重力勢能教學設計

摘要：本文簡單探究了重力勢能的教學設計，希望能對我們的物理教學帶來幫助。

關鍵詞：物理教學；重力勢能；教學設計

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2017）01-0085

一、教材分析

本節是人教版高一物理第七章第五節的內容，在此之前，學生已初步認識了處理動力學問題的兩個方向：1. 牛頓運動定律和運動學規律；2. 力做功與能量變化之間的關系。本節內容主要是從第二方面著手探究動力學問題，重點講述重力做功的特點、重力勢能及其相對性、重力勢能變化與重力做功的關系。

二、學生分析

1. 從認知能力上看，學生由感性認知向理性認知過渡；2. 從思維能力上看，學生由形象思維向抽象思維過渡；3. 重力勢能概念看似簡單實則復雜，學生是第一次接觸到能量的相對性，零勢能面等較為抽象的概念。

三、教學目標

1. 知識和技能。（1）理解重力勢能的概念，會用重力勢能的定義進行計算；（2）理解重力勢能變化和重力做功的關系，指導重力做功與路徑的關系；（3）知道重力勢能的相對性。

2. 過程與方法。（1）根據功能關系，推導出重力勢能的表達式；（2）學會從功能關系上解釋和分析物理現象。

3. 情感態度價值觀

滲透從對生活中有關物理現象的解釋，得到物理結論的方法，激發和培養學生探索自然規律的興趣。

4. 重難點

重點：理解重力做功的特點及重力勢能的概念。

難點：如何探究重力勢能的表達式和重力勢能的相對性

四、教學器材

板磚、筆記本，課件，每人一張學案

1. 教學方法

探究法、講授法、討論等基本教學方法

2. 教學過程

（1）新課引入

小游戲導入：讓學生接物體，先釋放一本筆記本，無壓力，再示意一塊磚將從相同高度釋放，比較學生前后兩次的不同反應。設問：為什么教師假裝要釋放磚頭的瞬間，學生將手迅速收回？追問，如果掉下來的是一個孩子，從10樓高掉下來，敢不敢接，介紹最美媽媽吳菊萍事件。引出物體由于被舉高而具有的能量叫重力勢能。重力勢能的大小與什么有關，如何定量表示呢？通過剛才的例子能否得出重力勢能的表達式？（得不出來，然后通過思考小孩的重力勢能是通過什么途徑釋放出來的？把問題引到重力做功的角度，通過重力做功來研究重力勢能）。

（2）新課教學

①探究重力做功的特點

讓學生在學案上獨立推導幾種情況下重力做的功。學生比較容易計算出物體沿豎直方向和傾斜直線兩種路徑從A 運動到 B 重力所做的功。但重力做功的路徑是曲線的問題不易解決。啟發學生可把一條曲線看作由很多小的直線組成，這樣把每小段直線上重力做的功累加起來就是整個過程中重力做的總功。

②探究重力勢能的表達式

通過剛才幾種不同情況下重力做功的結果，學生自己歸納分析得出結論：重力做功與路徑無關，只與物體初末狀態的高度差有關；重力做功的表達式是 WG=mgh1-mgh2，其中hl和h2表示物體所處位置的高度。

然后讓學生來講重力做功的特點（與路徑無關，與初末位置的高度有關）之后再展示重力做功的表達式WG=mgh1-mgh2，讓學生說mgh這個表達式有什么特點，跟剛才探究重力勢能表達式的時候對m和h的研究有什么關系，對重力勢能的釋放又有什么關系，從而得到mgh這個形式就是我們尋找的重力勢能的表達式。

③再研究重力勢能與重力做功的關系

再次展示重力做功的表達式WG=mgh1-mgh2，根據剛剛學過的mgh為重力勢能Ep，把這個重力做功的表達式改寫為WG=Ep1-Ep2，從而得出重力做功和重力勢能的變化的關系。然后通過例題來驗證重力做功與重力勢能之間是不是存在這樣的關系。

通過學生的做題，把重力做功與重力勢能變化的關系用表格來表示出，（由學生上來結合自己的解答過程和結果來講）

這一功能關系在今后的物理學習中特別是能量關系的學習中非常重要，但是以往學生對這個總是存有一定的疑惑，所以這節課上通過例題來率先驗證重力做功和重力勢能這兩者之間的關系，讓學生有個先入為主的正確的鋪墊。

④理解重力勢能的相對性

設問1：剛才上課使用的板磚，具有的重力勢能是多大？

然后給出如下的例題讓學生來計算：

例：板磚質量2kg，講臺桌高1.2m，磚距離桌面h=0.5m，我們教學樓每層樓高3m，求磚的重力勢能（g=10m/s2）。（我們處在n樓）

學生給出的答案大多數會是以地面為參考平面的，但是也有不是以地面的（這個沒關系，直接將可能的幾個答案寫在黑板上，讓學生來分析對錯。通過分析學生一般都會知道答案之所以不同是因為零高度的選取不一樣造成的）由此得到重力勢能的相對性。

設問2：如果教師選擇這個教室上面的樓面為參考平面，重力勢能又是多少呢？待學生算得重力勢能為負值時，問重力勢能的正負表示什么？由此得到重力勢能的正負表示重力勢能大小。

讓學生做例題（課后練習3），后由學生自己上來講解這個問題。

設問3：通過這個問題的研究，說說物體的高度、重力勢能、重力勢能的變化、重力做功與參考平面的選取有無關系？

（讓學生以這個題目為例，以表格中的數據為依據來說明。給學生機會來表達，發現學生都能夠說得很好。）

⑤理解重力勢能的系統性

設問4：重力勢能到底是誰擁有的？

許多學生會說是物體擁有的。這個問題其實可以直接用勢能的定義：相互作用的物體憑借其位置而具有的能量。若從這個角度來思考，重力勢能是物體與什么相互作用而產生（上接第85頁）的呢？只能是地球，也就自然而然地想到，重力勢能應該是地球和物體共同擁有的。由此，我們可以得到任何的勢能都應該是物體及系統共同擁有的而不是某一物體單獨擁有的，如之后我們會學到的電勢能、分子勢能等。

（3）課堂小結

最后給學生一個例題作為新知識應用。

例：舉重運動員把一個質量100kg杠鈴舉高2m，他克服杠鈴所受的重力做了多少功，杠鈴增加了多少重力勢能？（g取10m/s2）

本例題的作用有兩個：一是運用本節課所學的知識點解決實際問題，二是引出板書的特別意義。

這節課的板書設計是用知識點之間的關系圖來表示的。所以在進行課堂小結的時候對知識關系圖做一個完整的梳理就能夠比較形象而印象深刻的理解和記憶這堂課的知識點以及它們之間的關系。

3. 教學后記

（1）教學過程回顧及反思

在新課引入中，當筆記本掉下來的時候，學生是很自然地去接的，沒有任何的害怕，但當筆者打算要放板磚的時候，學生的心理變化就復雜的多了，先是打算接，然后猶豫了，之后就把手縮了回去索性不接了。從這里其實非常明顯地表現出了學生對于質量大高度高的物體下落后的預判：去接的后果會很嚴重。當問到如果掉下來的是小孩，是從10樓掉下來的時候，很多學生在思考了之后是表示害怕的，而當假設從10樓掉下來的是海棉枕頭的時候學生就輕松很多。這同樣是對質量大高度高物體的下落做出了“后果會很嚴重”的預判。這樣的引入就非常有效地激起了學生的興趣，提高了學生參與課堂的積極性；另外對于本節課內容的引入結果也非常明顯。

對于重力勢能與哪些因素有關，其實學生通過看書也是可以準確的回答出來的，但是這樣的答案對于喚起學生的課堂參與興趣和對知識的掌握是沒有多大幫助的，所以筆者想要通過小游戲，通過實際例子來增強學生的感官體驗，這對于激起學生進一步研究本節課內容的積極性有很大的幫助。

整個內容的思路其實就是圍繞著重力勢能與哪些因素有關這個引入的問題展開的，通過這個引入得到了重力做功的特點，然后就這個重力做功的表達式把重力做功問題講清楚，通過這個表達式把重力做功與重力勢能的關系講清楚，還是通過這個表達式把重力勢能的系統性也講清楚，這樣學生的注意力不容易被分散，整堂課內容比較集中，思路會比較清楚，便于學生思考、接受、理解。

從以往學生的掌握情況看，很多學生在重力做功和重力勢能變化關系上一開始總會理不清，這堂課以重力做功的表達式為中心往外輻射，對于學生解決這一頑疾有很大的幫助。學案設計的主旨也是以方便學生思考探索為出發點的，讓學生能夠更加清楚這一節課的內容、重點，理清線索，明確任務，提高學生的課堂學習效率，對內容的理解更加深刻。

作者簡介：蔣海炳，男，1983年10月出生，漢族，浙江省象山人，在象山縣第二中學擔任中學物理教師，一級教師，大本學士學位。

（作者單位：浙江省象山縣象山第二中學 315731）