第七章机械能守恒定律备课人：李老师第四节重力势能本节教材分析本节讲述重力势能及其相对性，重力势能的变化以及与重力做功的关系.重力做正功时，重力势能减少，克服重力做功(重力做负功)时，重力势能增加，关于这个关系，由于与动能定理的表述不一致，学生往往不易理解，教学时最好能结合一些实例，从能量转化的角度分析，解开学生的困惑，例如可举在自由落体运动中，重力做正功，重力势能减少，同时由动能定理可知，动能增加.重力势能转化为动能，这样做，也可以为下一节讲解机械能守恒定律做好准备.教学目标一、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和系统性．二、能力目标会解答有关重力势能的一些问题三、德育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．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学方法分析归纳法、讲练法教学过程用投影片出示本节课的学习目标1.理解重力势能的概念，会用重力势能的定义式进行计算．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．学习目标完成过程：引入我们知道，物体由于被举高而具有重力势能。当物体的高度发生变化时，重力势能也将变化，同时必然伴随着重力做功。因此，重力势能与重力做功之间有着密切的关系。所以，研究重力势能，首先从研究重力做功开始。重力做功的特点重力做功有什么特点呢？重力是由于地球的吸引而使物体受到的力，其方向竖直向下，在地面附近其大小可看作恒量，G=mg。图5－253h2hh112如图5—25所示，质量为m的物体经三条不同的路径，从高度是h1的位置运动到高度是h2的位置。第一次物体竖直向下运动（图中路径1）：重力所做的功WG=mgh=mg(h1－h2)=mgh1－mgh2。第二次物体沿倾斜直线向下运动（图中路径2）：设倾斜直线与竖直方向成θ角，物体通过的距离为s，则重力所做的功WG=mgscosθ=mgh=mg(h1－h2)=mgh1－mgh2。第三次物体沿任意路径向下运动（图中路径3）：我们可以把整个路径分成许多很短的间隔，每一小段都可看成一段倾斜的直线，则重力所做的功=mgh=mg(h1－h2)=mgh1－mgh2。可见，物体运动时，重力对它做的功只跟它的起点和终点的位置（高度）有关，而跟物体运动的路径无关。一句话概括：重力和重力方向上的位移乘积就等于重力所做的功如何确定重力势能的表达式？我们来观察mgh这个物理量，会发现它和势能的特征很一致。什么是势能呢？由于物体之间存在相互作用力，并且由它们的相对位置决定的能就是势能。mg是物体和地球之间的相互作用力，h是物体和地球之间的相对距离，因此，我们把mgh这个物理量叫做重力势能。因此，物体的重力势能等于它所受重力与所处高度的乘积，即Ep=mgh。重力势能是状态量、标量由重力势能的定义可知，重力势能跟物体与地球的相对位置有关。物体的位置发生了变化，物体的重力势能也就发生变化，所以重力势能是状态量。重力势能的变化量与重力所做的功相对应，而重力的功是标量，重力势能当然也是标量，其单位与功的单位相同，都是焦耳。重力做功与重力势能变化的关系有了重力势能的表达式，我们就可以把上述重力所做的功的表达式写成WG=Ep1－Ep2。可见，当物体向下运动时，重力做正功，WG＞0，则Ep1＞Ep2，即重力势能减少，重力势能减少的数量等于重力所做的功；当物体向上运动时，重力做负功（物体克服重力做功），WG＜0，则Ep1＜Ep2，即重力势能增加，重力势能增加的数量等于克服重力所做的功。重力势能具有相对性如果计算放在桌子上的物体具有多大的重力势能，可能不同的人会得出不同的结果。这是因为，不同的人可能选择不同的水平面做参考。在选定的参考平面上的物体的重力势能就为0；物体在这个参考平面以上，重力势能就为某一正值；物体在这个参考平面以下，重力势能就为某一负值。对于放在桌子上的物体而言，如果以物体的重心所在的水平面为参考平面，该物体的重力势能就为0；如果以水平地面为参考平面，该物体的重力势能就为正值；如果以水平天花板为参考平面，该物体的重力势能就为负值。可见，由于重力势能的大小与参考平面的位置有关，而这个参考平面可以任意选取，所以重力势能具有相对性。重力势能参考平面的选取一般以解决问题时简便为原则，若无特别说明，通常以水平地面为参考平面。重力势能的变化与参考平面的选取无关尽管重力势能的数值会因参考平面选取的任意性而具有不确定性，但这并不会我们对问题的研究。这是因为在研究具体问题时，