高中物理第4章能量守恒与可持续发展4.1势能的变化与机械功教案沪科版必修2(I)

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1、4.1势能的变化与机械功教研中心教学指导一、课标要求1.理解重力势能的概念，根据功和能的关系，推导出重力势能的表达式，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.学会从功和能的关系上解释和分析物理现象.4.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.二、教学建议教学中应先复习初中学过的有关重力势能的概念，明确重力势能的大小跟物体的质量和相对地面的高度有关，在此基础上提出物体重力势能的大小跟重力和高度是什么关系的问题，启发学生从功是能量转化的量度去思考，

2、接着推导质量为m的物体从高度h1处落到h2处重力做的功.WG=mgΔh=mgh1-mgh2式中WG为重力做的功，重力做功结果使物体所处的高度发生变化，反映了物体重力势能的变化，可见重力势能的大小可用物体的质量和所处的高度来量度，其计算式为Ep=mgh.1.重力势能的相对性和参考平面教材从公式Ep=mgh出发，指出高度h是相对的，所以重力势能也是相对的.参考平面的选择是任意的，一般要从研究问题的方便出发来选择.但是由于教材不要求知道重力势能的正、负，所以，通常取研究问题中最低处的水平面为参考平面.2.重力做功和重力势能改变的关系由重力势能计算公式的

3、引出实际上已推导出重力做功和重力势能变化的关系，利用上式应说明重力做正功，物体重力势能减少，重力做负功（或物体克服重力做功）物体重力势能增加，用公式表示为WG=Ep1-Ep2教学中应引导学生，讨论上式的物理意义，避免学生死记公式，不会灵活应用.3.重力做功与路径无关教材在正文提到了重力做功与路径无关，只与起点和终点的位置有关的结论.为加深对这个结论的理解,教学中可通过如图所示的实验来实现.让物体从A点到B点和C点的不同路径，计算重力做的功，物体沿曲线从A点到C点的情况没有推导，而是直接给出，最后得出结论：重力的总功等于起点和终点的重力势能的差，而

4、与运动的具体路径无关.而且要让学生知道不是所有力都有这个特点，在学过的力中，重力、弹簧的弹力有这样的特点，以后要学到的电场力、分子力等也有这样的特点.4.弹性势能教材中对弹性势能要求不高，可在复习初中有关弹性势能的概念的基础上，通过实例说明弹簧的弹性势能的大小跟弹簧的劲度系数和弹簧形变的大小有关，不要求给出Ep=kx2的计算公式.资源参考浅议能量最低原理高中化学曾讲到能量最低原理：在不违背泡利原理的情况下，核外电子总是尽先排布在能量最低的轨道上.在能量最低的轨道上，电子处于稳定状态.分析众多事例，能量最低原理实质上是势能最低原理，即若物体（系）具

5、有势能，则当势能最低时，其状态是稳定的.推论：物体系的稳定状况与系统的势能相关，势能越小则状态越稳定.势能是一种什么能呢？我们可以这样表述：物体系由于其中各物体间有保守力（万有引力、弹力、电场力等）相互作用而具有的、由它们的相对位置决定的能叫势能.换言之，势能是物体系内物体由于受某种保守力作用而具有运动趋势时所具有的能，这种能取决于物体的位置.势能的改变量取决于运动过程的始、末位置，而与路径无关.取不同的零势能点时，同一状态的势能可以有不同数值.物体运动的趋势局限于一定的范围，这个范围由物体所处状态到势能最低状态（稳定）所需经历的空间决定，不取决

6、于物体在该状态时的受力情况及可能的加速度.允许物体运动的范围越大，势能也越大.这样我们就认识到，能量最低原理不仅局限于核外电子排布，而应具有更普遍的意义.在任何保守力作用的物体系中，物体在无其他外力作用时，总是向势能减少的方向变化，即总是自发地、必然地趋于稳定.这样的例子很多.如：树枝上的苹果离开树枝后总是向地面坠下，而不是背离地面升上天空.流星体进入地球引力场后受地球引力作用向地球加速运动.这些都是引力势能减少而趋于能量最低的稳定状态.形变后的弹簧在去除外力后总是在弹性回复力作用下运动，使形变减小——势能减少，最终恢复原状——势能最小——稳定状

7、态.由两个点电荷组成的系统中，同种电荷总是趋向远离，异种电荷总是趋向接近，即常说的“同种电荷相斥，异种电荷相吸”，从势能的角度看，这样就使系统的电势能减少，系统趋于稳定.在有两种保守力作用的系统中，物体兼有两种势能时，势能最低原理仍然是适用的.如：一个质量不计的弹簧，其劲度系数为k，上端固定，下端系一重物，如图所示.当物体处于平衡状态时，kx=mg.我们来证明此时总势能为最小值.设弹簧伸长量为x，当x=0时，弹性势能EpT=0，重力势能EpG=0.当弹簧伸长量为x时，总势能为E=EpT+EpG=kx2+(-mgx),显然，E是x的二次函数.求E对

8、x的一阶导数并令之为0：=kx-mg=0,可知当kx=mg时，总势能有极值.求E对x的二阶导数：=k＞0,可知当kx=mg时，势能为极小