高中物理人教版第七章机械能守恒定律探究弹性势能的表达式 精品获奖

第5节探究弹性势能的表达式设计思想本节教学内容的特点是理论探究。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景下进行功和能关系的研究，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。教学过程中的关键环节是如何求弹簧拉力这个变力所做的功，采用与匀变速直线运动求位移类比的方法来处理。教学目标知识与技能：⑴知道探究弹性势能表达式的思路；⑵理解弹性势能的概念，会分析决定弹簧弹性势能大小的相关因素；⑶体会探究过程中的猜想、分析和转化的方法；⑷领悟求弹力做功时通过细分过程化变力为恒力的思想方法。过程与方法：体会理论探究的猜想、分析和转化的过程；体验化变力为恒力的处理问题的方法；理解通过细化到求和的微积分思想。情感态度与价值观：通过一个预设问题的解决，让学生体验用科学的思想和方法解决问题的收获与快乐；通过理论探究，锻炼学生的逻辑思维能力，形成科学的思想方法；通过一般规律性的掌握，使学生明白生活现象背后的物理原理并能主动地联系生活实际、应用于生活实际，竖立应用所学知识为人类社会服务的意识。教学重点分析决定弹性势能大小的因素；弹性变形过程中化变力为恒力的方法；利用功能关系推导弹性势能的表达式。教学难点弹性势能概念及其相对性的理解。教学资源图片（手握弹力计，撑杆跳的运动员，拉开的弓，正在击球的网球拍）；视频（被压缩的弹簧弹射金属球、推动小车）；演示实验（借助前一节的实验探究的结果：弹簧弹射小车，准备两个粗细不同的弹簧，小车运动后过一光电门，可算出速度大小）教法设计由老师启发、引导，由学生完成弹性势能表达式的推导。教学过程教师活动学生活动设计意图一：导入新课展示图片，说明发生弹性形变的物体各部分之间都有弹力的相互作用。弹力作用会产生什么样的结果呢？播放视频、演示实验。老师问：是谁使得小车运动？老师问：小车运动的动能从何而来？老师总结：也就是说，变形的弹簧中储存一定的能量，这种能量就叫做弹性势能。（板书本节标题）二：新课教学老师：本节课我们来探究弹性势能的定量表达式。以弹簧拉伸为例进行研究。1、同学们先来猜想一下：弹性势能的表达式可能与哪些量有关呢？（类比重力势能）PPT显示图片并问：在物体升降的过程中，重力是否发生变化？PPT显示图片并问：而弹簧的拉力在拉伸过程中是否发生变化？老师跟进：说明弹力在弹簧变形过程中是变力！与重力是不同的！问：同学们再想想，类比重力势能，弹性势能还可能与哪个量有关？2、我们猜到了弹性势能可能与弹力和弹簧的伸长量有关，下面的任务是：如何确定弹性势能的表达式。问：回顾一下，我们怎样得到了重力势能的表达式？问：我们能否借鉴同样的思路，来分析弹力做功的情况呢？（同学们经尝试觉得无从下手）问：同学们做不下去，困难在何处？3、我们如何解决一个变力做功的问题呢？请同学们发表看法。提示：同学们还记得我们是如何得到匀变速直线运动的位移公式的吗？问：弹力和伸长量的关系图象如何？老师跟进：仔细观察两个图象，想一想该如何求弹簧弹力所做的功？问：我们能不能采用与求位移类似的方法处理呢？老师引导学生将弹簧伸长过程细分为小段，化变力做功为恒力做功。…问：当划分越来越细时，弹力功对应图象中的哪一部分？老师跟进：这个三角形的面积的表达式？4、弹性势能与弹力做功的关系？老师：那么弹性势能的表达式？老师：同学们看看我们自己的成果吧！那样一个看似纷繁复杂的问题，其物理规律如此简单明了，这就是物理学中的美！5、同学们讨论一下，能否规定弹簧某一任意长度时的势能为零？（类比重力势能的相对性，引出弹性势能的大小具有相对性的结论）小结：通过本节课的学习，你收获了什么？学生答：是弹力。引导学生思考并作答：被压缩的弹簧中储存了能量，通过弹力做功，转化为小车运动的动能。答：与弹簧的弹力有关。答：举重杠铃所受重力与位置无关。答：弹簧的拉力随着拉伸位置的不同而变化。答：可能与弹簧的伸长量有关。答：先分析重力做功，之后得出了重力势能的表达式。如：…答：求重力功时，重力是不变的；而求弹力功时，弹力是随着弹簧伸长量的变化而变化的：看学生能否想起微元法学生回忆过程答：类似于速度和时间的关系图象。答：由F和l围成的三角形的面积。引导学生回答：外力克服弹力做了多少功，弹簧中就会储存多少弹性势能。因而弹性势能就等于弹力做的总功。视学生理解能力适可而止。分别叫几个学生回答。基于初中已建立起来的知识及前几节功能关系的铺垫，通过引导使学生自然接受弹性势能的概念。利用已有知识，通过类比提出猜想。先让学生自己尝试，暴露出本节的难点。通过联想和知识迁移，使学生再一次体验微积分思想处理物理量的值发生连续变化的问题。通过提问促使学生思考，