

　　ep＝mgh

　　即重力势能等于物体重力与高度的乘积。

　　从势能公式的指导可以看出，它与功一样，在国际单位制中的单位也是焦耳(j)，而且也是标量。它是由物体所处的位置状态决定的，所以与动能一样是状态量。

　　如图1，请学生分别写出以桌面和地面为零点的小球的重力势能：ep1＝mgh1，ep2＝mg(h1+h2)，可以看出，结果是与零点选取有关的，因此在表达重力势能时，要指明势能零点的位置。再请学生写出两种零点选取情况下，小球落在桌面上和落在地面上时与初态的重力势能差：δep1＝-mgh1•δep2＝-mg(h1+h2)，这是与零点选取无关的。可见，不论我们如何选择参照系，对于一物理过程，重力势能的改变是一定的。我们今后的学习中，更多地是研究某物理过程中重力势能的变化，这时我们就可以适当选择参照系使问题简化，而不会影响结果。

　　3.重力做功与重力势能的变化关系

　　(1)重力做功的特点

　　如图2，让学生写出几种情况下，物体从a→c，重力做的功：

　　图a是物体由a做自由落体到b，再水平运动到c，容易得出此过程中，重力做功为mgh；图b是物体沿斜面由a滑到c，重力做功为：mgs•sinθ＝mgh；图c是物体沿曲面由a滑到c，可以把曲面看成很多段小斜面组成，利用图b的结论可以得出，重力做功也为mgh。教师还可从a到bc面画任意路径让学生求重力做功，可以看出结论都为mgh。让学生总结出规律。板书：

　　重力做功与路径无关，只与物体起点和终点位置的高度差有关。

　　提问：其他力(比如摩擦力)做功是否与路径有关？回答是肯定的。可见，重力做功的特点不能乱用，要视具体力而定。同时提醒学生，今后学习中还会遇到做功具这个特点的力，让学生在今后遇到新的力时注意这个问题。

　　(2)重力做功与重力势能的变化

　　教师将手中粉笔头竖直上抛，然后让学生分析其上升和下落过程中重力做功与重力势能的变化，如图3，可以看出，上升过程中，重力做功为-mgh，重力势能增加mgh；下落过程中，重力做功为mgh，重力势能减少mgh，(或称增加-mgh)，启发学生总结出如下结论：

　　重力做多少正功，重力势能就减少多少；重力做多少负功(或称克服重力做了多少功)，重力势能就增加多少。即重力做功等于重力势能的减少量。若用w。表示重力做功，ep1表示初态的重力势能，ep2表示末态的重力势能，则上述关系可表达为：(板书)

　　wg＝ep1-ep2＝δep。

　　提醒学生注意公式中两个势能的先后位置和δep前负号的意义(-δep指减少量)。

　　4.弹性势能

　　(1)什么是弹性势能

　　通过举例看出，发生弹性形变的物体，在恢复形变时能对外界做功，所以它也具有一种潜在的能量，称之为弹性势能。

　　(2)弹性势能与什么因素有关？

　　以弹簧为例，引导学生得出弹性势能随弹簧劲度系数和形变量增大而增大的结论。对基础好的学生，还可引导其利用弹力与形变关系的函数图象(如图4)，求出弹力的功，从而得出弹性势能的定量表达式：ep

　　5.例题讲解与讨论

　　例1.图5表示一个斜抛物体的运动，当物体由抛出位置1运动到最高位置2时，重力做功是多少？重力势能改变了多少？由位置2运动到跟位置1在同一水平面上的位置3时，重力做功和重力势能的变化是多少？由位置1运动到位置3呢？

　　解答：由位置1→2，重力做功-mgh，重力势能增大mgh；由位置2→3，重力做功mgh，重力势能减少mgh(增加-mgh)；由位置1→3，重力做功和势能变化均为零。

　　此例的目的是再次强化重力做功、重力势能的概念和计算

　　例2.如图6，光滑斜轨道下端与光滑圆周轨道相接。要使小球进入圆周轨道后能经过轨道最高点并不落下来，至少应使它从斜轨道上多高处由静止开始下滑？

　　解答：因所有轨道都光滑，所以小球运动过程中，只有重力做功，要使小球能经过轨道最高点而不下落，对小球此时速度有一下限，也就是此处动能有一下限，利用动能定理对小球从出发点到圆周轨道最高点的过程列式，有：

　　可以看出，利用重力做功的特点对全程列式可使问题大大简化。(可让分段列式同学提出自己的解答，然后比较优劣。)

　　例3.如图7所示，一物体质量m＝2kg，在倾角θ＝37°的斜面上的a点以初速度v0＝3m/s下滑。a点距弹簧上的挡板位置b的距离为ab＝4m，当物体到达b后，将弹簧压缩到c点，最大压缩量为bc＝0.2m，然后物体又被弹簧弹上去，弹到最高位置d点，d点距a点为ad＝3m。求：物体跟斜面间的动摩擦因数。(g取10m/s2，弹簧及挡板质量不计)

　　分析：此题一看上去似乎很繁，涉及到重力、弹力摩擦力做功的问题。其实认真分析一下就会发现，在物体从b→c又返回到b时，弹簧先做负功，又做了相等数量的正功。总功为零，即弹力功为零；而重力做功根据其特点，只考虑由a到d的高度差即可；摩擦力做功由于与路径有关，须认真计算物体在全程中的位移。可见，对不同性质的力做功要具体分析，才会既简化问题又避免发生错误。

　　利用动能定理对a→b→c→d全过程列式：

　　(三)课堂小结

　　1.对势能的含义和表达式予以必要重复。

　　2.对重力做功的特点和重力做功与重力势能变化关系予以强调。

　　3.回忆上节动能定理。结合本节知识，让学生课下思考：动能定理可变成什么其他形式？又有什么意义？为以后讲机械能守恒定律打下基础。

　　五、说明

　　1.不管是动能定理还是本节所讲的重力做功与重力势能变化的关系，都是过程量与状态量变化之间的关系。因此对过程分析和状态定位非常重要。教师应通过例题强调公式中每个符号的物理意义，不要把顺序搞错，以免给以后深入研究功能关系带来麻烦。

　　2.势能是一个较难理解的概念，学生在一节课内不易全面理解和掌握。因此本节没有给出有势力的概念，未通过有势力做功的特点来定义势能，而是直接给出定义和计算公式，这样是为了避免给学生造成理解困难，而淡化了本节的教学重点。可在今后学习中接触了更多势能概念如分子势能、电势能等时，再进一步总结势能特点，深入对它的理解。

　　3.关于势能是属于系统的讲解，由于课时所限，在本节提出也难免囫囵吞枣，因此也拟放在讲解机械能守恒定律时再深入讨论。本节先简略说成某物体具多少势能，但不要过分强调这一提法，以免以后纠正困难。

重力势能 篇2

　　一、教材分析

　　《重力势能》是人教版高中物理必修二第7章《机械能守恒定律》第4节课的内容，这节课通过分析重力做功的特点，推导得出了重力势能的表达式，并进一步讨论重力势能具有相对性及重力势能是物体与地球系统所共有；是后面学习机械能守恒定律的基础。

　　二、目标

　　1.知识目标：

　　(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.

　　2.能力目标：

　　用所学功的概念推导重力做功与路径的关系，亲身感受知识的建立过程.

　　3.情感、态度和价值观目标：

　　渗透从对生活中有关物理现象的观察，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.

　　三、教学重点难点

　　重点：重力势能的概念及重力做功跟物体重力势能改变的关系.

　　难点：重力势能的系统性和相对性.

　　四、学情分析

　　五、教学方法

　　1.实验探究：物体的势能和哪些因素有关。

　　2.学案导学：见后面的学案。

　　六、课前准备

　　1.学生的学习准备：预习重力势能一节

　　2.教师的教学准备：多媒体课件制作，制作学案

　　3.教学环境的设计和布置：教室

　　七、课时安排：

　　1课时

　　八、教学过程

　　（一）预习检查、总结疑惑

　　检查落实学生的预习情况并了解了学生的疑惑，使教学具有了针对性。

　　（二）情景导入、展示目标。

　　教师提出问题：打桩机的重锤从高处落下时，可以把水泥桩打进地里，为什么

　　学生回答：重锤具有重力势能.?

　　教师继续提问：那么什么是重力势能

　　学生回答：物体由于被举高而具有的能量叫重力势能.?

　　演示实验：?

　　在一个透明的玻璃容器内装上沙子.?

　　实验一：用一个铁球从不同高度释放，观察铁球落在沙子中的深度.?

　　实验二：用大小不同的两个铁球从同一高度释放，观察铁球落在沙子中的深度.?

　　学生回答观察到的现象：?

　　在实验一中，铁球的释放高度越大，铁球落在沙子中的深度越大.?

　　在实验二中，质量大的铁球落在沙子中的深度大.?

　　教师：通过上述演示，我们可以定性得到：重力势能跟物体的质量和高度都有关系，且物体的质量越大，高度越大，重力势能就越大.?

　　引入：那么，怎样定量地表示重力势能呢

　　设计意图：步步导入，吸引学生的注意力，明确学习目标。

　　（三）合作探究、精讲点拨。

　　1.重力势能?

　　教师设置问题：

　　（1）把一个质量为m的物体竖直向上抛出，在它上升和下落的过程中，重力分别做什么功?重力势能如何变化

　　（2）前边我们学过了功和能之间的关系，我们知道力对物体做了多少功，物体的能量就将变化多少，那么同学们认为重力所做的功与物体重力势能的变化之间有什么关系

　　学生：重力所做的功等于物体重力势能的变化.?

　　分析实例：?

　　用投影片出示问题：?

　　质量为m的物体从高度为h1的A点下落到高度为h2的B点，重力所做的功为多少

　　学生求解得到：重力所做的功为：WG＝mgΔh＝mg（h1－h2）?

　　教师指出：前边我们结合功和能的关系分析得到重力所做的功等于物体重力势能的变化，而我们经过推导又得到重力所做的功等于mgh这个量的变化，所以在物理学中就用mgh这个式子来表示物体的重力势能.?

　　板书：EP＝mgh

　　推导重力势能的单位：?

　　1kg?m/s2?m＝1N?m＝1J

　　重力势能是标量?

　　（3）教师指导学生推导重力做功与重力势能变化之间的关系进行讨论：?

　　当物体由高处运动到低处时，h1>h2，WG>0 ∴

　　当物体由低处运动到高处时，h10，即Ep1>Ep2，这说明，重力做功，重力势能Ep减少，减少的值等于重力所做的功。同理，当物体上升时，重力做负功﹣mgh，重力势能Ep增加的值等于重力所做的功。要注意的是，重力做负功也可以说成物体克服重力做功，重力做功是重力势能变化的量度。

　　即：重力做正功，重力势能减少；重力做负功，重力势能增加。重力势能的变化量与重力做的功数值相等。

　　练习：

　　1.一实心铁球和一实心木球质量相等，将它们放在同一水平面上，下列说法正确的是。

　　A.铁球的重力势能大于木球重力势能

　　B.铁球的重力势能等于木球重力势能

　　C.铁球的重力势能小于木球重力势能

　　D.上述三种情况都有可能

　　答案：D

　　2.下列说法正确的是。

　　A.物体克服重力做功，物体的重力势能增加

　　B.物体克服重力做功，物体的重力势能减少

　　C.重力对物体做正功，物体的重力势能增加

　　D.重力对物体做负功，物体的重力势能减少

　　答案：A

　　3.物体在运动过程中，克服重力做功50J，则。

　　A.物体的重力势能一定为50JB.物体的重力势能一定增加50J

　　C.物体的重力势能一定减少50JD.物体的重力势能可能不变

　　答案：B

　　（三）重力势能的相对性

　　教师提出问题：将一个质量为5kg的铁球放在4楼一张1.5m高的桌子上，已知每层楼的高度均为2.5m，求铁球的重力势能。

　　要求学生分组计算，让各小组代表自由表述自己的计算结果，教师暂不作评价。预测学生的计算情况，在高度的数值代入上有不同的意见，出现计算上的矛盾，此时，教师引导学生感受由于参考面的选取不同，给计算造成了不便，无法计算。因为没有说明物体的高度是以什么位置为零高度。

　　请学生分别写出上图中以B和地面C为零点的物体的重力势能：Ep1=mgh1，Ep2=mg（h1+h2）（h1=AB，h2=BC）。

　　总结：1.重力势能具有相对性，是与零点选取有关的，因此在表达重力势能时，要指明势能零点的位置。我们把重力势能为零的水平面叫做零势能面。通常以水平地面为零势能面。

　　2.对选定的参考平面而言，在参考平面上方的物体，高度是正值，重力势能也是正值；在参考平面下方的物体，高度是负值，重力势能也是负值。物体具有负的重力势能，表示物体在该位置具有的重力势能比在参考平面上具有的重力势能要少。

　　自主学习：学生分别写出以B和地面C为零势能面情况下，物体落在B和落在地面C上时与初态的重力势能差：ΔEp1=-mgh1，ΔEp2=-mg（h1+h2），这是与零点选取无关的。

　　师生总结：不论我们如何选择参考系，对于一物理过程，重力势能的改变是一定的，即物体重力势能的变化与参考系的选取没有关系。我们今后的学习中，更多地是研究某物理过程中重力势能的变化，这时我们就可以适当选择参考系使问题简化，而不会影响结果。

　　练习：

　　1.将同一物体分两次举高，每次举高的高度相同，则。

　　A.不论选取什么参考平面，两种情况中，物体重力势能的增加量相同

　　B.不论选取什么参考平面，两种情况中，物体最后的重力势能相等

　　C.不同的参考平面，两种情况中，重力做功不等

　　D.不同的参考平面，两种情况中，重力最后的重力势能肯定不等

　　答案：A

　　2.井深8m，井上支架高2m，在支架上用一根长3m的绳子系住一个重100N的物体，若以地面为参考平面，则物体的重力势能有；若以井底面为参考平面，则物体的重力势能是。

　　答案：－100J700J

　　（四）势能是系统所共有的

　　教师：请同学们阅读教材P66“势能是系统所共有的”部分，思考讨论势能的系统性。

　　学生：阅读、讨论并理解。

　　教师总结：质量是物体的固有属性，而重力的施力物体是地球；没有物体，谈不上重力势能；没有地球施加重力，重力势能也就不复存在。重力势能是物体跟地球组成的系统所共有的，而不是物体单独具有的。

　　三、课堂小结

　　本课主要学习了以下内容：

　　1.势能由物体间的相互作用而产生，由它们的相对位置而决定。

　　2.势能是标量，单位是焦耳。

　　3.重力对物体所做的功与物体的运动路径无关，只跟物体运动的始、末位置有关，重力所做的功等于物体始、末位置的重力势能之差。

　　4.重力势能是地球和地面上的物体共同具有的，一个物体的重力势能的大小与参考平面的选取有关。

　　四、课堂训练

　　1.关于重力势能，下列说法正确的是。

　　A.重力势能的大小只由重物本身决定

　　B.重力势能恒大于零

　　C.在地面上的物体具有的重力势能一定等于零

　　D.重力势能实际上是物体和地球所共有的

　　2.关于重力势能与重力做功，下列说法正确的是。

　　A.物体克服重力做的功等于重力势能的增加

　　B.在同一高度，将物体以初速v0向不同的方向抛出，从抛出到落地过程中，重力做的功相等，物体所减少的重力势能一定相等

　　C.重力势能等于零的物体，不可能对别的物体做功

　　D.用手托住一个物体匀速上举时，手的支持力做的功等于克服重力的功与物体所增加的重力势能之和

　　3.关于重力势能的几种理解，下列说法正确的是。

　　A.重力对物体做正功时，物体的重力势能减小

　　B.放在地面上的物体，它的重力势能一定等于零

　　C.在不同高度将某一物体抛出，落地时重力势能相等

　　D.相对不同的参考平面，物体具有不同数值的重力势能，但并不影响有关重力势能问题

　　4.将一个物体由A移至B，重力做功。

　　A.与运动过程中是否存在阻力有关

　　B.与物体沿直线或曲线运动有关

　　C.与物体是做加速、减速或匀速运动有关

　　D.与物体初、末位置高度差有关

　　5.一质量为1kg的物体，位于离地面高1.5m处，比天花板低2.5m。以地面为零势能位置时，物体的重力势能等于__J；以天花板为零势能位置时，物体的重力势能等于____J（g取10m/s2）

　　6.甲、乙两物体，质量大小关系为m甲=5m乙，从很高的同一高度处自由下落2s，重力做功之比为_____，对地面而言的重力势能之比为_____。

　　三、计算题

　　7.如图所示，一条铁链长为2m，质量为10kg，放在水平地面上，拿住一端提起铁链直到铁链全部离开地面的瞬间，物体克服重力做功为多少？物体的重力势能变化了多少？

　　答案：

　　1.D2.AB3.ACD4.D5.15﹣256.5:15:1

　　7.在这个过程中铁链重心上升了h=1m，所以，克服重力做功为：=100J，重力势能增加了100J。

　　五、布置作业

　　教材P66、67问题与练习第2、3题。

重力势能 篇3

　　教学目标

　　一、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。

　　二、过程与方法

　　用所学功的概念推导重力做功与路径的关系，亲身感受知识的建立过程。

　　三、情感、态度与价值观

　　渗透从对生活中有关物理现象的观察，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。

　　教学重点

　　重力势能的概念及重力做功跟物体重力势能改变的关系。

　　教学难点

　　重力势能的系统性和相对性。

　　教具

　　铁球、多媒体、课件等。

　　教学过程

　　一、导入新课

　　20xx年9月21日上午，俄罗斯高加索北奥塞梯地区的一个村庄发生雪崩，造成至少100人失踪，如左图所示。

　　右图是美国内华达州亚利桑那陨石坑。这个陨石坑是5万年前，一颗直径约为30—50米的铁质流星撞击地面的结果。据说，坑中可以安放下20个足球场，四周的看台则能容纳200多万观众。

　　参考问题：1.我们看到一个冰天雪地、广袤无垠的银色世界，它带给人们的是圣洁、平和、宁静的感受，一种心灵的洗涤。但是一旦大量积雪从高处滑下形成雪崩，一面面白茫茫的雪墙排山倒海而来，你将感受到大雪崩所带来最令人惊心动魄的白色恐惧，将对人们的生命与财产带来灾难……为什么这么漂亮的雪花有如此大的破坏力？发生的雪崩为什么具有这么大的能量？

　　2.通过美国内华达州亚利桑那的陨石坑现象，你能说出这么大的能量与哪些因素有关？

　　二、新课教学

　　（一）重力的功

　　教师：重力做功与什么因素有关呢？我们现在就通过几个例子来探究一下。

　　（多媒体投影教材上的图7.4-1、图7.4-2、图7.4-3，让学生独立推导这几种情况下重力做的功）

　　教师：比较容易做的是哪一个问题？

　　学生：第一个和第二个问题。

　　教师：为什么这两个问题容易研究呢？

　　学生：因为这两个问题中物体运动的路径是直线，所以在研究重力做功的问题上比较容易研究。

　　教师：那么这两个问题的答案是什么呢？

　　学生：第一个问题中WG＝mgh=mghl－mgh2，第二个问题中WG=mglcosθ=mgh＝mgh1－mgh2，和第一个问题中所求出的答案相同。

　　教师：我们大胆猜想一下，第三个图中重力做的功和前两个是否相等呢？

　　学生：可能是相等的。

　　教师：我们来验证一下我们的猜想，第三个图的困难在哪里？

　　学生：力做功的路径是曲线。

　　教师：我们怎样突破这个难点呢？曲线问题不容易解决，我们可以把这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合起来就是整个过程中重力做的总功。在第三种情况下重力做的功和前两种情况中重力做的功相同。

　　教师：我们可以得到什么样的结论？

　　学生：重力做功与路径无关，与物体的初末位置有关，具体的表达式是WG=mgh1－mgh2，其中hl和h2表示物体所处位置的高度，可见物体的重力mg与它所在位置的高度h的乘积“mgh”是一个具有特殊意义的物理量。

　　教师总结并板书：物体运动时，重力对它做的功只跟它的起点和终点位置有关，而跟物体运动的路径无关。

　　练习：

　　1.如图所示，某物块分别沿三条不同的轨道由离地高h的A点滑到同一水平面上，轨道1、2是光滑的，轨道3是粗