重力-教学设计

重力-教学设计（精选8篇）

重力-教学设计 篇1

九年级 物理陈艳秋

【设计理念】

1．充分体现新课标提倡的“从生活到物理，从物理到社会”的教学理念

《重力》这节课的教学内容与日常生活联系紧密，学生体验非常丰富，所以在教学过程中将生活和自然界中的一些与重力有关的物理现象联系起来，让学生进一步感受到物理就在我们的身边，物理不仅有趣，而且非常有用，从而激发学生的求知欲望，培养学生的学习兴趣。

2．充分体现新课程提倡的“注重科学探究，注意教学方式的多样化”的教学理念 科学探究既是学生的学习目标，又是重要的教学方式之一。本节课通过探究“重力大小和质量的关系”的过程，引导学生提出问题，培养学生善于发问、质疑的良好习惯，鼓励学生制订简单的科学探究计划，培养学生处理信息的能力，体验科学探究的乐趣，领悟科学探究的思想和精神，为学生的终身学习建立基础。教学过程中通过多媒体技术优化课堂教学，提高教学效率。

3．通过实验培养学生对科学的兴趣和热爱，注重体现新课改提倡的动手实践的新理念。兴趣是开启智慧大门的钥匙，只有当学生对物理有了兴趣，才能有学习的乐趣，进而发展到有研究物理的志向。在本节课通过探究“重力的大小和质量的关系”的分组实验。培养学生的动手能力，养成通过实验研究问题、思考问题的习惯，发展学生终生对科学探索的兴趣。

【教材分析】

1．教材的感性材料丰富，每一个知识点都是从观察或实验引入的，符合九年级学生的认知规律。

2．书中的插图极富启发性和趣味性，有利于激发学生的学习兴趣。

3．课本让学生通过探究“重力的大小跟质量的关系”，极大程度地调动了学生的积极性，活跃了课堂气氛，锻炼了学生动手动脑的能力，实现了学生的主体地位。

【学情分析】

1．学生的年龄特点和认知特点

九年级的学生正处在青少年时期，具有强烈的好奇心，较强的观察能力。通过八年级物理学习，已经具备一定的实验探究能力以及多种物理研究方法，正处于逻辑思维能力发展的最佳时期。并且具备了一定的生活体验，如熟透的苹果要落向地面，并且下落时速度越来越快等有关事例，但并不明白其中的道理。

2．在学习本课之前应具备的基本知识和技能

学生应具备一定的生活体验，掌握正确使用弹簧测力计的有关知识，具备一定的实验探究能力、逻辑思维能力。

3．学习者对即将学习的内容已经具备的水平

本节课所涉及的内容与实际生活联系紧密，使学生具备了一定的生活体验，进而使学生由对生活现象的初步了解，通过实验探究──观察现象──逻辑推断，最后上升为理论认识，有效的锻炼了学生的逻辑思维能力。

【教学目标】

1．知识与技能

①知道什么叫重力，了解重力产生的原因；

②知道重力的方向和重心以及重垂线的应用；

③理解重力的大小与质量的关系。

2．过程与方法

①通过学生探究实验得出影响重力的因素；

②通过“实验分析”强化理解重力方向及重心。

3．情感、态度与价值观

①培养学生乐于探究自然现象，物理规律的兴趣，提高学生辩证的分析物理知识的意识；

②培养学生的交流意识与团队协作精神。

【重点与难点】

重点：重力的概念、重力的大小与质量的关系及重力方向。

难点：重力的大小与质量的关系及重垂线的应用。

【教学媒体和教学技术选用】

本次教学需要实物教具、实验器材和多媒体课件的辅助。

实物教具：重物、重垂线。

实验器材：弹簧测力计、多个钩码、细线、小重物。

实物教具、实验器材和多媒体课件分别在本课的引入、学生探究等环节中得到应用，它们的使用可以更好的激发学生兴趣，引起学生的好奇，为学生提供了良好的学习氛围。充足的实验器材，使学生的学习资源更为丰富。

【教学方法】

探究法、引导发现法、阅读指导法、直观演示法和讲解法。

引导发现法属于启发式教学，本课将通过教师的引导、启发、使学生积极参与，主动探索和发现物理规律。直观演示法就是：通过插图、实验、模型、投影、多媒体课件等直观教学手段，使物理情景具体化、形象化，有利于激发学生的学习兴趣，促使知识由具体感知向抽象思维的转化。这两种教学方法配合使用，加上指导学生阅读和教师精确的讲解，严密的推理，将达到教学方法的优化组合。

【教学评价方式】

（1）通过观察实验，关注学生在观察操作、现象等活动中的主动参与程度与合作交流意识，及时给与鼓励、强化、指导和矫正。

（2）通过实验探究“重力的大小和质量的关系”，给学生机会，在自然放松的状态下，将思维充分发散，揭示了学生的逻辑思维能力和过程，并反馈了班级学生的实验探究能力。知识与技能的掌握情况，使老师可以及时诊断学情，调查教学。

（3）通过“反馈与检测”练习，检查学生对本节的主要知识点的掌握情况，“反馈与检测”练习难度比较小，让学生通过本节课的学习绝大多数学生能达到要求，使学生有种成功感！也进一步了提高了学生今后学习物理的兴趣，【教学和学习活动过程】

一、教学准备阶段

1．课前根据本节课需要自制了一系列重物落地的动画演示多媒体课件，在引入新课时激发学生的探究热情。

2．需要对学生分组，前后桌4人一组，每组包括能力不同的学生，设组长1名，中心发言人1名，其他人可适时补充，组长主要肩负引领和鼓舞同学学习积极性之责。

二、具体教学过程

（一）引入新课

1、从课件开始的画面提问：你猜想“树下的这个人在想什么问题吗？”引导学生看图问问题，培养学生的思维能力，也让学生养成善于观察思考的好习惯。

2、模拟引力实验，通过分析，引入万有引力的概念。再用多媒体播放视频资料，介绍宇宙间的万有引力的事实。从而引入重力的定义。这样引入新课很自然，体现了物理知识是来源于生活的。

（说明：1．让学生通过实验先感受橡皮不会飞走是因为受到“引力”作用，拉进了学生跟所学知识的距离。2．由于学生日常生活中有很多重力现象的体验，并且在小学时就知道牛顿发现万有引力的故事，因此他们对插图所展示的物理情景是很熟悉的，知道重物的落地是由于重物的吸引，即重力的作用。所以这样引入新课很自然，体现了物理知识是来源于生活的。）

（二）进行新课

1．重力的概念及产生原因。

从前面的录象资料分析重力的定义和重力的施力物体以及重力的符号“G”。介绍重力的大小叫重量。并设疑“生活中的哪些现象是与重力有关的？”“假如没有重力，生活会是什么样的？”（让学生讨论回答），以此来激活学生的思维，活跃课堂气氛，也体现了物理来源于生活的新教学理念。

2．探究“重力的大小与质量的关系”

a)重力的大小：利用实验探究的方法完成这部分知识的教学。

提出问题：列出生活中的例子，说明重力是有大小的，那么，“重力的大小与什么因素有关呢？”。让学生觉得问题的提出很自然。

猜想：教学中引导学生积极猜想，并说出猜想的依据，要求学生既可以根据已有的知识来猜，也可以根据生活经验来猜。这样既让学生有敢干猜想的勇气，也不至于使学生出现无根据的乱猜，从而培养了学生的思维能力。

设计实验：引导学生分析“本实验中需要测量哪些物理量？”，“各个物理量可以怎么测量？”“实验得出的数据应该怎么处理？”“怎么用数学图象进行分析处理？”。引导学生分组讨论，自己设计出实验方案来。

进行实验：学生根据自己设计的实验方案进行实验，实验方法是：先用弹簧测力计分别测出质量为100克、200克、300克的钩码分别受到的重力，把实验数据填入表中，并根据数据用描点法在坐标图上画出重力与质量的关系图象。（用多媒体反射投影出参考实验方案以帮助部分差生解决无法设计实验方案的问题）。教师这期间，走到学生中去，一是了解学生的实验情况，二是解决学生实验中遇到的临时问题，三是对部分实验困难学生给予引导和帮助，让他们不落队，也能顺利完成本实验。

分析与论证：引导各实验小组分别算出每次测得的重力与质量的比值，用多媒体反射投影展示出一个实验小组的实验结果，引导学生分析，数据和图象的特点，使学生自己“发

现”，在误差允许的范围内，物体的重力与质量成正比，由此得出G＝mg这个计算重力大小的公式。

介绍关系式G＝mg中各量的单位，G--牛（N）；m--千克（kg）；g--牛／千克，(N/kg)在地球表面附近，g=9．8牛／千克，在粗略的计算中，g=10牛／千克。同时说明在利用关系式G＝mg进行计算式，各物理量必须统一单位。

（物体所受重力的大小跟质量的关系，教材专门设计了探究。这个探究活动的层次要求比八年级高，它需要用图像处理数据。这是在课本第13页密度之后又一次用图像处理数据，希望学生能初步学会这种用图像处理数据的方法。在《课程标准》中，科学探究不仅是一种教学形式，也是一个教学内容。新教材从八年级上学期开始的简单的定性的探究，到九年级复杂、定量层次的探究，充分体现了教材编者所关注的不仅是使学生通过探究活动获得知识，而且要使学生通过探究活动学习怎样进行探究。从全套教材对“探究”的编排可以看出，学习科学探究跟学习物理知识一样也是需经过循序渐进的过程。另外，从教材将43页“探究重力的大小跟什么因素有关”的结论放到44页就可以看出编者的良苦用心。因此，教师要注意引导学生做好这个探究，不要匆忙地给出结论，一定要让学生自己独立去做，通过实验自己总结出规律，并让他们书面或口头表述自己的观点。探究结束后师生再共同得出结论。通过这个实验探究还要让学生学会使用弹簧测力计，为后续学习做准备）。

（说明：利用学生探究来完成这部分知识的教学，好处有两个：一是使学生有机会参与课堂教学，自主地进行物理规律的探究，体现自主性原则；二是再次练习使用弹簧测力计测量力的大小，提高学生的动手能力。）

3．重力的方向

这也是本节课的一个重点内容。教学时先做演示实验：用细线把物体悬挂起来，静止时让学生观察细线的方向是否竖直？然后剪断细线，同时让学生观察：物体在重力作用下沿什么方向下落？这样又一次让学生自己去“发现”：重力的方向是竖直向下的。

这个知识有一个重要的应用──重垂线，它是建筑工人砌墙时用来校准墙壁是否竖直的。由于学生缺乏这方面的感性认识，在理解上有一定的难度，所以教学时要先易到难，先要求学生观察图12．2－6，再让一位学生利用重垂线进行操作，其他同学分析其工作原理。当学生理解了这一现象后提问：如何用这个重垂线来检查窗台、桌面是否水平？需要什么辅助器材？这是学生较难理解的地方，为了突破这一难点，教师要引导学生回忆测量人体身高的办法，并通过一些动作适当提示，最后在学生充分发表见解的基础上归纳：重垂线其实是应用了重力的方向，然后再解决水平问题。

想想议议：看图12．2－7思考地球上几个地方的苹果都可以向“下”落，但从地球外面看，几个苹果下落的方向显然不同。那么，我们所说的“下”指的是什么方向？

（说明：这一部分的教学，充分体现了学生为主体的教学理念，遵循了由易到难，层层深入的方法。重垂线、水平仪是重力方向的重要应用，对它们的学习，也体现了“从生活走向物理，从物理走向社会”的基本理念。）

4．重力的作用点──重心

这个内容比较抽象，为了帮助学生建立这个物理模型，可以先观察录像资料，学生便对重心的概念有了一个具体的感知，知道物体受到的重力可以看作集中在一点上；知道重心的位置不仅跟物体的形状有关，而且还和材料是否均匀有关。向学生展示圆形薄板等质地均匀、外形规则的物体，指出其重心就在它的几何中心上（多媒体演示）。再做一个小实验（找刻度尺的重心），然后告诉学生，刻度尺上与手指接触的位置就是重力的作用点，叫做重心。通过这样的教学处理，利用实验帮助学生建立了“重心”这个较难理解的物理模型，并应用于实际，起到了事半功倍的效果。

Flash动画展示它的真正原理：重心低，既培养了学生分析问题解决问题的能力，又增强了答案的可信度。

问：“喝水的杯子怎么放才更稳定？”，引导学生用刚才的知识分析其原因，争议之余，再Flash动画介绍其原因。

用高空走钢丝的图片，问：你知识高空走钢丝时，演员掌握了什么技巧？杂技演员为什么能用一点举起体积很大、很重的物体？这一部分的教学，充分遵循了由易到难，层层深入的方法。也体现了“从生活走向物理，从物理走向社会”的基本理念。

（三）、动脑动口、总结规律：

让学生自己总结，老师通过多媒体有条理的展示文字。

1.万有引力：

宇宙间任何两个物体，大到天体，小到灰尘之间都存在相互吸引的力。

2.重力：由于地球的吸引而使物体受到的力，符号G

3.重力的大小：物体所受的重力与物体的质量成正比。

G=mgG—重力—牛顿（N）m—质量—千克(kg)

4.重力的方向：竖直向下.5.重力的作用点：重心。

（四）、布置作业：

1、动手动脑学物理第1、2、4题

重力-教学设计 篇2

1.知识与技能

(1) 理解重力势能的概念, 会用重力势能的定义进行计算。

(2) 知道重力势能的值是相对的, 理解重力势能正负号的含义。

(3) 理解重力做功与重力势能的关系, 知道重力做功与路径无关。

2.过程与方法

(1) 在探究过程中渗透科学的研究方法:控制变量法、实验过程观察法及实验结果分析法。

(2) 体会用“实验法”和“理论推导”相互验证问题的方法。

(3) 根据功和能的关系, 推导出重力势能的表达式。

3.情感、态度与价值观

从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。

[重、难点]

重点:重力势能的概念及重力做功跟重力势能改变的关系。

难点:重力势能的相对性、重力势能变化的绝对性。

[教学过程]

一、导入新课

人们外出时可能会遭遇突如其来的意外, 请看这则报道, 塑钢窗13楼高处坠落视频, 说明物体具有很大的能量。

师:若从1楼落下会有这么大的能量吗?

生:不会, 说明与高度有关。

物体由于被举高而具有的能量叫重力势能。

师:初中已学过, 高中将更加深入地学习如何计算。

二、重力势能

师:重力势能的大小与什么因素有关?

学生思考讨论并猜想:重力、高度。

刚才塑钢窗的下落, 我们也可以模拟实验检验:利用身边的不同物体从同一高度落到手上的感觉, 相同物体从不同高度落到手上的感觉。 (控制变量法)

师:什么情况下更有感觉?

生:质量越大, 下落高度越高时, 这说明重力势能越大。

过渡引言:物体下落时, 高度减小, 重力势能减小, 重力做了功, 看来二者有联系。要弄清重力势能的具体关系可从重力做功的角度来找。

(一) 探究一:重力做功的特点

学生活动:分组算小球竖直下落, 沿斜面下落, 沿曲面下落三种情况下重力做的功。 (曲面中的微元法)

师:三种对比, 什么不同, 什么相同, 这说明了什么?

生总结:重力做功与运动路径无关, 只与物体初末位置的高度差有关。

情景演示:1 kg小球从2 m高度落下再弹起再落地再在地上滚动最后停下。

师:这段过程, 重力做多少功?上升呢?

过渡引言:重力做功, 位置高度发生变化, 重力势能变化。mgh与做功有关且吻合重力势能的特点, 即为重力势能的表达式。

师生总结:Ep=mgh和式中各物理量的含义。

师:特别是h的大小。

可举例分析h与参考面的选择有关。

(二) 探究二:重力势能的特性

质量m=2 kg灯距离桌面的高度h1=1.5 m, 桌面距离地面的高度h2=1 m, 灯距离天花板的高度h3=0.5 m, 求灯的重力势能的大小?

生:算出有三个值。

师:对吗?为什么会出现这种情况?

生:选取的参考面不同, 产生的结果不同。

师:选择小球上方平面作为参考面的话, 结果是负值。正负表什么?

生:正负表大小, 表比参考面的重力势能大还是小。

师:可类比温度。

师生总结:重力势能是相对的, 与参考面的选择有关, 参考面选择是任意的, 最好选择能使问题简化的。

重力势能是标量, 正负表大小。

过渡引言:我们分析了重力做功和重力势能, 那它们的具体关系应该是怎样的?

(三) 探究三:重力做功和重力势能变化的关系

以视频中塑钢窗从13楼下落为真实情景分析。只能估算, 可转化为物理模型和物理情景过程。

师:解决实际问题, 我们可以先将其抽象为物理模型, 建立物理情景。

学生活动:填写表格。

如图, 质量为10 kg的塑钢窗从13楼落下, 每层楼高3 m, 请按要求填写下表. (g=10 m/s2)

师引导总结:选取不同的参考平面, 物体的重力势能的数值不同。 (高度)

对一个确定的过程, WG和△EP与参考面的选择无关 (高度差) ;

对一个确定的过程, WG是△EP的量度, 互为相反数。

师:对照表下落时重力做正功, 重力势能减小。重力势能的变化等于末态时的减初态的。若值是负值, 则说明是在减小。重力做了多少功, 重力势能变化数量相同。则有重力做功与重力势能的变化互为相反数。

师:可在黑板上理论推导。

三、小结

1.重力势能Ep=mgh (相对性:选零势能面)

2.重力做功的特点: (1) 与路径无关; (2) WG=Ep1-Ep2

3.重力做功是重力势能变化的量度:WG=-ΔEp

物体上升, 重力做负功, 重力势能增加。重力做了多少负功, 重力势能就增加多少。

物体下降, 重力做正功, 重力势能减小。重力做了多少正功, 重力势能就减小多少。

[课堂反馈]

1.一质量为5 kg的小球从4 m高处下落, 碰撞地面后弹起, 弹起的高度比下落高度低1 m, 求:小球下落过程重力做功多少?重力势能怎样变化?上升过程重力做功多少?重力势能怎样变化?

2.把大小相同的实心塑胶球和实心小钢球放在水平地面上, 设它们的半径为r, 塑胶球的质量为m1, 小钢球的质量为m2。试比较两球的重力势能的大小。

3.一条铁链长为2 m, 质量为10 kg, 放在水平地面上, 拿住一端提起铁链直到其全部离开地面瞬间, 物体克服重力做功为多少?物体的重力势能变化了多少?

《测量重力》教学设计 篇3

1、过程与方法：能用测力计对物体进行定量观察，采集数据，并作简单记录能提出探究活动的大致思路。

2、情感态度价值观：保持与发展对身边自然事物的好奇心，培养兴趣，善于猜想，乐于合作交流。

3、知识与技能：会使用测力计测量物体的重力。

二、教学准备

条形盒测力计、钩码（0.5N）20个、学生自制测力计材料、课件。

三、教学过程

（一）、激趣导入

谈话：（出示牛顿图片）同学们，认识这位科学家吗？

早在300多年前，牛顿就对苹果为什么落地产生疑问并进行了深入研究，通过上节课的学习你知道苹果为什么会落地吗？

学生回答：受到了地球引力的作用/重力的原因/

提问：地球上任何物体都会受到重力。一个钩码和一个文具盒受到的重力一样大吗？

学生大胆猜想，师：怎么证实你的猜测是否正确呢？

生：想办法测量一下。

师：引出课题：今天咱们一起测量重力。（板书课题）

（二）、探究活动

1、认识测力计各部分名称

师：你们知道用什么方法测量重力吗？

测量重力的大小需要专门的工具叫测力计。你们了解测力计吗？测力计有以下几种：请看：（课件出示平板、圆筒、指针、条形盒等测力计）

师：现在每个小组都有一个条形盒测力计， 请小组内观察研究一下，看看你能在测力计上发现什么？（学生自由观察、发现）

学生交流发现。

根据学生介绍，课件出示各部分

名称。

2、了解测力计的刻度

师：请同学们仔细观察测力计两边的刻度，你还能发现什么？

生：两边的刻度单位不一样，

师：介绍力的单位。为了纪念牛顿这位伟大的科学家，全世界统一使用他的名字“牛顿”作为力的单位，可以简称“牛”，也可以用字母N表示。咱们测量重力应该读哪边刻度？

生：标有N的一边。

师：你能准确读出刻度盘上的刻度吗？小组内讨论一下怎么读。

学生看着刻度盘讨论。

课件出示刻度盘，让学生认识刻度。进行读数练习。

3、学习使用测力计的方法

师：我们认识了测力计，你能正确使用测力计测量一个钩码所受的重力是多少吗？

学生先估计后测量学生交流测量结果。提出疑问：一个钩码所受的重力是0.5牛，为什么大家测量的却不一样？分析原因课件出示使用方法。

4、练习使用测力计测量重力。

师：我们学会了正确使用测力计，想不想测量一下物体受到的重力？

各小组有秩序地选取喜欢的物体，先估测再进行测量，把测量结果记录在表格中，汇报、交流结果。

（三）、制作测力计

你想不想自己动手制作一个测力计？

交流：制作测力计需要的材料和制作的关键。出示制作步骤

学生制作。

学生展示作品，师生点评，现场使用，测量物体所受重力。

（四）、拓展应用

《重力》教学设计 篇4

小学四年级下册科学（粤教版）P68-P70《重力》

二、教学目标：

1.科学知识目标：

（1）知道在生活中存在着重力，了解重力产生的原因；

（2）通过学习有关牛顿的资料，了解前人对重力的研究。

2.能力培养目标

（1）培养学生观察、分析问题的能力；

（2）培养学生实验操作和收集整理信息的能力。

3.情感态度价值观

（1）认识到科学是不断发展的；

（2）乐于用学到的科学知识解决问题。

三、重点与难点：

认识什么是重力和重力的方向。

四、教学过程：

（一）课前活动：分小组进行“抛球”比赛。（拍成视频用来上课用）

比赛要求：不管你用哪一种方式抛球（不可以使用任何工具），向上、向下、向左、向右都可以，只要你的球不落地就为赢。

比赛地点：篮球场（抛球时必须要注意安全，离人群足够远才可以抛。）

（二）引入：同学们，上一节课我们玩了一个“抛球”游戏（视频回放过程）。

师：好玩吗？（生：好玩。）

师：有没有人赢呀？（生：没有）

师：为什么没人赢呢？是不是球有问题？

生1：不是。可是……

生2：我知道原因，因为这篮球有重量的嘛。我们把球抛出去之后，没有东西托着篮球，所以它最终会掉到地上。

师：掌声表扬这个同学，这个同学在玩游戏的时候非常认真观察，这种精神很值得我们学习。的确，篮球有重量，那到底谁使到它有重量了呢？有没有力作用在它身上了呢？

①（课件演示）思考：为什么不管我们把球抛得多高、多远，结果球还是落回到地面？

师：我们继续观看视屏：黄果树瀑布（课件播放）

师：黄果树的瀑布非常漂亮，气势磅礴。但是在欣赏这瀑布的时候，你有没有想过这样一个问题，为什么水总是向低处流的呢？

（学生纷纷私底下在讨论）

②（课件演示）思考：“水往低处流”是众所周知的事情，但是，为什么水总是向低处流呢？

师：这些问题就是我们这节课要研究的任务——重力。（揭题）

（三）小球受力情况研究

师：为了弄明白这个问题，我们现在来做一个“小球受力情况研究”的实验。

实验用具：铁架台、细绳、小铁球、剪刀、垫布；

实验要求：

①用绳子绑着小铁球，并把它挂在支架上；

②等小铁球静止后将绳子剪断；

③在小铁球下方垫上垫布。

研究问题：如果将绳子剪断，小铁球将怎样运动？这时小铁球受到了什么力的作用？

师：同学们，在没有做这个实验之前你们猜测一下：如果把绳子剪断会出现什么现象？

生：球会掉下来。

师：的确，我们可以预想到铁球会掉到地面上。那请同学们等一下做这个实验的时候注意观察小铁球掉下来的路径是怎样的？这时小铁球是会什么力的作用呢？

（1）学生操作实验。

（2）汇报结果。

生1：绳子剪断后，小铁球就掉到地上了。

生2：我们的也是的。

……

师：小铁球掉下来的路径是怎样的？

生1：直着向下。

师：为什么？

生2：因为它有重量。

师：是谁使到它有重量的呢？你们知道吗？

（这时候举手的学生比较少）

生3：我在书上看过，那是因为地球对铁球有引力，所以铁球就会掉到地上了。

师：说得真好，掌声表扬这个同学。的确，铁球会掉到地面上去是因为地球对铁球有引力，那地球对其它物体有没有引力？

生：有。

师：对，地球上的一切物体都受到地球的吸引作用，就譬如我们站在地上，无论我们怎么跳，我们最终还是会掉到地上的。这都是因为收到了地球对我们的吸引力。我们把地球吸引物体的力，叫做物体的重力。（边说边课件演示）

师：那你们知道重力的方向是怎样的呢？

生：向下。

师：

从刚才的实验我们可以知道，重力的方向不但向下，而且是竖直向下的。它的单位是牛顿。（课件演示）

（3）解决课前问题：

①为什么不管我们把球抛得多高、多远，结果球还是落回到地面？

②为什么水总是向低处流呢？

生：这是因为受到地球引力的作用，无论篮球怎么抛，最终还是掉到地上。水也是，受到地球引力的作用，水总是向下流的。

（4）讨论：生活当中重力有哪些应用？

生1：人们在建房子时用重锤来检测屋子的墙是不是竖直的。

生2：杠杆秤在称东西的时候那个秤砣。

生3：……

（四）拓展：地球上的“上”和“下”

师：通过刚才的实验我们知道了，地球上一切物体都会受到地球引力的作用，而且方向都是竖直向下的。那站在不同的地方，地球对我们的引力，也就是重力，方向是不是都是一样的呢？请同学们在地球仪上指出这些地方的重力方向。（点名让学生上来演示）

师：同学们，细心观察我们刚才指出这些地方的重力方向，你们有什么发现？

生1：指向地球里面的。

师：指向地球里面那里？

生2：圆心。

师：对了。不过，地球并不完全是一个球体，更准确的说重力的方向是指向地心

小结：居住在地球上的人类都受到地球引力（重力）的作用，所以能安安稳稳地生活在大地上，而且都把正对头顶上方的天空叫做“上方”，把朝向地球中心（地心）的方向叫做“下方”。重力的方向就是竖直指向地心的。

（五）牛顿与地球引力

师：原来不管我们站在什么地方，重力的方向都是竖直向下的，那你们知道发现了地球有引力的是谁吗？

生：牛顿。

师：对了，就是牛顿。其实牛顿是一个英国物理学家的名字，因为牛顿发现了地球引力的存在，所以重力的单位就以牛顿的名字命名了。现在我们就来听听“牛顿与万有引力”的故事，了解牛顿发现万有引力的过程。

（课件播放“牛顿与万有引力”的视频）

师：看完这个故事，你有什么收获？

生1：觉得牛顿很伟大，发现了万有引力。

生2：牛顿很细心，苹果掉下来不是吃掉，而是拿来研究。

生3：原来我们是斗不过地球的，地球对我们有引力，所以我们抛的球全部掉到地上了。

……

（六）奇思妙想

重力势能教学设计（通用） 篇5

作为一位杰出的老师，通常需要用到教学设计来辅助教学，教学设计一般包括教学目标、教学重难点、教学方法、教学步骤与时间分配等环节。那么教学设计应该怎么写才合适呢？下面是小编为大家整理的重力势能教学设计（通用6篇），供大家参考借鉴，希望可以帮助到有需要的朋友。

重力势能教学设计1

一、学习目标

(一)知识与技能

1.理解重力势能的定义及定义式。

2.知道重力势能的值是相对的，理解重力势能正负号的含义。

3.理解重力做功与重力势能的关系，知道重力做功与路径无关。

4.培养探究归纳能力和逻辑思维的能力。

(二)过程与方法

1.在探究过程中渗透科学的研究方法：控制变量法，实验过程观察法及实验结果分析法。

2.体会用“实验法”和“理论推导”相互验证问题的方法。

(三)情感、态度与价值观

1.从对生活中有关物理现象的观察，渗透在探究过程中体验解决问题的成功喜悦，激发学生探索自然规律的兴趣。

2.通过学生之间的讨论交流与协作探究，培养团队合作精神。

3.体验科学不仅仅是认识自然，挑战自然，更在于能动的改造自然。

二、学习起点

1.高一学生认识事物的特点是开始从具体的形象思维向抽象的逻辑思维过渡，但思维还常常与感性经验直接相联系，仍需具体形象的图片画面来支持。

2.学生在初中时已接触过重力势能的概念，在高中阶段重点是定量的学习重力势能。

3.学生已学习了功的概念和计算方法，通过重力做功的计算来判断重力势能的变化。

三、教学重点、难点

1.本节课重点是重力势能的概念及对重力势能的应用。

2.本节课难点是如何探究重力势能的概念。

四、教学方法

探究法，实验观察法，控制变量法，演绎推理法，讲授讨论，分析归纳法。

五、教学教具

铁球和橡胶球各一个，白纸若干张，CAI教学课件，视频展示台。

六、教学过程

(一)创设情境、激趣导入

投影多媒体图片：利用生活常见事例，创设问题情景，激发学生兴趣。

这是一幅美国内华达州亚利桑那陨石坑图片。这个陨石坑是5万年前，一颗直径约为30～50米的铁质流星撞击地面的结果。这颗流星重约50万千克、速度达到20千米/秒，爆炸力相当于2000万千克梯恩梯(TNT)，超过美国轰炸日本广岛那颗原子弹的一千倍。爆炸在地面上产生了一个直径约1245米，平均深度达180米的大坑。据说，坑中可以安放下20个足球场，四周的看台则能容纳200多万观众。可见，有些重力势能在自然界中的能量是巨大的。

过渡语：既然自然界中有些重力势能具有巨大的能量，那么我们人类可以将之加以利用。

这是一幅水力发电站图片，是利用水的重力势能来发电的。这些重力势能正在造福人类。(请同学们自己举些例子)

过渡语：当然，万事万物有利也有弊，如次巨大的重力势能也可能会造成重大的灾难。

这幅图片说的是20xx年9月21日上午，俄罗斯高加索北奥塞梯地区的一个村庄发生雪崩，造成至少100人失踪。(请同学们自己举些例子)

由以上资料可知，重力势能与我们的生活有密切关系。我们只有认识自然，才能更主动的改造自然。今天这节课我们将深入地学习重力势能知识及其应用。

(二)启导互动、主体探究

通过前面对功和能关系的学习，我们知道了怎样判断一个物体具有能量，即：一个物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量;而且对外做功越多，这个物体具有能量就越多。

重力势能教学设计2

能力目标：

⑴学会从功和能的关系推导出重力势能的表达式；

⑵在小实验设计研究中，初步会用控制变量法设计实验；

⑶在讨论分析中激发质疑探究意识，提高质疑能力。

情感目标：

生活实验中激发物理研究兴趣。

本节课着重解决了两个问题，即重力势能及其对称性；重力势能的变化与重力做功的关系，关于重力做正功，重力势能减少，重力做负功，重力势能增加。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，教学是要结合一些实例，解开学生的困惑。而难点是学生对重力势能相对性的理解。教学中用与温度的相对性类比的方法来突破这个难点。

学生对重力势能在初中已初步形成定性概念，知道重力势能是物体举高而具有的能，故本课引入要唤醒学生对这些概念的记忆，为定量认识重力势能打好铺垫。学生在前一节课“动能”学习中已体验定量研究的一些方法，这也为本课的研究学习打下了基础。但估计学生对“Ep=mgh”会进行公式化处理，出现只认公式不认理的现象，故引导学生对“Ep=mgh”中的“h”正确认识显得尤为重要。高一学生的研究探索、质疑提问能力很薄弱，通过本课在培养策略要取得一点突破。

依据教学大纲的要求和教材内容的特点、学生的特点，在本节教学中，让学生自己设计和完成实验，探索得到结论，充分体现“学生主体、教师主导”的教学模式。

以下为本课教学过程的设计：

1、情景引入

展出三峡水库大坝的模拟照片，让学生欣赏图片的过程中，引导学生思考、发问，并启发到水坝的作用是提高水位，使水具有重力势能并引入课题，再提出问题“建成后的三峡水库可蕴含多少水的重力势能？”激发学生对重力势能学习的迫切欲望。

通过图片情景，培养学生提问能力，并从三峡大坝的气势中激发学生的民族自豪感；与学生交流中回忆初中所学重力势能概念。

2、实验探究

在初中知识掌握的基础之上，让学生用身边的小物件设计实验验证重力势能与哪些量有关（书落手上、笔穿纸巾），研究探索后，再让学生自己总结得出结论，体现重力势能是由物体质量和相对位置决定的能量。并让学生猜想Ep与m、h的定量关系。

3、建立概念

重力势能的大小是否与重力做功有关系？给学生三个简单的运动过程，例从某高度做自由落体，从光滑斜面由静止滑下，沿曲面从与前两者相同的初平面运动至同一末平面，让学生运算三种情况下重力的功《重力势能》教学设计，类比于从动能定理《重力势能》教学设计，得到动能的定量表达式，也从中得到重力势能的定量关系：Ep=mgh。接着得到重力做功与重力势能变化量的关系：《重力势能》教学设计，从自由下落过程中的重力做功与重力势能具体变化间的关系，帮助学生理解“-”和“=”的含义。提供情景，物体越高，重力势能越大吗？展开对=g中“h”的大讨论，总结重力势能是对于某个参考面来说的。再讨论中“h”含义。从中在学生互促学习中对重力势能的相对性有真正地理解。

4、提出问题

《重力势能》教学设计，Ep=mgh中，“△h”与“h”的区别？引出重力势能具有相对性。明确指出“△h”是绝对量，“h”是相对量，所以重力势能是具有相对性的，要确定物体在某一状态所具有的重力势能，就必须首先选择一零势能面作参考。而后类比温度来讲明重力势能是标量，但有正负，启发学生思考其正负的含义。

5、弹性势能

小结重力势能概念形成过程，结合情景图片，让学生发现弹性势能与重力势能的共同点，都是由物体的相对位置决定的能量，并且都是客观存在的能。

6、概括总结,作业布置

必做题：P/45：1、3、5

本课较多采用的是情景讨论法，教师不是简单的呈现问题让学生解决，而是创设问题情景，让学生从中发现问题、提出问题，并在强烈内驱作用下进入学生小组合作探究、讨论过程，使研究性学习方式渗透到学科课堂教学中，一节课上尽可能有实验可操作、有问题可讨论、有平台可交流。在该教法中，教师对学生讨论过程的把握显得尤为重要，对学生的问题、讨论点的评价要及时，并能产生激励效应。

重力势能教学设计3

一、教学目标

1、理解的概念：

(1)知道什么是重力势能，强调“势”的含义。

(2)通过做功与能量关系，得到重力势能公式ep＝mgh，知道在国际单位制中，势能的单位是焦耳(j)；势能是标量。

(3)了解重力势能的相对性及势能差的不变性。

2、掌握重力做功特点及重力做功与重力势能变化的关系，应用其解决相关问题。

3、知道弹性势能及其相关因素。

二、重点、难点分析

1、本节重点是重力势能的表达，重力做功与重力势能变化的关系。

2、对于势能这种潜在做功能力的理解：一旦做了功，势能就发挥出来而减少了。

3、要强调重力做功与重力势能变化的相反量的关系，这在初学时很容易发生错误，所以应作为难点强调。

三、教具

投影仪及幻灯片(主要用于把课上要举的例题和图打出，节约时间和黑板空间)。

四、主要教学过程

(一)引入新课

我们已知道运动的物体具有动能，那么静止的物体是否有能量？我们又是如何知道它是否具有能量的呢？

根据学生的回答引出新课内容。

(二)教学过程设计

1、重力势能

利用刚才学生举的例子说明，被举高的重物一旦下落就可以做功，表明处于一定高度的重物“储存”着一种能量，这就是重力势能，即：重力势能是由于物体处于一定高度而具有的能量。

从重力势能的含义可以看出，它与物体的重力和高度有关，到底是什么关系呢？

2、重力势能公式

功是能量变化的量度，重力势能的变化也可用做功表示出来。例如，用一外力把一质量为m的物体匀速举高h，由于是匀速上升，物体的动能不变，外力举高物体做的功w＝mgh全部用于增加物体的重力势能。而此过程中克服重力做功亦为mgh，也就是克服重力做了多少功，就获得了多少重力势能。用ep表示势能，则处于高度h处的物体的重力势能为：

ep＝mgh

即重力势能等于物体重力与高度的乘积。

从势能公式的指导可以看出，它与功一样，在国际单位制中的单位也是焦耳(j)，而且也是标量。它是由物体所处的位置状态决定的，所以与动能一样是状态量。

重力势能教学设计4

一、教学目标：

（一）知识与技能

1、理解重力势能的概念，强调“势”的含义，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）过程与方法

用所学功的概念推导重力做功与路径的关系，亲身感受知识的建立过程。

（三）情感、态度与价值观

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、教学重难点：

1、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。

2、教学难点：重力势能的相对性和系统性。

三、教学过程：

(一）新课引入

我们在追寻守恒量一节中找到了一个不变的量，并把它叫作能量。对于能量是如何来定义或是量度的呢？我们物理学中是通过功能关系来定义，并规定：功是能量转化的量度。实际上，物体做功的过程就是能量转化的过程。比如：把一个质量为m的物块举高，物块要克服重力做功的过程中，同时伴随着它的重力势能也在变化。这节课，我们就从重力做功的角度来定量地研究重力势能的表达式。[板书：重力势能]

(二)新课教学

1、重力做的功[板书]

提问1：前面我们提到恒力做功（除摩擦力外）有什么特点？如1，小球在力F作用下由A点运动到B点过程中，力F做功怎么求？

(学生)答：恒力做功与物体运动的路径无关，只与初末位置有关。力F做的功为：。

总结：对于给定的物体，其重力所做的功应该也有这个特点。

（1）重力做功的特点：

重力对物体做的功只跟它的起点和终点的位置有关,与物体运动的路径无关。[板书]

提问2：怎么来证明呢？（让学生看书思考一下）

教师提示：如2所示，物体由A点沿三条不同的路径运动到B点的过程中，重力做的功为多少？（这里用到了微元思想）

总结：在这个过程中，重力所做的功都为：，得证重力做功与其运动路径无关，只与初末位置有关。

扩展：对于今后凡是碰到哪个力做功与路径无关，我们都可以引入一个相应的势能概念。

（2）重力做功的表达式：。

提问3：回过来看一看，既然功是能量转化的量度，表达式的右边表示的是什么？

总结：表示的能量之差，、就应该是物体在初末位置所对应的能量。也就是说就是我们寻找的重力势能的表达式。

2、重力势能[板书]

（1）定义：物体所受的重力与其所处的高度的乘积。

（2）表达式：。

（3）理解：①状态量，②标量，③单位：焦耳（J）。

（4）特点：

①具有相对性。因高度h具有相对性，重力势能也具有相对性。

提问4：对于讲桌上的粉笔盒，它所处的高度是多少？（等待学生思考）

要确定高度就必须先确定一个参考平面。我们把所选的参考平面认为势能为零。物体处在零势能面之上，就认为势能为正；处在零势能面之下，就认为势能为负。

提问5：物体大小形状不能忽略时，它距参考平面的高度怎么来确定？（等待学生思考）

物体大小形状不能忽略时，它距参考平面的高度应是物体重心到参考面的高度。如3所示。

②重力势能有正负，正负表示大小。

③具有系统性。物体的重力是地球施加的，如果没有地球，就不可能受到重力作用。重力势能应该归物体和地球所共有的。

例1如4所示，质量m=0.5kg的小球，从桌面以上高h1=1.2m的A点下落到地面的B点，桌面高h2=0.8m。

（1）在表格中的空白处按要求填入数据。

所选择的的参考平面

小球在A点的重力势能

小球在B点的重力势能

整个过程中小球重力做的功

整个下落过程中小球重力势能的变化

桌面

地面

（2）如果下落时有空气阻力，表格中的数据是否会改变？

3、重力势能与重力做功的关系[板书]

上面重力做功的表达式就可以写成：。

讨论：当重力做正功时，重力势能就要减小，即。当重力做负功时，重力势能就要增加，即。

重力势能的变化定义为：。（与参考面的选取无关。）

提问6：我们发现例1中，整个过程中小球重力做的功与整个下落过程中小球重力势能的变化成什么关系？

总结：重力势能的变化与重力做功的关系：。

例2质量为m的均匀链条长为L，开始放在光滑的水平桌面上时，有的长度悬在桌面边缘，如5所示，松手后，链条滑离桌面，问从开始到链条刚滑离桌面过程中重力势能变化了多少？

四、课堂小结：

1、重力做功的特点：与路径无关，只与起点和终点的高度差有关。

2、重力势能：。

3、重力势能具有相对性与系统性，具有正负且表示大小。

4、重力做功与重力势能变化的关系：。

五、作业布置：

课本66页问题与练习第2、4题。

重力势能教学设计5

教学目标

一、知识与技能

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。

二、过程与方法

用所学功的概念推导重力做功与路径的关系，亲身感受知识的建立过程。

三、情感、态度与价值观

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。

教具

铁球、多媒体、课件等。

教学过程

一、导入新课

2002年9月21日上午，俄罗斯高加索北奥塞梯地区的一个村庄发生雪崩，造成至少100人失踪，如左图所示。

右图是美国内华达州亚利桑那陨石坑。这个陨石坑是5万年前，一颗直径约为30—50米的铁质流星撞击地面的结果。据说，坑中可以安放下20个足球场，四周的看台则能容纳200多万观众。

参考问题：1.我们看到一个冰天雪地、广袤无垠的银色世界，它带给人们的是圣洁、平和、宁静的感受，一种心灵的洗涤。但是一旦大量积雪从高处滑下形成雪崩，一面面白茫茫的雪墙排山倒海而来，你将感受到大雪崩所带来最令人惊心动魄的白色恐惧，将对人们的生命与财产带来灾难……为什么这么漂亮的雪花有如此大的破坏力？发生的雪崩为什么具有这么大的能量？

2.通过美国内华达州亚利桑那的陨石坑现象，你能说出这么大的能量与哪些因素有关？

二、新课教学

（一）重力的功

教师：重力做功与什么因素有关呢？我们现在就通过几个例子来探究一下。

（多媒体投影教材上的图7.4-1、图7.4-2、图7.4-3，让学生独立推导这几种情况下重力做的功）

教师：比较容易做的是哪一个问题？

学生：第一个和第二个问题。

教师：为什么这两个问题容易研究呢？

学生：因为这两个问题中物体运动的路径是直线，所以在研究重力做功的问题上比较容易研究。

教师：那么这两个问题的答案是什么呢？

学生：第一个问题中WG＝mgh=mghl－mgh2，第二个问题中WG=mglcosθ=mgh＝mgh1－mgh2，和第一个问题中所求出的答案相同。

教师：我们大胆猜想一下，第三个图中重力做的功和前两个是否相等呢？

学生：可能是相等的。

教师：我们来验证一下我们的猜想，第三个图的困难在哪里？

学生：力做功的路径是曲线。

教师：我们怎样突破这个难点呢？曲线问题不容易解决，我们可以把这一条曲线看作由很多小的直线组成，这样把每小段直线上重力做的功合起来就是整个过程中重力做的总功。在第三种情况下重力做的功和前两种情况中重力做的功相同。

教师：我们可以得到什么样的结论？

学生：重力做功与路径无关，与物体的初末位置有关，具体的表达式是WG=mgh1－mgh2，其中hl和h2表示物体所处位置的高度，可见物体的重力mg与它所在位置的高度h的乘积“mgh”是一个具有特殊意义的物理量。

教师总结并板书：物体运动时，重力对它做的功只跟它的起点和终点位置有关，而跟物体运动的路径无关。

练习：

1.如图所示，某物块分别沿三条不同的轨道由离地高h的A点滑到同一水平面上，轨道1、2是光滑的，轨道3是粗糙的，则（）。

A.沿轨道1滑下重力做功多

B.沿轨道2滑下重力做功多

C.沿轨道3滑下重力做功多

D.沿三条轨道滑下重力做的功一样多

答案：D

2.如图所示，一个质量为m的木块，以初速度v0冲上倾角为θ的固定斜面，沿斜面上升l的距离后又返回运动。若木块与斜面间的动摩擦因数为μ，求：

（1）木块上升过程克服重力做功的平均功率；木块的重力势能变化了多少？

（2）木块从开始运动到返回到出发点的过程中，滑动摩擦力做的功是多少？

（3）木块从开始运动到返回到出发点的过程中，重力做的功是多少？

答案：

（1）mgv0sinθ/2mglsinθ

（2）2μmglcosθ

（3）0

（二）重力势能

教师演示实验：在一个透明的玻璃容器内装上沙子。

实验一：用一个铁球从不同高度释放，观察铁球落在沙子中的深度。

实验二：用大小不同的两铁球从同一高度释放，观察铁球落在沙子中的深度。

学生观察思考并讨论，教师总结：

通过上述演示，我们可以定性得到：重力势能跟物体的质量和高度都有关系，且物体的质量越大，高度越大，重力势能就越大。

1.重力势能的概念

2.重力势能的表达式：Ep=mgh

教师提出问题：重力做功引起了物体位置的变化，物体位置的变化引起重力势能的变化，重力做功与重力势能变化有什么关系呢？

引导学生推导，学生回答，教师点评、完善总结。

3.重力做功与重力势能变化的关系：

重力做功也可以写成WG=Ep1－Ep2当物体下落时，重力做正功mgh，WG>0，即Ep1>Ep2，这说明，重力做功，重力势能Ep减少，减少的值等于重力所做的功。同理，当物体上升时，重力做负功﹣mgh，重力势能Ep增加的值等于重力所做的功。要注意的是，重力做负功也可以说成物体克服重力做功，重力做功是重力势能变化的量度。

即：重力做正功，重力势能减少；重力做负功，重力势能增加。重力势能的变化量与重力做的功数值相等。

练习：

1、一实心铁球和一实心木球质量相等，将它们放在同一水平面上，下列说法正确的是（）。

A、铁球的重力势能大于木球重力势能

B、铁球的重力势能等于木球重力势能

C、铁球的重力势能小于木球重力势能

D、上述三种情况都有可能

答案：D

2.下列说法正确的是（）。

A.物体克服重力做功，物体的重力势能增加

B.物体克服重力做功，物体的重力势能减少

C.重力对物体做正功，物体的重力势能增加

D.重力对物体做负功，物体的重力势能减少

答案：A

3.物体在运动过程中，克服重力做功50J，则（）。

A.物体的重力势能一定为50J

B.物体的重力势能一定增加50J

C.物体的重力势能一定减少50J

D.物体的重力势能可能不变

答案：B

（三）重力势能的相对性

教师提出问题：将一个质量为5kg的铁球放在4楼一张1.5m高的桌子上，已知每层楼的高度均为2.5m，求铁球的重力势能。

要求学生分组计算，让各小组代表自由表述自己的`计算结果，教师暂不作评价。预测学生的计算情况，在高度的数值代入上有不同的意见，出现计算上的矛盾，此时，教师引导学生感受由于参考面的选取不同，给计算造成了不便，无法计算。因为没有说明物体的高度是以什么位置为零高度。

请学生分别写出上图中以B和地面C为零点的物体的重力势能：Ep1=mgh1，Ep2=mg（h1+h2）（h1=AB，h2=BC）。

总结：1.重力势能具有相对性，是与零点选取有关的，因此在表达重力势能时，要指明势能零点的位置。我们把重力势能为零的水平面叫做零势能面。通常以水平地面为零势能面。

2.对选定的参考平面而言，在参考平面上方的物体，高度是正值，重力势能也是正值；在参考平面下方的物体，高度是负值，重力势能也是负值。物体具有负的重力势能，表示物体在该位置具有的重力势能比在参考平面上具有的重力势能要少。

自主学习：学生分别写出以B和地面C为零势能面情况下，物体落在B和落在地面C上时与初态的重力势能差：ΔEp1=-mgh1，ΔEp2=-mg（h1+h2），这是与零点选取无关的。

师生总结：不论我们如何选择参考系，对于一物理过程，重力势能的改变是一定的，即物体重力势能的变化与参考系的选取没有关系。我们今后的学习中，更多地是研究某物理过程中重力势能的变化，这时我们就可以适当选择参考系使问题简化，而不会影响结果。

练习：

1.将同一物体分两次举高，每次举高的高度相同，则（）。

A.不论选取什么参考平面，两种情况中，物体重力势能的增加量相同

B.不论选取什么参考平面，两种情况中，物体最后的重力势能相等

C.不同的参考平面，两种情况中，重力做功不等

D.不同的参考平面，两种情况中，重力最后的重力势能肯定不等

答案：A

2.井深8m，井上支架高2m，在支架上用一根长3m的绳子系住一个重100N的物体，若以地面为参考平面，则物体的重力势能有；若以井底面为参考平面，则物体的重力势能是。

答案：－100J700J

（四）势能是系统所共有的教师：请同学们阅读教材P66“势能是系统所共有的”部分，思考讨论势能的系统性。

学生：阅读、讨论并理解。

教师总结：质量是物体的固有属性，而重力的施力物体是地球；没有物体，谈不上重力势能；没有地球施加重力，重力势能也就不复存在。重力势能是物体跟地球组成的系统所共有的，而不是物体单独具有的。

三、课堂小结

本课主要学习了以下内容：

1.势能由物体间的相互作用而产生，由它们的相对位置而决定。

2.势能是标量，单位是焦耳。

3.重力对物体所做的功与物体的运动路径无关，只跟物体运动的始、末位置有关，重力所做的功等于物体始、末位置的重力势能之差。

4.重力势能是地球和地面上的物体共同具有的，一个物体的重力势能的大小与参考平面的选取有关。

四、课堂训练

1.关于重力势能，下列说法正确的是（）。

A.重力势能的大小只由重物本身决定

B.重力势能恒大于零

C.在地面上的物体具有的重力势能一定等于零

D.重力势能实际上是物体和地球所共有的2.关于重力势能与重力做功，下列说法正确的是（）。

A.物体克服重力做的功等于重力势能的增加

B.在同一高度，将物体以初速v0向不同的方向抛出，从抛出到落地过程中，重力做的功相等，物体所减少的重力势能一定相等

C.重力势能等于零的物体，不可能对别的物体做功

D、用手托住一个物体匀速上举时，手的支持力做的功等于克服重力的功与物体所增加的重力势能之和

3、关于重力势能的几种理解，下列说法正确的是（）。

A.重力对物体做正功时，物体的重力势能减小

B.放在地面上的物体，它的重力势能一定等于零

C.在不同高度将某一物体抛出，落地时重力势能相等

D.相对不同的参考平面，物体具有不同数值的重力势能，但并不影响有关重力势能问题

4、将一个物体由A移至B，重力做功（）。

A.与运动过程中是否存在阻力有关

B.与物体沿直线或曲线运动有关

C.与物体是做加速、减速或匀速运动有关

D.与物体初、末位置高度差有关

5、一质量为1kg的物体，位于离地面高1.5m处，比天花板低2.5m。以地面为零势能位置时，物体的重力势能等于__J；以天花板为零势能位置时，物体的重力势能等于____J（g取10m／s2）

6、甲、乙两物体，质量大小关系为m甲=5m乙，从很高的同一高度处自由下落2s，重力做功之比为_____，对地面而言的重力势能之比为_____。

三、计算题

7、如图所示，一条铁链长为2m，质量为10kg，放在水平地面上，拿住一端提起铁链直到铁链全部离开地面的瞬间，物体克服重力做功为多少？物体的重力势能变化了多少？

答案：

1.D

2.AB

3.ACD

4.D

5.15﹣25

6.5:15:1

7.在这个过程中铁链重心上升了h=1m，所以，克服重力做功为：=100J，重力势能增加了100J。

五、布置作业

教材P66、67问题与练习第2、3题。

重力势能教学设计6

一、教学目的：

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、4、了解弹性势能、二、重点难点：

1.重力势能以及重力势能的变化与重力做功的关系.2.理解重力势能的相对性.三、教学方法：

演示实验、分析推理、讲授讨论.四、教具：

轻重不同的重锤一个、木桩、沙箱、橡皮筋.五、教学过程：

（一）引入新课：

大家知道水力发电站是利用水来发电的，水是利用什么能来发电的呢？学习这节课后，我们将会了解这个问题。

通过前面对功和能的关系的学习，我们知道怎样判断一个物体具有能量：一个物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量。

演示重锤从高处落下，把木桩打进沙箱中，说明重锤对木桩做了功，举高的重锤具有能量。我们把重锤由于被学举高而具有的能量叫做重力势能。本节课将学习重力势能的有关知识。

（二）进行新课：

重力势能的大小与什么因素有关呢？

演示实验1：演示由质量不同的重锤从相同高度落下，木桩被打进沙箱的深度不同，引导学生分析得出：质量越大的重锤具有的重力势能越大。

演示实验2：演示用同一重锤从不同高度落下，木桩被打进沙箱的深度不同，引导学生得出：重锤高度越大，具有的重力势能越大。

怎样定量地表示重力势能呢？

把一个物体举高，要克服重力做功，同时物体的重力势能增加。一个物体从高处下落，重力做功，同时重力势力能减小。可见重力势能跟重力做功有密切关系。

如图1所示，设一个质量为的物体，从高度为h1的A点下落到高度为h2的B点，重力所做的功为：

WG=gΔh=gh1-gh2

我们可以看出WG等于gh这个量的变化。在物理学中就用这个物理量表示物体的重力势能。重力势能用EP来表示。

1、重力势能

1定义：由于物体被举高而具有的能量。

2重力势能的计算式：EP=gh.即物体的重力势能等于物体的重量和它的高度的乘积。

3重力势能是标量，其单位与功的单位相同，在国际单位中都是焦耳()

2、对EP=gh的理解：

1式中h应为物体重心的高度。

2重力势能具有相对性，是相对于选取的参考面而言的。因此在计算重力势能时，应该明确选取零势面。

3重力势能可正可负，在零势面上方重力势能为正值，在零势面下方重力势能为负值。

4选取不同的零势面，物体的势能值是不同的，但势能的变化量不会因零势面的不同而不同。

例题1：边长为L，质量为的立方体物体静止放在地面，在其旁边有一高为H的水平桌面,如图2所示.1若选地面为零势点，立方体物体的重力势能为多少？

2若选桌椅面为零势点，立方体物体的重力势能为多少？

学生先做，老师再讲。

解析：

1EP=gL/2.2EP=-g(H-L/2).3、重力势能的变化和重力做功的关系

引导学生进一步分析：图1中，重力做正功，重力势能减少，减少的重力势能转化为物体的动能了。重力势能的变化是否在任意情况下都等于重力所做的功？重力做功有什么特点？

讨论1：物体从A点下落到B点过程中，如果受阻力作用，重力做的功与重力势能变化之间的关系是怎样的？

物体下落受到阻力，只影响物体动能的变化，不影响重力的功，重力势能的变化只与A、B两点的高度差有关。

WG=gh1-gh2=EP1-EP2.物体减少的重力势能等于重力所做的功，但由于要克服阻力做功，减少的重力势能没有全部转化为动能。

讨论2：若物体从A点下落到B点后，再平移到与B点等高的C点，重力做的功是多少？重力做功与重力势能之间的关系又如何？如图3所示。

物体由B到C过程中重力不做功，重力势能也不变化，因此物体由A运动到C点过程中，重力的功仍是WG=gh1-gh2=EP1-EP2.物体减少的重力势能等于重力所做的功。

讨论3:若物体是从A点沿斜面滑到与B点等高的C点，上述关系是否成立？

设AC之间长为S，且与水平方向成θ角。

重力做功WG=Fssinθ=gh1-gh2

由此发现重力做功与路径无关，只跟初末位置高度有关，物体减少的重力势能仍等于重力所做的功。

讨论4:物体从B点分别匀速、加速、减速上升到A点，上述关系又是如何呢？

无论物体从B点上升到A点是匀速、加速、减速，重力都做负功，且都等于物体重力与初末位置高度差的乘积。而重力势能都增加，增加的重力势能等于克服重力所做的功。但这三种情况中，由于所受拉力不同，物体动能的变化量等于合外力的功，动能变化量不相同。

师生共同总结出重力势能变化只与重力做的功有关，两者关系如下：

当物体由高处运动到低处时，重力做正功，重力势能减少。减少的重力势能等于重力所做的功。

当物体由低处运动到高处时，重力做负功，即物体克服重力做功，重力势能增加。增加的重力势能等于克服重力所做的功。

引导学生总结出重力做功的特点：

4.重力做功的特点：重力所做的功只跟初始位置的高度和末位置的高度有关，跟物体的运动路径无关。

演示实验3:演示张紧的橡皮筋把纸团射出去，说明发生弹性形变的橡皮筋能够做功，因而具有能量------这种能量称为弹性势能。

5.弹性势能：发生弹性形变的物体，在恢复原状时能够对外界做功，我们把物体因发生弹性形变而具有的势能叫弹性势能。

引导学生举些具有弹性势能物体的实例。如张紧的弓、卷紧的发条、位伸或压缩的弹簧、击球时的网球拍等都具有弹性势能。初步了解弹簧所具有弹性势能的大小与什么因素有关。

分析：弹簧被拉伸或压缩的长度越大，恢复原状时对外做的功就越多，弹簧的弹性势能就越大。弹簧的弹性势能不跟弹簧的劲度有关，被拉伸或压缩的长度相同时，劲度越大的弹簧弹性势能越大。

重力势能和弹性势能是由相互作用物体的相对位置决定的，所以势能又叫位能。今后还将学习其它形式的势能。

例题2:沿着高度相同，坡度不同，粗糙程度也不同的斜面向上拉同一物体到顶端，以下说法中正确的是：

A、沿着坡度小、长度大的斜面上升克服重力做的功多；

B、沿长度大、粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功多；

C、沿长度大、粗糙程度小的斜面上升克服重力做的功多；

D、上述几种情况重力做功同样多。

学生先做，老师再评讲。正确答案为D。

（三）课堂小结：

1.重力势能：由于物体被举高而具有的能量；重力势能的计算式：EP=gh.，即物体的重力势能等于物体的重量和它的高度的乘积；重力势能是标量，其单位与功的单位相同，在国际单位中都是焦耳。

2.重力做功的特点：重力所做的功只跟初始位置的高度和末位置的高度有关，跟物体的运动路径无关。

3.弹性势能：发生弹性形变的物体，在恢复原状时能够对外界做功，我们把物体因发生弹性形变而具有的势能叫弹性势能。

（四）、课外作业：

1.复习归纳本节课内容。

2.思考课本练习四第（1）、（3）题。

重力教学反思 篇6

本节是在前一章学过的力的一般基础上，来研究最常见的一种力----重力。我先通过学生熟悉的例子使学生认识了重力的存在，引导学生通过实验探究，再利用坐标作图的方法，得出物体所受重力的大小与物体的质量成正比。这种做法思路简捷，学生容易掌握，同时也学会了利用数学知识解决物理问题的一种方法----图像法。教学中对重力的方向“竖直向下”，成为教学的难点，为此我是这样做的：利用课本的方法，将物体悬挂起来，物体静止时线的方向就是重力的方向，这个方向叫竖直方向。，所以重力的方向就是竖直向下。

生活中物体在重力作用下竖直下落的例子比比皆是，只要教师要通过学生熟悉的例子创设问题情景，就能提高学生学习的兴趣和乐于探究问题的积极性。

《重力》教学反思一

一、立足培养学生[此文转于斐斐课件园 FFKJ.Net]的探究能力进行设计

1、让学生从熟悉的瀑布图入手，引导学生抓住图中的主要信息，大胆地提出问题。

2、放手让学生进行猜想，并建立假设，讨论确定重力的大小与质量的关系的正确假设。

3、让每个学生设计实验方案，通过小组讨论确定教理想的方案。

4、进行实验，检验假设，通过小组合作完成探究过程。

5、根据实验数据，进行分析处理，通过组内讨论，组际交流，得出结论。

二、在创设情景中，培养学生[此文转于斐斐课件园 FFKJ.Net]的多种能力

1、引入新课时，提供瀑布图，让学生根据提供的信息，提出各种问题，引发学生的发散思维，培养了学生的表达能力和看图提问的能力。

2、让学生观察实验现象和生活经验的基础上得出重力的方向是向下的，在让学生判断，结果利用已有知识不能解决问题，产生了矛盾，让学生进入学习重力方向的状态中。

3、通过情景变换，让学生建立：从挂在铁架台上的钩码无论怎么倾斜细线都处于竖直方向，由此转换为重力的方向总是竖直向下的，从而有效地培养学生[此文转于斐斐课件园 FFKJ.Net]思维的灵活性和归纳的思维方法。

4、让学生完成对重力和质量关系的探究，培养学生[此文转于斐斐课件园 FFKJ.Net]合作的精神，通过交流，培养学生[此文转于斐斐课件园 FFKJ.Net]的表达能力和分析和处理数据能力。

5、让学生算自己的重力有多大，直接应用了重力的计算公式，培养学生[此文转于斐斐课件园 FFKJ.Net]的计算能力和解决实际问题的能力。

6、通过想象没有重力可能会出现的现象，培养学生[此文转于斐斐课件园 FFKJ.Net]发散性思维、丰富的想象力，体会到重力的存在意义。

7、通过重垂线的学习，学生很快联系到建筑业。借此我们就可以当堂培养学生[此文转于斐斐课件园 FFKJ.Net]的创造能力，让学生设计不同类型的重垂线仪器，由此及彼设计水平仪，实践证明：学生对设计、创造相当感兴趣，当堂，学生就设计了好几种不错的方案。别忘了让学生课后延续他们的创造梦想。

三、本课体现信息技术与学科教学整合

1、科学教学中需要大量的自然图片作为问题的来源或知识的铺垫，利用信息技术展示容量大的图片可以节省时间，效果显著。

2、科学教学中需要结合前沿科技信息，利用信息技术可以达到立即搜索，立即呈现，学生兴趣立即被激发。如太空中宇宙飞船，人造卫星等。

3、科学教学中学生经常通过探究进行学习，在针对某个问题进行探究时，教师务必让学生明确探究的目的、方法、过程等，而这些可以利用信息技术展示，使学生在讨论之后一目了然。《重力》教学反思二

１、课程标准中关于本节内容的要求为“通过常见事例或实验，了解重力”，因此在教学设计中以日常生活中的现象提出问题，在学习了重力，重力势能的知识后，又让学生利用所学知识解释日常生活中的相关现象，体现了 “从生活走向物理，从物理走向社会” 新课程理念。

２、“科学探究”既是教学内容又是教学方法，因此在本节课中安排了两个探究活动，以通过探究活动让学生在了解重力大小的同时进一步熟悉和掌握科学探究的方法。

3、苏科版教材第八章《力》 的设计思想是先学习特殊现象，再学习一般现象，即先学习弹力、重力、摩擦力，再学习力，因此本节课的除了完成基本知识教学以外，还指导学生掌握研究的力的常见方法即通过力的三要素去研究力，并在第四节的教学中有良好的反馈。

4、在教学过程(本文来自优秀教育资源网斐.斐.课.件.园)中，结合生活物理社会的内容，拓展介绍了万户飞天和神州飞船相关内容，激发了学生的民族自豪感和献身科学的激情，成功地进行了爱国主义教育。

5、本节课教学中适当的运用计算机辅助教学化解了教学重难点，并获得了成功。

《重力》教学反思三

长期以来，学生感到科学“难学”，如何打消学生畏难情绪，让科学课堂“生动”起来，通过《重力》一课的教学，我有了一些粗浅的体会：

一、师生相互交流的课堂舞台让学生思维动起来 此文转自斐.斐课件.园 FFKJ.Net

1、课堂不再是老师表演的舞台，而是师生相互交流的舞台。

探究重力方向时，先以多媒体课件展示生活中三个运动画面，接着学生交流了大量生活中常见的物理现象，如雨水下落，悬挂物体的细线自由下垂，墨水由静止下落且在白纸上留下痕迹等。一改过去呆板、机械的学习方式，使课堂气氛活跃，大大激发了学生个性化思维和独特见解。

2、课堂不再是对学生训练的场所，而是引导学生发展的场所。

学生探究重力大小与什么因素有关时，交流了一些令人惊喜的想法。猜想一，重力的存在；猜想依据：物体放手后会下落。猜想二，重力的方向怎样；猜想依据：抛在空中的物体总是竖直掉在地面。„„在猜想的过程中，学生的创新热情和探索兴趣被激发，从而产生对科学的偏爱。

二、科学探究活动让物理课堂生动起来

发现、创新是人的一种天性，教育的目的之一就是要发展这种天性。在《重力》一课中，有一位学生做出了“重力的方向垂直向下”的猜想，有的已经做过预习的同学掩口而笑，我马上意识到这有损该同学的自尊心。于是表扬他热情高，敢于猜想，并鼓励他用实验检验自己的猜想。这位同学一扫脸上的阴云，特别投入地思考、实验。猜想本不言对错（需要依据），可贵的是怎样在实践中检验，在实验中体验过程、感知方法。实验时，也许会有一些看似错误的步骤，但我们切不可轻易否定，或许智慧的火花就会在此闪亮。比如学生在演示墨水下落的时候，操作方法不正确，我并不急于指正，而是让其他同学帮助完善，让更多学生能够学到知识。玩中学，本就是青少年的特点，只要我们善于引导，其效果反而更好，学生的智慧会在玩和错中碰撞出火花，会在玩与错中逐步走进科学的殿堂。

三、教学过程(本文来自优秀教育资源网斐.斐.课.件.园)中存在的问题及解决措施

1、学生由于对科学探究的精神体会不多，进行科学猜测时，不够主动、大胆，教师应充分发挥主导作用，进行有效调控，鼓励和引导学生打开思路，大胆地进行其它猜想。

2、实验过程中个别学生独立意识太强，不注重配合。教师应重视学生之间的相互交流，将个人竞争转化为小组间竞争，培养合作精神、团队意识、集体观念。

一般重力式挡土墙设计 篇7

关键词：重力式挡土墙,稳定性计算,地基承载力的计算

0 引言

挡土墙是用来支撑天然边坡或人工填土边坡以保持土体稳定的建筑物,起阻挡土体下滑和收缩边坡的作用,按挡土墙材料和结构特点的不同有很多形式,其中应用较多的有:重力式(一般由石砌)、薄壁式(一般由钢筋混凝土做材料)、锚定式、垛式和加筋土式等。重力式挡土墙主要依靠墙体自重抵抗墙后土体的侧压力来维持其稳定,具有形式简单,取材容易,施工方便的优点,是工程中应用较广泛的一种形式。常用的重力式挡土墙的构造一般由墙身、基础、排水设施和伸缩缝等部分组成。

本文以安庆市大观民营经济开发区(凤凰工业园)经二南路挡土墙设计为例,拟对重力式挡土墙的选型和设计方法进行介绍。

1 工程概况

安庆市大观民营经济开发区(凤凰工业园,以下简称大观工业园),位于安庆市西部,南起黄土坑路,北至规划的勇进路,西邻石门湖,东止于茅青路的高压线走廊,总用地面积1.56 km2,本区域属于丘陵地区,用地地形为岗冲相间,高低不平,起伏较大,本挡土墙即位于大观工业园内经二南路(与黄土坑路相接段)的两侧,长度从桩号0+015至0+240,地面高差最大为5.2 m,根据建设单位提供的《岩土工程勘察报告》,此段为挖方段,土质较好,为泥质砂岩,fk=300 k Pa,可作为挡土墙的天然地基。

2 挡土墙的选型及断面的确定

1)重力式挡土墙具有结构简单,施工方便,能够就地取材等优点,因此应用浆砌块石建重力式挡土墙在市政工程上应用相当广泛。重力式挡土墙按墙背的倾斜方向可分为仰斜、直立和俯斜三种形式,结合本工程的实际情况,选为直立式路肩挡土墙。

2)挡土墙断面各尺寸根据挡土墙所处的条件(工程地质,填土性质以及墙体材料和施工条件等)凭经验初步拟定截面尺寸,如图1所示。

3)挡土墙计算参数的确定:墙高H=7.0 m,直立式路肩型挡土墙,挡土墙背后按q=20 k Pa的均布荷载考虑,α=0,β=0,填料内摩擦角ψ=35°,基底摩擦系数μ=0.45,土对挡土墙背的摩擦系数δ=15°,砌体重度γ=22 k N/m3,填土重度γc=18 k N/m3,泥质砂岩fk=300 k Pa,α0=11.31°(按基底逆坡1∶5考虑),本场地按抗震设防烈度为7度(0.1g),定为设施设防。

3 挡土墙的计算

挡土墙计算包括稳定性验算、地基承载力的验算;挡土墙的稳定性破坏通常有两种形式:一种是在主动土压力下的外倾,对此应进行倾覆稳定性验算;另一种是在土压力作用下沿基底外移,需进行滑动稳定性验算。

3.1 采用库仑土压力理论计算主动土压力Ea

其中,Ka为主动土压力系数;η为地震角,7度(0.1g),η=1.5°;ψ为填料内摩擦角;α为挡土墙墙背与垂直线夹角,墙背垂直的挡土墙α=0;δ为墙背与填料摩擦角;β为墙背后边坡坡度,路肩式β=0;γc为墙背填料重度,k N/m3;h0为荷载换算土柱高度,m;H为挡土墙高度,m。

将各参数代入上式,经计算Ka=0.262。

将各参数代入式(1),解得Ea=152.2 k N/m。

土压力作用点离墙踵的高度为:

土压力作用点离墙趾的高度为:

3.2 挡土墙自重及重心计算

将挡土墙截面分成如图2所示五部分,分别计算它们的自重及重心截面面积∑A=10.816 m2。每米挡土墙总重∑G=237.95 k N。

3.3 计算地震水平荷载Fk

其中,Cz为地震综合影响系数,取Cz=0.25;Kh为水平地震系数,当基本地震加速度为0.1g时,取0.1;ψw为水平地震作用沿墙高分布系数,取ψw=2;Gw为挡土墙自重。

3.4 抗倾覆验算

作用在挡土墙上的力系见图2,挡土墙在自重G、主动土压力Ea和水平地震力Fk作用下,可能绕墙趾O点倾覆,抗倾覆力矩与倾覆力矩之比大于1.6即符合要求。

3.5 抗滑移验算

在滑动稳定性验算中,将G,Ea,Fk都分解成垂直和平行于基底的分力,抗滑力和滑动力之比称为抗滑安全系数Ks,应符合下式要求:

其中,Gn,Gt分别为挡土墙自重在垂直和平行于基底平面方向的分力;Ean,Eat分别为主动土压力Ea在垂直和平行于基底平面方向的分力;μ为土对挡土墙基底的摩擦系数。

将各值代入式(3),解得Ks=1.34>1.3,符合要求。

3.6 地基承载力验算

作用在基底的总垂直力:

合力作用点距墙趾O的距离:

偏心距:

基底压力:

计算得出的基底压力小于地基承载力300 k Pa,满足地基承载力的要求。

4 结语

以上是笔者在大观工业园经二南路挡土墙的计算过程,笔者在挡土墙设计时既考虑了结构安全,又考虑了经济效益,经施工单位、监理单位严格按设计施工和质量控制,确保了本工程的质量。到目前,该工程已竣工两年多了,整个结构稳定如常,得到了业主单位的好评。

参考文献

[1]杨位洸.地基及基础[M].第3版.北京:中国建筑工业出版社,1998.

[2]邓学钧.路基路面工程[M].第3版.北京:人民交通出版社,2008.

一种重力电池的实验设计 篇8

摘要：重力电池是一种形式介于单液电池和双液电池之间的电池。它利用不同溶液密度的不同使溶液分层，电池两极分别位于上下两层液体中，具有内阻小、电流大并且稳定的特点。设计并制作了重力电池，结合实验介绍了重力电池的原理及发展简况。

关键词：重力电池；实验设计；浓差电池；锌电极；铜电极

文章编号：1005–6629（2016）7–0057–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1 背景介绍

铜锌原电池是高中电化学中的重要实验。必修《化学2》教材中介绍了单液铜锌原电池，旨在帮助学生了解原电池的工作原理和构成条件，初步形成原电池的概念。选修4《化学反应原理》教材中介绍了电池效率更高、更加稳定的带盐桥的双液原电池。由此可见，课程在原电池原理及实用性方面，对学生的要求逐渐提高。

追溯原电池的发展过程，重力电池是形式介于传统的单液原电池和带盐桥的双液原电池之间的一种电池。它最早源于19世纪60年代法国的Cal laud对简单的丹尼尔电池的改进[1]，直到20世纪50年代都被用作电源为美国和英国的电报网络供电。传统的重力电池如图1所示，由一个底部放有一个铜电极（+），边缘悬挂一个锌电极（-）的容器组成。硫酸铜晶体分散在正极的周围，容器装满了蒸馏水。当在负极表面形成一层硫酸锌的时候，就开始有电流产生了。重力电池的首要条件是保持液体呈现静止状态，因此它不是一个便携式的电源，晃动或搅拌都可能使两种溶液混合。随着电池放电时间的延长，上层的锌电极和下层的硫酸铜会不断消耗，因此电池使用了一段时间之后需要通过更换锌电极或向溶液中直接添加硫酸铜晶体的方法，使该重力电池重新开始工作。重力电池据此可以不断被充电，在没有电网的情况下，可重复使用，这也是当时重力电池能被广泛应用的原因之一。

重力电池中铜电极位于硫酸铜溶液中，锌电极位于硫酸锌溶液中，构成铜锌原电池。铜电极为正极，发生还原反应，Cu2++2e-=Cu；锌电极为负极，发生氧化反应，Zn-2e-=Zn2+，电池的总反应为：Zn+Cu2+=Zn2++Cu。

重力电池将电池反应分为在上下两层溶液中进行的两个半反应，是利用了溶液分层的原理。一般认为，溶液是均一、稳定的混合物。但是因为不同溶液中溶质的种类不同或含溶质的多少不同，所以不同的溶液的密度一般是不同的。如果在没有搅拌或振荡的情况下混合两种溶液，将密度大的溶液缓慢从密度小的溶液下部加入，静置时由于重力的作用，两种溶液不能均匀混合，密度大的溶液在下层，密度小的溶液在上层。若两种溶液的颜色不同，在宏观上能明显观察到颜色分层的现象。

高中化学教材曾呈现过不同溶液因为其密度不同而分层的现象。人教版高中必修《化学1》[2]第三章第一节“金属的化学性质”中展示了一幅铝丝和硫酸铜溶液反应的图片，如图2所示，其发生了如下反应：2Al+3CuSO4=Al2（SO4）3+3Cu。可以观察到伸入液面以下的铝丝被置换出的铜单质包裹，随着反应的进行，蓝色的硫酸铜溶液逐渐变为无色的硫酸铝溶液。若按方程式计量系数反应，3mol CuSO4反应生成1mol Al2（SO4）3，反应前溶液溶质为3mol CuSO4，其质量为480g，反应后溶质为1mol Al2（SO4）3，其质量为342g。3mol CuSO4的质量大于1mol Al2（SO4）3的质量，反应前后溶液体积不变，所以反应后的Al2（SO4）3溶液的密度小于反应前CuSO4溶液的密度，静置时溶液分层，上层为无色Al2（SO4）3溶液，下层为蓝色CuSO4溶液。由此可得，溶液能因密度不同而分层。

一般溶液分层并不是一种稳定的状态。在热力学中，体系有自发倾向于熵增的趋势，溶质会自发地从高浓度向低浓度扩散，所以溶液并不能长时间维持分层的状态，一段时间之后分层的现象消失，形成均一、稳定的溶液。但是重力电池在工作中，溶液能始终维持分层，其原因可从离子迁移方向的影响因素上考虑。一方面受电势高低的影响，电解质溶液中的阴离子向原电池的负极移动，阳离子向原电池的正极移动。另一方面受溶液浓度的影响，离子倾向于向浓度低的方向扩散。重力电池能在宏观上观察到溶液分层的界面，是因为Cu2+在水溶液中呈蓝色。由于电势的影响，Cu2+离子向电势高的铜电极（+）方向移动，由于受离子浓度的影响，Cu2+应该向铜离子浓度低的锌电极（-）方向移动，两种因素促使Cu2+向相反的方向移动。受这两种方向相反作用的影响，综合表现为在宏观上能够观察到无色液体和蓝色液体的界面始终存在。因此，使用重力电池作为电源时，电流必须保持流动来抵消两层溶液相互扩散的效应。

重力电池在19世纪的西方已经被广泛应用，而国内这种形式的电池却还鲜为人知。重力电池的形式介于单液和双液原电池之间，和单液原电池相比重力电池将电池反应分成两个半反应，分别在不同的溶液中进行。和双液电池相比，重力电池没有使用盐桥，电池反应在同一液体体系中进行。本文设计并制作了一种重力电池，测量了其电动势及电流随时间的变化并进行了分析。此外，还依据重力电池的形式进行了拓展和创新。

2 实验内容

2.1 重力电池的制作

2.1.1 实验试剂与器材

CuSO4·5H2O（AR）、ZnSO4·7H2O（AR）、蒸馏水

烧杯（150mL）、容量瓶（100mL）、量筒（100mL）、三角漏斗、滴管、玻璃棒、铜片、锌片、铁夹、带夹导线、数字万用表（VC890D）

2.1.2 实验步骤

（1）制作电极。将6.0cm×2.3cm锌片和10.0cm×2.3cm铜片卷成螺旋状并连接导线。

（2）配制溶液。配制1 mol/L CuSO4溶液和0.5 mol/L ZnSO4溶液。

（3）混合溶液。向烧杯中加入约70mL ZnSO4溶液，插入漏斗使漏斗下口紧贴烧杯底部，沿漏斗缓慢倒入约70mL CuSO4溶液，静置。最终溶液分层，上层无色，下层蓝色。

（4）安装电池。将铜片缓缓放入下层溶液中，锌片浸没于上层无色的液体中并用铁夹固定在烧杯壁上，切勿让铜片或锌片接触另一层液体，装置如图3所示。

（5）电池电动势的测量。将锌片和铜片分别连接数字万用表的负极和正极接线柱，测量电动势和电流随时间的变化并观察实验现象。实验发现，锌片逐渐溶解，表面变黑，铜片上有亮红色物质生成。实验过程中重力电池的电流和电动势随时间变化较稳定，因此此处仅选取其中几个时间点的电流和电动势的数据列于表1。

2.1.3 结果分析

实验发现，随着时间的变化重力电池的电动势和外电路的电流变化不大，呈现出相对稳定的状态。有研究表明，单液电池的电池电动势和电流在10分钟内均呈现出快速降低的趋势，而带盐桥的双液原电池则相对比较稳定[3]。与单液原电池中锌电极和CuSO4溶液直接接触不同，重力电池的形式让两个半反应分别在上下两层液体中发生，与双液原电池将两个半反应分别置于两个容器中类似，都避免了因为锌电极和CuSO4溶液直接接触而导致的电极的极化，使电池效率增大，所以在测量时重力电池的电流和电动势能在较长时间内保持相对稳定。

此外，与双液原电池中盐桥和电解质溶液共同导电的情况不同，重力电池的电池反应在同一液体体系中进行，与单液原电池相同，通过电解质溶液导电，所以其内电阻较小，如在本研究中所测得的重力电池的内电阻约为9Ω。上述实验表明，重力电池具有内阻小，电流大且能提供稳定的电流和电压的特点，电池的转化效率高，作为电源有一定的优势，多个重力电池串联后可用作实用的电源。

2.2 重力电池的拓展应用

依据重力电池的原理，仿照其形式，改变电极和电解质溶液，可以设计成其他的重力电池。例如用铜片代替上层的锌片，用蒸馏水代替上层ZnSO4溶液，可制得铜电极和不同浓度的CuSO4溶液组成的浓差电池。该浓差电池的上层为蒸馏水，下层为1 mol/L CuSO4溶液，上下两个电极均为铜电极。用万用表测得该电池的电动势为0.036V，电流为0.62mA。

此浓差电池的下层CuSO4溶液中的铜电极作正极，发生还原反应：Cu2+（c1）+2e-=Cu，反应的过程中有亮红色物质在铜表面析出；上层水中的铜电极作负极，发生氧化反应：Cu-2e-=Cu2+（c2），因为反应过程中有Cu2+生成，故铜电极周围的无色溶液一段时间后略带浅蓝色；电池的总反应为：Cu2+（c1）=Cu2+（c2）。查电动势表得：Cu2++2e-=Cu，Eθ=+0.342V，标准状况下c（Cu2+）=1 mol/L。实际测得该浓差电池的E=0.036V，则负极的电势为E（Cu2+/ Cu）=0.306V，由此可根据E（Cu2+/Cu）=Eθ（Cu2+/Cu）+（0.0592/2）lg（Cu2+）可进一步计算出测量时上层溶液中的铜离子浓度为c（Cu2+）=0.06 mol/L。上述计算是一种理论判断，要准确测量该电池的电动势，需要使用盐桥，以降低液接电势[4]。重力电池的形式为浓差电池的制作提供了新的思路，也为学生学习浓差电池相关原理提供了帮助。

另外，也可以制作以铁和碳棒为电极的重力电池，下层Fe2（SO4）3溶液中，碳棒作正极，发生还原反应，Fe3++e-=Fe2+；上层FeSO4溶液中，铁是负极，发生氧化反应，Fe-2e-=Fe2+。据此还可以设计更多种类的其他重力电池。但需要注意的是，制作重力电池时可先将水和另一种盐溶液进行分层，再向上层液体中添加电解质，也可以直接通过倾倒的方法将两种不同的电解质溶液分层。若采用将两种溶液分层的方法，实验前应先计算溶液的密度，尽可能保证两种溶液的密度差足够大，在添加液体时使用三角漏斗从下部添加密度较大的液体，避免两种液体混合。

3 结语

重力电池是一种形式介于单液与双液原电池之间的原电池，重力电池具有电阻小、电流大并且稳定的特点，但是因为工作时必须保持静置的状态且只能连续供电而不被广泛应用。研究原电池最终是为了创造出更加稳定、持久的化学电源，学习的过程中通过重力电池与单液、双液电池的比较能使我们对单液与双液原电池原理及盐桥的作用理解更加深刻。

引入重力电池到教学中不仅能帮助学生认识溶液因为密度不同而分层的原理及浓差电池的相关知识，还可以进行实验探究，设计不同类型的重力电池。制作重力电池的材料方便易得，形式新颖且颜色漂亮，有利于开展学生兴趣实验，增强其对化学的兴趣。

参考文献：

[1] James B. Calvert. The Electromagnetic Telegraph[EB/OL]. http：//mysite.du.edu/～jcalvert/tel/morse/morse. htm.Retrieved， 2010-07-30.

[2]宋心琦主编.普通高中化学课程标准实验教科书·化学1（必修）（第3版）[M].北京：人民教育出版社，2007：46.

[3]韦存容，许丽哲，马宏佳.利用数字化实验探究盐桥对原电池工作效率的影响[J].教学仪器与实验，2015，（5）：55～57.