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ID号:4496
标题:势能
频道:高中教案
栏目:高中物理教案
属性:
作者:yuzhou
来源:旧版导入
点击:
编辑:管理员
时间:2006-12-4 |
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势能 |
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作者：yuzhou 文章来源：旧版导入 点击数： 更新时间：2006-12-4  |
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教学目标：
1． 知识与技能: a. 知道什么是重力势能，什么是弹性势能。
b. 重力势能的表达式及其特点。
c. 会区别重力势能和重力做功。
2． 过程与方法：结合生活中的实例，了解重力势能的特点。对重力势能形成一个基本的概念。
3． 情感与态度：培养学生
教学难点：
1. 重力势能的相对性。
2. 零势能面的概念。
3. 重力势能与重力做功的区别。
课时：1课时
教学方法：
多媒体演示
教学过程：
一、 势能
[引入]弓被拉开，箭在弦上，这支箭有被射出的趋势；挂在枝头的苹果，有往下掉的趋势。
如果把原本拉住弓弦的手松开，箭会射出，也就是具有了动能。
如果树枝折断，苹果落下，苹果也在下落的过程中动能越来越大。
以上两个例子，原本物体都处于静止状态，随后由于弓弦对箭做功，地球引力对苹果做功，使他们具有了动能。
[概念] 其实这两个物体静止时就存储着某种能量，使它们想运动但是又由于某些力的束缚而无法运动。这个能量也是机械能的一种。我们称之为势能。势能又分为两种：弹性势能和重力势能。
二、 弹性势能
[概念] 由于弓弦发生弹性形变而具有的势能我们就称之为弹性势能。而发生形变的弦将对箭做功。
[学生活动]大家看屏幕上（A）（B）两个图，分别是什么物体具有弹性势能，它将对什么物体做功吗？
[学生活动] 大家还能举一些关于弹性势能的例子吗？
[概念] 势能是标量，它只有大小没有方向。这一点同动能是一样的。我们以弹簧为例，那么大家觉得势能的大小可能与什么有关呢？
[学生回答] （引导学生得出答案）1. 弹簧的形变量；2. 弹簧的弹性系数。
三、重力势能
1. 重力势能概念
[学生活动]研究完弓弦，我们来接着研究苹果。大家都知道一个关于牛顿和苹果的故事吧？谁来给大家介绍一下？
[概念引入]显然挂在树枝上的苹果也具有某种能量，只不过树枝的支持力束缚了苹果使它不掉下来。不然牛顿的脑袋也就不会那么痛了。
[概念]这个能量我们称之为重力势能。受重力作用的苹果，由于被高举而具有的能量我们称之为重力势能。
重力势能我们用Ep表示。
Ep = mgh
m示物体的质量；g是重力加速度；h为物体重心到零势能面的高度。
2．重力势能具有相对性
[举例]（1）. 一个质量为m的乒乓球在高为H的十楼房间内。乒乓球距离十楼楼板h的位置自由下落。另一个相同的乒乓球在距离地面h高处自由下落。那么这一点两个乒乓球落在地板上的效果是否相同呢？（相同）
它们具有的势能相同吗？
（2）. 我使这个乒乓球从十楼自由落体运动到地面，与从一楼自由下落。它们落到地面的位置效果显然是不相同的。难道它们具有的势能又不相同了吗？
[概念]这就取决与零势能面了。
重力势能是相对于某一水平面而言的，将这个水平面的重力势能取作零。这个平面叫做零势能面。
C. 当我们以地面，即平面C为零势能面时：
Ep = mgH Ep’ = mgh
B. 当我们以十楼楼板，即平面B为零势能面时：
Ep = mgh Ep’ = -mg(H-2h)
A. （学生）以A为零势能面计算一下，两个乒乓球具有的势能分别为多少？
Ep = mgh Ep’= -mgH
以上计算后我们发现，取了不同的零势能面后，物体所具有的势能是不同的。
但是，我们来计算一下Ep 与 Ep’ 的势能差会发现，对于同一零势能面的
△Ep = Ep – Ep’的数值是相同的。
C. △Ep = mgH-(mgh)= mg(H-h)
B. △Ep = mgh-[-mg(H-h)]= mg(H-h)
A. △Ep = -mgh-（-mgH）= mg(H-h)
[概念]因此，重力势能是相对的，所选的零势能面不同，重力势能的值是不同的。但两点间的势能差是绝对的。自取决于两点间的高度差。与零势能面无关。
四．重力做功
[过渡]刚才我们研究了重力势能，乒乓球悬在高处具有重力势能。然后自由落下，在下落的过程中，乒乓球受到重力作用，重力对乒乓球做功。
[学生活动]现在我们来看一下这三种情况：
(A) (B) (C)
以上三种情况重力分别做了多少功？
Wa = Wb = Wc
我们去地面为零势能面，小球在原本的h高处具有势能mgh，当释放小球后，竖直方向的重力对小球做功。并使其势能减少。小球从h高处开始运动到地面，竖直方向位移为h。因此重力在这三种情况下做功是相等的。均为 W = mgh
[概念]因此重力做功只与高度差有关，与路径无关。
我们要把重力做功与重力势能区分开。尽管它们之间存在联系。但这是两个完全不同的物理量。
[练习]
如图（1），从A运动到B，位移方向与重力方向相同。
W=Fs=Gs=mg(h2-h1)
重力对物体做正功，重力势能减少。
如图（2），从B运动到A，位移方向与重力方向相反。即重力与位移方向成180度。
W=Fscos1800= - Gs=- mg(h2-h1)
重力对物体做负功，重力势能减少。
[小结]
1、 物体因发生弹性形变而具有势能称为弹性势能
2、 弹簧的弹性势能的影响因素：
(1)弹簧被压缩或拉伸的形变越大，其弹性势能越大。
(2)不同弹簧的劲度系数不同，相同形变的弹性势能也不同。
3、 重力势能：受重力作用的物体由于被举高而具有的能。
4、 表达式：Ep=mgh。（h为物体重心到参考面的高度）
5、 单位：焦耳（J）。重力势能是标量。
6、 正负含义：重力势能是标量，是状态量，其负号仅表示相对大小。
正值：位于参考平面以上的物体的势能，Ep＞0
负值：位于参考平面以下的物体的势能，Ep＜0
7、 相对性：重力势能是相对的，所选的零势能面不同，重力势能的值是不同的，但两点间的势能差是绝对的，只取决于两点间的高度差，与零势能面的选取无关。
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