“重力势能”教学设计的创新，本文主要内容关键词为：势能论文,重力论文,教学设计论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
本教学设计教材是人教社普通高中课程标准实验教科书物理2必修第七章第四节。
一、教学目标
1.知识与技能
①理解重力势能的定义及定义式。
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，理解重力势能正负号的含义。
④能灵活应用重力势能公式计算重力势能。
2.过程与方法
①采用类似科学研究的方式，还原物理概念的构建过程，强调学生自主参与。通过讨论提问，培养学生独立思考，发现问题，解决问题的能力；
②在探究重力势能的过程中，发展逻辑思维能力，尝试运用物理原理和研究方法解决一些与生产和生活相关的实际问题，体验物理的价值。
3.情感、态度与价值观
①在探究过程中，通过讨论交流，培养团队合作精神；体验解决问题的成功喜悦。
②认识到学习科学知识不仅仅是为了认识自然，更在于能动地利用自然。
③通过一则公益广告，在知识的巩固过程中接受公民道德教育。
二、重点、难点分析
1.本节课重点是重力势能的概念及重力势能的应用。
2.本节课难点是如何探究重力势能的表达式。
三、教学方法
以启发式为指导思想，选择讲授法、问答法、讨论法等基本教学方法。
四、实验器材
铁架台、细线、装了水的乒乓球、质量为400g的铁球。
五、主要教学过程
1.新课引入
①小游戏：在讲台上放置一铁架台，用细线高高地挂上一乒乓球（为保证其能竖直下落，里面装满了水），让一个学生将脚放在乒乓球的正下方，教师剪断细线，乒乓球砸在学生脚上，学生若无其事。然后挂上重400g的铁球，学生在教师假装剪线的瞬间，将脚迅速收回……在活跃的课堂气氛中将学生带到重力势能的研究上来。
②引导学生回顾初中所学知识：重力势能跟物体的重力和高度都有关系；物体的重力越大，高度越大，重力势能就越大。
③设问：重力势能的大小与物体的重力大小和物体所处高度究竟有什么关系？
2.新课教学
（1）探究重力势能与物体重力和所处高度的定量关系，得出重力势能的表达式。
①通过启发达成共识：根据“功是能量转化的量度”，若要得到重力势能的表达式，必须研究某个力做的功。
②设问：究竟应该研究哪个力的功呢？（这个问题看似显然，但并非想当然）
引导学生定性对比各种力做功的特点，发现当物体高度发生变化时只有重力一定要做功；又因为重力做功与物体所受重力有关，所以我们似应研究重力做功，看是否能从中找到定量描述重力势能的一些信息。
③研究重力做功的特点：
首先，引导学生分别计算出物体沿竖直方向（见下页图1）和倾斜直线（见下页图2）两种路径从A点向下运动到B点的过程中重力所做的功。然后，启发学生运用“小量累加”的科学方法求出重力沿任一路径运动时重力所做的功（图3）。
归纳：研究物体通过上面三种不同路径重力所做的功，形成如下的表达式结论：
即重力做功与物体运动的具体路径无关，只与初末状态物体的高度差有关。
④对比重力势能与重力做功的特征，通过理论分析，得出重力势能的表达式。
为了寻找重力势能的表达式，我们试着去研究了重力的功，现在来看看我们是否已经找到了一些相关信息。一方面，重力的功有两个特点：大小与路径无关，而与初末位置的高度
、
及重力mg有关，即与之有关的两个因素恰恰也是决定重力势能大小的两个因素；另一方面，根据功是能量转化的量度，再结合表达式（I），mgh应该具有能量的意义，因此它应该就是我们要找的重力势能。
（2）研究重力势能的性质
①重力做功与重力势能变化的关系
带领学生结合表达式（I）总结出：重力做的功量度了重力势能的变化。即当物体的重力做正功时，重力势能减少；当物体克服重力做功时，重力势能增加。
②重力势能的相对性
（a）利用引入中的小游戏设计一道例题：
如图4所示，质量为0.4kg的小球，位于桌面以上=1.2m，的A点，桌面高=0.8m，求小球的重力势能。（g=10m/
）
设置这个认知冲突点（未选定参考面）的目的是让学生在应用表达式计算时，发现重力势能的不确定性。从而让学生深刻理解重力势能具有相对性，并通过进一步的讨论交流，认识到在计算重力势能时必须选择参考面。
（b）将例题引申：我们以桌面为参考平面，分别计算出小球在A点和落到地面上的B点时的重力势能。
学生在计算中发现重力势能的数值出现了正负的差异，即在参考面以上，重力势能为正；在参考面以下，重力势能为负。接着在教师的引导下，通过对比理解了重力势能正负的物理意义。
（c）将例题再次引申：若小球从A点下落到地面的B点，请分别以地面和桌面为参考面，求小球下落过程中重力势能的变化。
学生通过计算自主发现，对一个确定的过程，重力势能的变化与参考面的选择无关。
③重力势能的系统性
设问：在上面的例题中，假设没有重力的作用，小球的重力势能为多大？
学生通过思考容易认识到，重力势能是物体与地球组成的系统所共有的。
（3）小结
带领学生回忆：这节课我们通过探究得到了重力势能的表达式；知道了重力做功与物体的运动路径无关，只跟初末位置的高度差有关；知道了重力势能具有相对性，但对一个确定的过程，重力势能的改变却与参考面的选择无关。
（4）情感升华
①通过一组图片和视频给学生展示从雪崩、泥石流到攀岩、蹦极再到水力发电等等，让学生认识到：人们对重力势能有与生俱来的恐惧感，但是通过实践的逐步认识，逐渐变得乐于挑战这种能量，直到最终能动地利用这种能量！
②出示一则公益广告“一个鸡蛋的威力”：
一枚重30g的鸡蛋，从4楼抛下会让人起肿包；从8楼抛下就可以让人头破皮裂；从18楼抛下可以砸破行人的头骨；从25楼抛下可以使人当场死亡。
通过这枚小小鸡蛋威力的展示，使学生们在知识的巩固过程中进行积极的情感体验，认识到遵守社会公德的重要性，从我做起，从小事做起，禁止高空抛物。
（5）作业——课外探究
从重力势能的角度讨论在跳高运动中不同过竿动作的技术特点，分析背越式跳高的优点。
六、教学反思
1.重视科学探究过程
本节课让学生经历从提出问题→猜想→研究实践→结论的科学探究过程，通过经验与理性思维的碰撞，展现出了清晰的知识构建过程，避免了知识的简单给予与堆砌，使探究贯穿始终。
2.主线、辅线相得益彰
本节课的教学重点是重力势能概念的构建以及对重力势能的理解和应用，围绕这个目标开展教学是该课的一条清晰的主线。同时还有一条暗藏的辅线贯穿其中，那就是引题中的小游戏，这个简单、直观的模型一开始就呈现在学生的面前，而到了理解重力势能的概念时，它又被设计成一道例题，并通过两次引申的进一步探讨，让学生轻松认识了重力势能的性质。这条辅线将教学的各个环节连接成一个有机的整体，使教学进程清晰流畅，有效地促成了教学目标的顺利完成。
3.凸显“通过做功研究能量的思想”
能量的概念十分抽象而功的概念比较具体，也容易量度。在物理学中人们总是通过做功了解能量的变化，从而认识能量。这节课在探究重力势能表达式时再一次突出这个思想。这些科学思想的渗透，是“过程与方法”的重要组成部分。
4.再次体会无限逼近、以直代曲的科学方法
研究物体沿任意路径运动时重力做功，启发学生运用无限逼近，以直代曲的极限方法得出重力做功的特点。一种科学方法需要让学生多次体会，才能真正掌握。这种极限方法在新教科书上多次出现，也是出于这种考虑。
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