资源简介

8.2 重力势能 教学设计
序号 项目 内容
一、课标要求 条目 说明
能量主题 依据课程标准“能量”主题3.2内容要求：理解重力势能的概念，能用重力势能解释简单自然现象与实际问题。
核心素养 培养物理观念（能量观）、科学思维（模型建构与推理）、科学探究（实验与数据分析）、科学态度与责任（高空抛物社会责任感）。
二、教学内容与重难点 条目 说明
教学内容 1. 重力做功特点（与路径无关）；2. 重力势能定义与表达式Ep=mgh；3. 重力势能的相对性与系统性；4. 重力做功与重力势能变化的关系WG=-ΔEp；5. 弹性势能初步（平均力法、微元法、图像法推导Ep= kl ）。
教学重点 重力势能概念建构；重力做功与势能变化关系；重力势能相对性与系统性。
教学难点 重力势能相对性的理解；弹性势能微元法与图像法推导过程。
三、学生学情 条目 说明
知识基础 已学过功、动能、牛顿运动定律，知道能量可转化，但对“势能”缺乏定量认识。
能力水平 能使用刻度尺、天平、秒表，具备初步数据处理与图像分析能力；微元法初次接触。
兴趣与动机 对“高空抛物”“蹦极”等真实情境有强烈好奇心，愿意动手实验与推理论证。
四、学习目标（四维核心素养） 维度 内容
1. 物理观念 形成“重力势能是系统能量的一部分，与高度、质量、重力场有关”的能量观念；知道弹性势能是形变系统能量。
2. 科学思维 会用“模型建构—极限—微元—图像”方法推导弹性势能；能用“守恒—转化”思想解释蹦极、高空抛物等现象。
3. 科学探究 经历“猜想→情景分析→归纳→定义→应用”的完整重力势能建构过程；能设计实验验证“重力做功与路径无关”。
4. 科学态度与责任 认识高空抛物的危害，树立拒绝高空抛物、保护生命安全的责任意识；体会物理规律对工程安全与社会发展的价值。
五、评价任务 任务类型 说明
课堂提问 重力做功与路径是否有关？WG=-ΔEp符号如何理解？
实验观察 学生能否用“斜面—曲面—竖直”三组实验数据得出“WG相同”结论。
数据处理 检查“参考平面变化但ΔEp相同”的表格填写是否正确。
生活解释 能否用Ep=mgh解释“大坝越高发电量越大”“高空抛物危害大”。
六、教学准备 准备 说明
教师 PPT课件、斜面轨道与曲面轨道各1套、小车+砝码、刻度尺、铁架台、铅球与乒乓球各1只、弹簧（k已知）、传感器、数据采集器、电子秤。
学生 自带计算器；分组（4人/组），明确实验员、记录员、汇报员；预习“重力做功”情境图。
七、学习活动设计（40分钟连续） 环节 教师活动（详案） 学生活动（详案） 时间安排 设计意图
1.导入：拒绝高空抛物 ①播放PPT“高空抛物”真实监控视频，提问：为什么鸡蛋能砸破车窗？ ②引导学生用“能量”视角解释。 ①观看视频，记录“高度越高破坏力越大”。 ②提出猜想：能量可能与高度、质量有关。 3' 用真实情境激活能量观念，渗透社会责任。
2.感受重力势能 ①演示：乒乓球悬挂天花板无感，换10kg铅球学生立即后退。 ②提问：铅球能量来源？与哪些因素有关？ ①学生上台体验“头顶感受”。 ②填写猜想卡：质量↑高度↑能量↑。 4' 通过身体体验强化“高度-能量”直觉。
3.情景分析1：竖直下落 ①PPT动画：物体A→B竖直下落h，实时显示WG=mg(h1-h2)。 ②板书：WG=mgh1-mgh2。 ①学生跟随动画口算WG。 ②记录：起点高度h1、终点高度h2。 3' 建立“高度差→功”定量关系。
4.情景分析2：斜线运动 ①展示斜面装置，释放小车，传感器测L、θ。 ②提问：WG=mgLcosθ与mgh是否相等？ ①学生读数L、θ，计算mgLcosθ。 ②对比mgh，发现数值相等。 4' 用实验验证“斜线路径WG仍=mgh”。
5.情景分析3：曲线运动 ①PPT呈现曲线轨迹，微元法逐段放大。 ②讲解：任意微元Δh_i，ΣWG=mgΣΔh_i=mg(h1-h2)。 ①学生在学案上描出5段微元，填表Δh_i。 ②求和ΣΔh_i=h1-h2。 4' 用微元思想突破“曲线路径”难点。
6.归纳重力做功特点 ①引导三组数据对比，板书：WG与路径无关，只与h1-h2有关。 ②提问：mgh是否具有特殊意义？ ①学生齐答“WG相同”。 ②提出“mgh可定义能量”。 2' 为重力势能定义铺垫。
7.提出重力势能概念 ①板书Ep=mgh，讲解单位、标量、状态量。 ②强调“被举高而具有”。 ①学生跟读定义，抄写单位换算：1kg·m/s ·m=1J。 ②举例：2kg物体10m高Ep=196J。 3' 完成概念建构。
8.WG与Ep关系推导 ①板书：WG=Ep初-Ep末=-ΔEp，结合正负功举例。 ②PPT动画：物体下落ΔEp↓，WG>0；上抛ΔEp↑，WG<0。 ①学生用手势表示“下落-ΔEp为负”；“上抛-ΔEp为正”。 ②口答：若WG=80J，ΔEp=-80J。 3' 用符号动画强化“负号”物理意义。
9.重力势能相对性 ①展示表格：同一小球桌面/地面为参考平面，EpA、EpB、WG、ΔEp四量对比。 ②强调“ΔEp与参考面无关”。 ①学生分组计算并填表。 ②发现ΔEp相同，Ep值不同。 4' 通过计算自悟“相对性与绝对性”。
10.系统性 ①对话：物体说“Ep是我自己的！”地球说“是咱俩的！” ②总结：Ep属于“物体-地球”系统。 ①学生分角色朗读对话。 ②笔记：系统能量，离开地球无Ep。 2' 用拟人化对话加深系统观。
11.弹性势能初探 ①演示：弹簧缓慢拉伸，传感器记录F-l图。 ②引导：微元求和=面积= kl ，故Ep= kl 。 ①学生用几何板描F-l三角形，数格子求面积。 ②口答：l=0.1m，k=100N/m，Ep=0.5J。 5' 用图像面积法直观导出弹性势能。
12.小结与例题 ①PPT呈现思维导图：WG特点→Ep定义→相对性→系统性→弹性势能。 ②例题1、2、3、4学生抢答。 ①学生齐读导图，拍照保存。 ②抢答并解释选项理由。 3' 形成知识网络，即时反馈。
八、作业设计 类型 内容
基础性作业 课后习题
拓展性作业 ①测量自家楼层高度，估算一瓶矿泉水从阳台落下Ep，并写“拒绝高空抛物”警示标语。②用弹簧测力计与刻度尺测圆珠笔弹簧k，计算压缩0.02m时的弹性势能。
九、板书设计（含十、教学反思） 板书区域 内容
主板书 8.2 重力势能 1. WG特点：与路径无关，WG=mgh1-mgh2 2. Ep定义：Ep=mgh（J，标量，状态量） 3. WG=-ΔEp 4. 相对性：Ep值与参考面有关，ΔEp无关 5. 系统性：属于“物体-地球”系统 6. 弹性势能：Ep= kl （微元法→面积法）
教学反思 成功：斜面-曲面分组实验数据高度一致，学生自悟“WG与路径无关”；高空抛物情境震撼，学生自发提出“立法”倡议。 不足：弹性势能微元法部分学生数格子耗时，致结尾略赶。 改进：下次课前发“F-l坐标纸”，学生预习完成面积计算，课堂直接展示结果。

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