1、高中物理探究弹性势能的表达式教学设计学情分析教材分析课后反思第七章 机械能守恒定律第五节 探究弹性势能的表达式【教学目标】知识与技能1、弹性势能的概念及意义，2、知道探究弹性势能表达式的方法，3、了解计算变力做功的思想方法。过程与方法1、猜测弹性势能的表达式与哪些因素有关，培养学生科学预测的能力。2、体会计算拉力做功的方法，体会微分思想和积分思想在物理学上的应用。情感、态度与价值观通过对弹性势能公式的探究过程和所用方法，培养学生探究知识的欲望和学习兴趣，体味弹性势能在生活中的意义、提高物理在生活中的应用意识。【教学重点】探究弹性势能公式的过程和所用方法。【教学难点】推导拉伸弹簧时，用微分思想和
2、积分思想求解拉力所做功的表达式。【教学课时】1课时【探究学习】引入新课活动：师生重温儿时经常玩的游戏“打弹弓”学生活动：分析纸团被打出去的原因，引导学生从能量角度解释教师活动：被拉伸的橡皮筋，被压缩的弹簧都具有能量，这种能量就是弹性势能。导入：生活中很多现象与弹性势能紧密相连，为了更好地利用它，我们这节课一块来探究弹性势能的表达式。 新课讲解请同学们观看视频。教师活动：提出问题 视频中拉开的弓箭、被压弯的撑杆、旋紧的发条有什么共同点？学生活动：思考后回答都发生了弹性形变。教师活动：发生弹性形变的物体各部分之间，由于有弹力的相互作用，也具有势能，这种势能叫做弹性势能。通过上节课的学习我们知道重力
3、势能与物体上升的高度及质量有关。弹性势能与哪些因素有关？学生活动：猜想与拉伸的长度，及劲度系数有关教师活动：倾听学生回答，进一步引导。那么弹簧的弹性势能与哪些因素有关？能不能利用你桌面上的器材设计一个实验来验证你的猜想。现在开始讨论，一会找同学和大家分享你的探究过程。学生活动：分组讨论 以小组为单位围在一起，看桌面上有长木板、小车、粉笔和两根劲度系数不同的弹簧。在探究的过程中怎么比较弹性势能的大小。教师活动：找学生代表来阐述实验方案？并演示实验。学生活动：学生阐述探究过程。教师活动：听取学生汇报，完善学生的答案得出结论：“弹簧的弹性势能与形变量有关，与劲度系数有关，形变量越大弹性势能越大，劲度
4、系数越大弹性势能越大”提出问题：弹簧的弹性势能与形变量及劲度系数到底什么关系？理论推导是我们科学探究的常用方法之一，咱们能不能从理论上把这个关系推导出来？引导： 因为功是能量转化的量度，研究重力势能是从重力做功入手的，重力做功等于重力势能的变化量。那研究弹性势能从弹力做功入手，弹力做功与弹性势能的变化之间关系是怎样的？学生活动：弹力做功的数值上等于弹性势能的变化量。教师活动：做出小结W弹EpEp1Ep2。 弹力做功与弹性势能变化的关系1弹力做正功时，弹性势能减小，弹力做负功时，弹性势能增加。 2弹力做的功等于弹性势能的减少量。设置情境：如图用力F拉着小环缓慢向右运动, 拉力等于弹力，拉力做的功
5、就等于克服弹力做的功，等于弹簧的弹性势能变化量，小球处于A点时弹簧处于原长，弹簧的弹性势能为零，所以 W拉=EP=EP-0即W拉=EP。提出问题怎么求拉力做功？能用W=Fl来求吗？学生回答：不能，因为是变力， 老师提问：那变力做功怎么求？在哪个地方用过这个思想？学生回答：化变为恒，求匀变速直线运动的位移。教师活动：引导学生回想求匀变速直线运动位移的方法。类比求匀变速直线运动位移的方法能不能求变力做功？学生活动：分组讨论，求拉力F做功。学生参照课本提出的方法和思路。（大致思路）教师活动：听取学生汇报，解答学生可能提出的问题。利用微元法可以得到变力做功的公式WF1x1F2x2F3x3，但要得到最终
6、的答案，凭借数学计算较为复杂，有没有其他方法？点评：类比在处理匀变速直线运动的位移时，曾利用v-t图象下梯形的面积来代表位移；这里利用F-x图象下的面积来代表功，可以培养学生知识迁移的能力。但要搞清弹簧长度和伸长量的区别，x表示伸长量，则F-x图象下是一个三角形的面积来代表功。教师活动：理论推导出的结果与实验结果是吻合的，结果 是合理的。【课堂小结】问：我们现在已经得出了弹性势能的表达式，回想一下：1我们的探究过程是怎样的？ 提出问题：弹簧的弹性势能的表达式是怎样的？假设猜想：弹性势能可能与哪些因素有关? 类比迁移：弹簧的弹性势能与重力势能做类比。怎样计算拉力的功？ 得出探究结果 2.在探究过
7、程中，我们用到了哪些研究方法？通过猜想、假设、类比迁移、微元分割等方法，探究了弹簧的弹性势能的表达式，基本掌握了科学探究的一般方法。 【课堂练习】教师活动：结合下面两个例题来巩固本节知识。 例1：关于弹性势能，下列说法正确的是（ ）A.发生弹性形变的物体都具有弹性势能 B.只有弹簧在发生弹性形变时才具有弹性势能 C.当弹力做功时弹性势能一定增加 D.当物体的弹性势能减小时，弹力一定做了正功学生活动：学生思考回答并解释原因教师活动：展示例2例2：如图所示，在光滑水平面上有A、B两球，中间连一弹簧，A球固定.今用手拿住B球将弹簧压缩一定距离，然后释放了B球，在B球向右运动到最大距离的过程中，（1）
8、B球的加速度怎样变化？（2）B球的速度怎样变化？（3）弹簧的弹性势能怎样变化？学生活动：学生思考并展示分析结果教师活动：展示小球B运动过程图片 并做出点评【布置作业】 完成本节同步学案预习下一节【板书设计】第五节 探究弹性势能的表达式1、 弹性势能的定义2、 探究弹性势能表达式（1） 实验探究（2） 理论探究3、弹性势能的表达式: 学情分析学生前面已学习了功和重力势能，并对力做功的方法及重力做功和重力势能的关系有了初步的理解，所以能够通过类比完成今天对弹性势能探究。在如何求变力做功上，回忆求匀变速直线运动位移的方法，将弹簧形变的过程分成很多小段，每一小段近似认为拉力不变，利用微分的思想求出弹力
9、做的功。高一的学生已经有了一定的学习和实验能力，抽象思维和逻辑思维都有所提高，但是目前学生接触的探究实验有限，对此没有深刻体会。效果分析本节课的教学设计，强调学生的探究过程和探究过程中的方法与体验，把教师作为学生探究活动的参与者，随时与学生进行交流，为学生提供必要的帮助，来克服探究过程中的困难。对教材的处理较为合理，既充分体现了教材的教学理念。但是在学生的参与度上没达到预期的结果，对结果的处理也不够完善，这些都是需要改进的地方。教材分析 探究弹性势能的表达式这节知识前面承接本教材的“重力势能”，后面是 “动能和动能定理”这部分内容，所以学好这个本节知识为学好以后的“机械能守恒定律”打下牢固的理
10、论基础，而且它在整个教材中也起到了承上启下的作用。本课包含的一些微积分思想，是以后学习中不可缺少的部分。因此，本节内容在物理教学中具有不容忽视的重要的地位。 本节内容是在学习重力势能后的进一步拓展，让学生在变力作用的情境下进行功和能关系的探究，再一次感受功和能的紧密联系，同时通过对两种势能的认识过程，为后面的动能定理和机械能守恒定律的学习打下基础。7.5 探究弹性势能的表达式 评测练习【学习目标】1. 知道探究弹簧弹性势能表达式的思路。2. 理解弹性势能的概念，会定性分析决定弹簧弹性势能大小的相关因素。3. 体会探究过程的猜想、分析和转化的方法.4.领悟求弹簧弹力做功时通过细分过程化变力为恒力
11、的思想方法.【自主探究】探究一：弹性势能与哪些因素有关？1.弹性势能的定义：发生_ 形变的物体的各部分之间，由于 的相互作用，也具有势能，这种势能叫做弹性势能。2.我们学过的重力势能与哪些因素有关，什么关系？3.弹性势能可能与哪些因素有关？4.重力势能与物体被举起的高度h成正比，弹性势能是不是与弹簧的形变量x成正比？探究二：推导弹性势能的表达式1我们怎样得到了重力势能的表达式？2我们能否借鉴同样的思路，来分析弹力做功的情况呢？3.弹簧的弹性势能与拉力做功有什么关系？4怎样计算拉力做功？能用来求吗？思路点拨：设计一个缓慢的拉伸过程，整个过程中拉力始终等于弹力，这样，就可以用拉力的功来替代弹力的功
12、（替代法）。5我们如何解决这样一个变力做功的问题呢？ （思路点拨：在必修1中，为了导出匀变速直线运动的位移公式，针对变速求位移我们曾经用过一种办法是什么办法？怎样用的？我们能不能采用与求位移类似的方法处理呢？）6.弹性势能的表达式是Ep=_【典例】例1：（多选）关于弹性势能，下列说法正确的是（ ）A.发生弹性形变的物体都具有弹性势能B.只有弹簧在发生弹性形变时才具有弹性势能C.当弹力做功时弹性势能一定增加D.当物体的弹性势能减小时，弹力一定做了正功例2：如图所示，在光滑水平面上有A、B两球，中间连一弹簧，A球固定.今用手拿住B球将弹簧压缩一定距离，然后释放了B球，在B球向右运动到最大距离的过程
13、中，（1）B球的加速度怎样变化？ （2）B球的速度怎样变化？（3）弹簧的弹性势能怎样变化？【课堂反馈】1（多选）如图所示，一个物体以速度v0冲向竖直墙壁，墙壁和物体间的弹簧被物体压缩，在此过程中以下说法正确的是 （ ） A物体对弹簧做的功与弹簧的压缩量成正比B物体向墙壁运动相同的位移，弹力做的功不相等C弹力做正功，弹簧的弹性势能减小D弹簧的弹力做负功，弹性势能增加2. （多选）关于物体的弹性势能，下列说法正确的是（ ）A.发生弹性形变的物体一定具有弹性势能B.发生形变的物体的各部分之间，如果有弹力的相互作用，该物体一定具有弹性势能C.任何发生形变的物体，一定具有弹性势能D.没有发生形变的物体，
14、也可以具有弹性势能3（多选）在一次“蹦极”运动中，人由高空跌下，到最低点的整个过程中，下列说法中正确的是( )A重力对人做负功B人的重力势能减少了C橡皮绳对人做正功D橡皮绳的弹性势能增加了4如图所示，在光滑的水平面上有一物体，它的左端连一弹簧，弹簧的另一端固定在墙上，在力F作用下物体处于静止状态，当撤去F后，物体将向右运动，在物体向右运动的过程中，下列说法正确的是( )A弹簧的弹性势能逐渐减小B弹簧的弹性势能逐渐增大C弹簧的弹性势能先增大后减小D弹簧的弹性势能先减小后增大 第4题教学反思探究弹性势能的表达式这节课重点是引导学生体会探究过程，了解科学探究的一般方法。通过实验设计和实验过程锻炼了同
15、学的动脑和动手能力，但实验不容易得到定量的关系式，可以通过理论探究得到但对学生的逻辑思维要求较高。因而这节课我的主导思想是让学生分别用实验探究和逻辑推理的方式来研究弹性势能与形变量及弹簧劲度系数的定量关系。从整体上看，本节课堂是用启发性的语言引导学生自己观察、发现与思考，自己提出问题并寻找问题的答案，在分组探究过程中老师及时给予启发和引导，再通过小组汇报的方式让大家对探究过程有所了解。“探究弹性势能的表达式”的主要目的并不是让学生学习这个关系式，而是让学生经历一次探究的过程。课堂提出的几个问题中，弹性势能的影响因素和弹性势能与弹力做功的关系，学生是较容易理解的，对求变力的功，由于学生这方面的经验较少，在速度时间图象中有类似的处理，我把这个问题放给学生自己去讨论探究，在对比中找到答案。通过探究，让学生从纯粹的利用公式解题转变为多维角度分析问题。教师的作用是控制课堂教学的进程，引导学生分析，讨论和解决教学中遇到的问题。学生通过独立思考和合作学习来获取知识和技能从而获得新知，让学生最大限度地参与到教学中。在应用上还是出现问题，部分同学不能独立的去分析物体的运动过程和弹簧状态，容易出现错误，这点应在以后的教学中多加注意。课标分析 新课标对弹性势能的表达式没有明确提出要求，但要求教师在教学中要重视引导学生学会探究式学习，尤其要注重让学生体会探究的过程和所用的方法，养成良好的思维习惯。
