◆第一層次：探究EP=mgh
▲程序一：提出問題：重力勢能的大小與什么因素有關(guān)？（教師引導(dǎo)：如果我們要進(jìn)一步對重力勢能定量的研究，你需要解決什么問題）
▲程序二：建立假設(shè)
師：同學(xué)們可以根據(jù)已有的知識和經(jīng)驗，大膽提出自己的假設(shè)，并且說明你的理由。
生：高度有關(guān)。 = 1 \* GB3 ①由定義：地球上的物體由于處于一定的高度而具有的能量，我們把這種能量叫做重力勢能。 = 2 \* GB3 ②例如，放在地面上的石頭沒有殺傷力，一旦從較高處落下，就會很危險；一個杠鈴放在你的腳邊，你一定不覺得什么？但是如果把它懸掛在你的頭頂之上，那一定會讓你如坐針氈?！敖垢呖諕佄铩?；高層建筑在施工時必須有“工程防護網(wǎng)”等。（滲透社會公德教育：預(yù)防高空墜物的危險）
生： = 1 \* GB3 ①與物體的質(zhì)量（重力）有關(guān)。如果懸掛在頭頂之上的是一團棉花，不是杠鈴，就不會覺得可怕。 = 2 \* GB3 ②如果你的頭頂電線下懸掛的不是日光燈，而是200千克的杠鈴，你有何感受？
生：與質(zhì)量和高度都有關(guān)系。 …..（教師做好對學(xué)生的即時性評價）
▲程序三：檢驗假設(shè)
= 1 \* GB3 ①實驗定性檢驗
出示實驗器材：塑料桶、報紙（蒙上塑料桶口）、大小相同而質(zhì)量不同的兩個小球。以報紙是否被小球擊破來體現(xiàn)勢能的大小。這樣實驗效果明顯，可見度大。
教師演示，要求通過3個實驗步驟，能夠科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼f明重力勢能的大小與質(zhì)量和高度之間的定性關(guān)系。
[教師引導(dǎo)]前面我們已學(xué)過，物體所具有能量越大，對外做功的本領(lǐng)就越強。
h
m
圖1
圖2
h
m
得到：同一高度的物體：質(zhì)量越大，重力勢能越大；
質(zhì)量相同的物體：高度越高，重力勢能越大。
= 2 \* GB3 ②理論定量推導(dǎo)
師：功是能量變化的量度，我們可否通過“力做了多少功，從而使重力勢能發(fā)生多少變化”的角度，來定量推導(dǎo)重力勢能的表達(dá)式。
問題：你能設(shè)計一個物理過程來從理論上定量推導(dǎo)重力勢能與重力mg和高度h的關(guān)系？
學(xué)生討論、設(shè)計物理過程，并發(fā)表自己的設(shè)想。
可能的設(shè)想：（教師可隨手演示）
如圖1，小球做自由落體運動，由動能定理mgh= ;由“能量守恒與轉(zhuǎn)化思想”（動能由重力勢能轉(zhuǎn)化而來）重力勢能等于動能即EP=，所以EP=mgh
如圖2，將物體豎直向上勻速抬高h(yuǎn)，由平衡條件F=mg ；則F做功為WF=Fh=mgh;
由功能關(guān)系得到：EP=WF=Fh=mgh
▲程序四：得出結(jié)論：EP=mgh
◆第二層次：理解EP=mgh
主要采取講授式
①標(biāo)矢性：標(biāo)量 ②單位：焦耳（J）
③相對性：Ep與參考平面（零勢能面）的選擇有關(guān)
④系統(tǒng)性：重力勢能為地球與物體所共有的，重力勢能具有系統(tǒng)性。為了敘述方便，可以說成是某一物體的重力勢能。
[相對性的教學(xué)]
?出示：2005年我國公布世界第一高峰--珠穆朗瑪峰海拔高度的最新測量結(jié)果為8844.43米 ；某同學(xué)的身高1.75m. 問：他們分別以什么平面作為起始高度來計算的？
?師生討論：確定高度需要零高度參考平面的必要性。
?教師引導(dǎo)：零高度的參考平面對應(yīng)零勢能參考平面（說明規(guī)定零勢能參考平面的必要性）
?舉例深化：通過的例子（書放在課桌上，分別以地面和桌子作為參考面，討論重力勢能。教師隨手演示。）來說明：重力勢能的正負(fù)含義；一般情況下以地面作為零勢能的參考平面。（重新指出：圖1、圖2定量推導(dǎo)時是以地面為參考平面的。使推導(dǎo)更加有科學(xué)性和完整性）
A ：16樓
B ：3樓
過渡語：功是能量變化的量度，合外力做功是物體動能變化的量度，物體重力勢能發(fā)生變化與什么力做功相對應(yīng)呢？
（二）重力做功與重力勢能的改變
1．實例探究
設(shè)置情景：一只花盆從16樓窗臺落地，研究花盆從A下落到B的過程。已知：m=2kg，h=50m，h1=10m，g=10m/s2 根據(jù)給出數(shù)據(jù)計算填表（可事先印發(fā)）。
[學(xué)生討論探究]：從表格中能總結(jié)出什么規(guī)律？（分組討論，交流，教師引導(dǎo)總結(jié)）
[教師引導(dǎo)] ①重力勢能與零勢面選取有關(guān)嗎？物體在某兩點間重力勢能的改變與零勢面選取有關(guān)嗎？（指出改變量是末狀態(tài)量減去初狀態(tài)量）②物體在某兩點間重力勢能的改變與重力做功有什么關(guān)系？與是否有除重力之外的其他力存在或參與做功有關(guān)嗎？
[學(xué)生總結(jié)規(guī)律]
①重力勢能的具有相對性（相對于不同的參考平面重力勢能的大小不同），確定了參考平面，物體重力勢能才有確定值。重力勢能的變化與零勢能面的選取無關(guān)，具有絕對性
②重力勢能的變化與重力做功的關(guān)系。
花盆下落，這一過程中重力做正功，重力勢能減少，重力做多少功，重力勢能減少多少；與是否有除重力之外的其他力存在或參與做功無關(guān)。
2．變式深化
①若用吊籃將花盆從3樓豎直吊回16樓，運動方式有勻速上升、勻加速上升，花盆的重力勢能分別如何變化，重力對花盆做功分別又將如何？
②若乘電梯將花盆從3樓運到16樓，花盆的重力勢能如何變化，重力對花盆做功又將如何？
3．歸納總結(jié)：重力做功是重力勢能變化的量度
物體下落，重力做正功，重力勢能減少，
物體上升，重力做負(fù)功，重力勢能增加。
過渡語：上面我們討論花盆的運動都是在豎直方向，如果某人爬樓梯將花盆從3樓搬到16樓，重力對花盆做功又將如何？
（三）重力做功和物體運動路徑的關(guān)系
學(xué)生討論：
小孩以不同的路徑從某一高度回到地面，重力對小孩做功大小有什么關(guān)系？為什么？
教師引導(dǎo)：①從“力做功的兩個要素：力與力方向上的位移”的角度思考。
②從功能關(guān)系：重力做功是引起物體重力勢能變化的唯一因素的角度思考。
結(jié)論：重力做功只與物體始末位置的高度差有關(guān)，與路徑無關(guān)。（進(jìn)一步說明：①重力做功的特點決定重力勢能變化的絕對性；②重力做功的計算更加簡潔）
（四）、彈性勢能（據(jù)課時情況，可以讓學(xué)生自學(xué)）
生活中還有一些物體既沒有運動也沒有很大的高度卻同樣“儲存”著能量，哪怕它只是孩童手里的玩具（圖片：彈弓）。張緊的弓一撒手就會對箭支做功改變它的動能，松弛的弓有這樣的本領(lǐng)嗎？同樣是弓前者具有能量而后者沒有，那么什么情況下物體才具有這種能量呢？張緊的弓在恢復(fù)原狀的過程會對外做功，但是拉斷的弓還能有做功的本領(lǐng)嗎？
1．定義：物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能量叫做彈性勢能。
2．彈性勢能的大小與哪些因素有關(guān)呢？
[小實驗]出示玩具弓箭、可以上發(fā)條的小汽車，讓學(xué)生自己做實驗。
弓箭的皮筋拉得越長，恢復(fù)原狀時對塑料箭做功越多，塑料箭獲得的動能越大，射得越遠(yuǎn)。發(fā)條上的越緊，小車運動的時間越長。
[學(xué)生總結(jié)]彈性勢能的大小同彈性形變的大小有關(guān)。彈性形變越大，彈性勢能也越大。
[教師強調(diào)]彈簧處與原長時彈性勢能為0；彈簧的伸長和壓縮的長度相同則彈性勢能也相同
舉例：生活中還有利用彈性勢能的例子。拉伸或壓縮的彈簧、球拍、撐桿跳高、跳板跳水等。
3、勢能
由相互作用的物體的相對位置決定的能量。
重力勢能：由地球和物體間相對位置決定。
彈性勢能：由發(fā)生形變的各部分的相對位置決定。
(五).反饋練習(xí)
訓(xùn)練1：[新聞圖片，設(shè)置情境]
在雅典奧運會舉重男子69公斤級比賽中，中國選手張國政以抓舉160公斤，挺舉187.5公斤，總成績347.5公斤獲得金牌，這也是中國代表團在本屆奧運會上的第11枚金牌。
張國政制勝的一舉，挺舉187.5kg，杠鈴被舉高約2m。
試求：(1)杠鈴的重力勢能變化多少？ (2)杠鈴的重力做功多少？
（張國政能在短時間內(nèi)爆發(fā)出如此巨大的功率絕非一日之功，為了能為祖國爭得榮譽，運動員在平時的訓(xùn)練中付出心血。）
訓(xùn)練2：一位同學(xué)說：若以喜馬拉雅山的山頂為零勢能參考平面，則長江山峽的水庫所儲備的大量水的勢能是負(fù)值，所以它就不能發(fā)電了。你認(rèn)為此同學(xué)的說法對嗎？為什么？
訓(xùn)練3：豎直向上拋出一物體，在上升到某一高度時，重力勢能的改變量為ΔEP，動能的改變量為ΔEK ，物體克服重力做功WG，物體克服空氣阻力做功Wf，則下列關(guān)系正確的是( )
A.ΔEP=WG B. ΔEP=WG+Wf
C. ΔEK= -ΔEp-Wf D. ΔEK = ΔEp+WG+Wf
（六）課堂小結(jié)
1．重力勢能是地球和地面上的物體共同具有的。重力勢能的大小具有相對性，確定了參考平面，物體重力勢能才有確定值。但重力勢能的改變是絕對的。
2．重力做功與物體的運動路徑無關(guān)，只跟物體運動的始末位置有關(guān)。
3．重力做功是重力勢能變化的量度。
[教師總結(jié)]關(guān)于人類與重力勢能的認(rèn)識，是一個從恐懼到挑戰(zhàn)直到合理改造的過程。
人們對重力勢能的恐懼感是與生俱來的（雪崩、泥石流：2006年2月17日泥石流突襲菲律賓2000人喪生。圖片）。
但是隨著人們通過生產(chǎn)實踐中對重力勢能的認(rèn)識的逐步加深，我們開始變得樂于挑戰(zhàn)這種能量（攀巖運動的圖片）。
甚至在可以控制的范圍內(nèi)享受重力勢能帶給我的種種樂趣（過山車的圖片）。
但是，科學(xué)的意義不僅僅是認(rèn)識自然，挑戰(zhàn)自然，更在于能動的利用自然！介紹水力發(fā)電（水力發(fā)電的圖片）。
【板書設(shè)計】
（與路徑無關(guān)）
重力勢能
重力做功
表達(dá)式：Ep=mgh
單位：焦耳（J）
標(biāo)矢性：標(biāo)量
相對性
系統(tǒng)性
重力勢能：地球上物體由于處于一定的高度而具有的能量。
二、彈性勢能
1．定義：物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能量叫做彈性勢能。
2．彈性勢能的大小同彈性形變的大小有關(guān)。
三、勢能：由相互作用的物體的相對位置決定的能量。
【教學(xué)反思】
一、不可忽視的理論探究
新課程倡導(dǎo)探究式教學(xué)，探究的內(nèi)容和形式是多種多樣的。在物理課程中雖大多數(shù)探究活動需要進(jìn)行實驗，但是，理論探究在高中物理教學(xué)中也具有重要的意義，應(yīng)予重視。物理課程中也有不少是屬于理論探究，對于重力勢能的定量研究，采取理論探究同樣讓學(xué)生體驗探究的過程和方法。提出問題—→建立假設(shè)—→設(shè)計物理過程（設(shè)想）—→理論定量推導(dǎo)—→得出重力勢能表達(dá)式。
假設(shè)
原有知識和經(jīng)驗
現(xiàn)有知識
探究的問題
實驗或過程設(shè)計
理論探究式教學(xué)的具體實施中，應(yīng)該把重點放在提出問題、建立假設(shè)上。問題是探究的起點，沒有問題就沒有探究，而發(fā)現(xiàn)問題是提出問題的前提，只有發(fā)現(xiàn)問題，才可能提出問題。實踐表明：對于重力勢能教學(xué)，學(xué)生在初中的原有知識上完全可以通過教師的引導(dǎo)，自行提出“重力勢能的大小與什么因素有關(guān)？”的問題。假設(shè)可以啟發(fā)我們應(yīng)當(dāng)設(shè)計怎樣的實驗（或物理過程）和獲取那些信息，他是連接探究問題和實驗（或物理過程）的一座橋梁。觀察它們關(guān)系圖，可以看出，假設(shè)雖不是結(jié)果，但它卻是探究的中心。據(jù)本節(jié)課的實際，側(cè)重“說明假設(shè)的理由”，實際中學(xué)生也能很好的自己生活經(jīng)驗，養(yǎng)成“以物思理”的習(xí)慣。
二、緊密聯(lián)系實際的實踐性
物理新課改的理念之一是：從走向物理，從物理走向社會。日常生活和生產(chǎn)中蘊涵著大量的物理知識，因此，在教學(xué)中注意聯(lián)系生活、生產(chǎn)中學(xué)生看得到，但沒能細(xì)想、不完全理解或不懂的實際問題，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與動機，同時也可以使他們養(yǎng)成善于運用知識、關(guān)心生活和生產(chǎn)中實際問題的習(xí)慣。因而這一特點有利于創(chuàng)設(shè)教學(xué)情景，加大學(xué)生學(xué)習(xí)動力，促進(jìn)學(xué)生關(guān)心社會實際生活，增強社會責(zé)任感。比如：在教學(xué)中，通過“雪崩”的視頻，讓學(xué)生體驗到高處的物體都具有潛在的能量——重力勢能。通過實例（花盆墜落和小孩滑滑梯）充分討論與思考，讓學(xué)生在已有的認(rèn)識基礎(chǔ)上獲得新的認(rèn)識。另外，教學(xué)設(shè)計時還應(yīng)考慮到：實際情景的復(fù)雜性，要善于突出主要的、所需的因素；實際情景中物理知識的緘默性，要善于將緘默知識顯性化。
三、情感、態(tài)度和價值觀的體驗性
新課程的與以往不同之一是同時注重在教學(xué)中滲透情感、態(tài)度價值觀。但在教學(xué)實踐中我們不能為情感、態(tài)度價值觀而刻意的安排內(nèi)容講授或有意抒發(fā)，我們應(yīng)該結(jié)合教學(xué)的內(nèi)容，將相關(guān)的情感、態(tài)度價值觀教育融合在教學(xué)過程中，做到教育無痕的境界；讓學(xué)生在接受知識過程中法子內(nèi)心的體驗和意會，在“不可言表，只可意會”自然而然中受到感悟，如果沒有也沒有必要強求。如本課時中，將物理知識應(yīng)用與生活和生產(chǎn)實踐的意識，勇于探究與日常生活有關(guān)的物理問題；社會公德，民族自豪感都是在物理情景創(chuàng)設(shè)和實例探究和反饋練習(xí)中給學(xué)生帶來感受與體驗。


花盆在各點處的重力勢能
花盆在重力和阻力作用下
重力勢能的改變
重力做功
重力勢能的改變
重力做功
地面
EPA=1000J
EPB =200J
-800J
800J
-800J
800J
三樓
EPA=800J
EPB =0
-800J
800J
-800J
800J

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