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

《探究弹性势能的表达式》教学设计一、教学目标1.知识目标（1）知道弹性势能的概念及弹性势能与哪些物理量有关。（2）知道探究弹性势能表达式的思路。2.过程与方法（1）学会提出问题，善于质疑，善于猜想。（2）设计方案，检验推理猜想的正确性。（3）经历提出问题、猜想、逻辑推理和类比的方法探究弹性势能。3．情感态度与价值观体验类比和逻辑推理的乐趣,提高分析问题解决问题的能力。二、教学重点难点重点：让学生体验探究的过程，体验知识迁移、类比的推理方法。难点：推导拉伸弹簧时，用微分思想和积分思想求解拉力所做功的表达式。三、教学方法实验观察法、分析归纳法、迁移法、类比法。四、课前准备1．学生的学习准备：预习实探究弹性势能的表达式。2．教师的教学准备：多媒体课件制作；准备教具：不同弹簧，小物块等。五、课时安排：1课时六、教学过程（一）知识回顾、总结疑惑回顾弹力、胡克定律等知识，检查落实学生的预习情况并了解学生的疑惑，使教学具有了针对性。（二）情景导入、展示目标多媒体展示图片（卷紧的发条、撑杆跳高、张弓射箭、拉伸或压缩的弹簧），创设情景，引出问题，激发学生的兴趣，使学生明确学习目标。老师：这类图片的共同特征是什么？学生：杆、弓和弹簧都发生形变，产生了弹力，存储了一些能量，在恢复形变的过程中将能量释放出来了。即：发生弹性形变的物体的各部分之间，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。（多媒体展示弹性势能的概念）教师拿出弹簧做压缩、拉伸演示。教师：这节课我们就来以弹簧被拉伸为例对弹性势能的表达式进行探究。然后展示探究的第一个问题，弹性势能与哪几个物理量有关、是什么关系？（三）合作探究、精讲点拨。探究一：弹性势能与哪些物理量有关？师提问：那么猜一猜弹性势能与哪些物理量有关（以弹簧为例）？学生分组，利用不同的弹簧及小车帮助猜想学生可能猜出：长度；伸长量；压缩量；弹力；劲度系数；形变量；质量；材料；匝数；半径；钢丝粗细；匝密度等等；教师引导学生之间讨论交流，最后形成一致意见：与劲度系数K和形变量（伸长量或压缩量）L有关。师：我们猜到了弹性势能可能与劲度系数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。设计意图：培养学生类比猜想提出的思维方式。探究二：弹簧的弹性势能与弹力做的功有什么关系？类比思考：根据重力势能的表达式＝mgh，我们知道重力势能跟高度h成正比，弹性势能也跟形变量成正比吗?对比说明：不一定，因为要举起同一个重物，所用的力并不随高度变化，但是对于同一个弹簧，拉得越长，所用的力越大，所以我们不能肯定弹性势能跟形变量成正比，只能说明随形变量的增大而增大．师:回顾:重力势能和重力做功的关系重力做正功，重力势能减小,重力做负功，重力势能增加W重=ΔEP类比思考:弹力做正功，弹性势能减小,弹力做负功，弹性势能增加W弹=ΔEP探究三:怎样计算拉力做的功？提出问题：如何求弹性势能?如何求弹力所做的功?如何把变力转化为不变的力?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，用拉力的功来替代弹力的功．由于弹力是一个变力，计算弹力的功不能用W=FL，设弹簧的形变量为ΔL，则弹力F=KΔL．指导学生回顾研究匀加速直线运动位移的方法（微元法）。类比思考：求拉力的的功怎么利用微元法？把拉伸的过程分为很多小段，它们的长度是ΔL1,ΔL2,ΔL3…在各个小段上，拉力可以近似认为是不变的，它们分别是F1、F2、F3…所以，在各个小段上，拉力做的功分别是F1ΔL1,F2ΔL2,F3ΔL3…拉力在整个过程中做的功可以用它在各个小段做功之和来表示W拉＝F1ΔL1＋F2ΔL2＋F3ΔL3＋…

探究四.怎样计算这个求和式回顾：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？（图像法）otvotvvootvvootvvo用v-t图像与坐标轴所围面积来代表位移师问：我们能不能采用与求位移类似的方法处理呢？设计意图：通过知识迁移，使学生体验微积分思想处理变化物理量的求值问题。老师引导学生建立坐标系。oLoLFoLF师问：当划分越来越细时，弹力功对应图象中的哪一部分？这个三角形的面积的表达式？设计意图：通过表达式的推出，形成学生的成就感。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）。弹性势能和重力势能一样，具有相对性，一般规定弹簧处于原长时的弹性势能为0。（四）反思总结，当堂检测1.关于弹性势能，下列说法中正确的是：

A、发生弹性形变的物体具有弹性势能。

B、物体只要发生形变就一定有弹性势能。

C、弹簧的弹性势能只跟弹簧的形变量有关。D、弹簧处于原长时弹性势能一定为零。2.在一次“蹦极”运动中，人由高空跃下到最低点的整个过程中，下列说法正确的是：

A.重力对人做正功B.人的重力势能减小了

C.“蹦极”绳对人做负功D.“蹦极”绳的弹性势能增加F3.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，在物体向右运动过程中下列说法正确的是：

A、弹簧的弹性势能逐渐减小FB、弹簧的弹性势能逐渐增大C、弹簧的弹性势能先增大再减小D、弹簧的弹性势能先减小再增大探究过程:一.提出问题：弹簧的弹性势能的表达式是怎样的？二.假设猜想：弹性势能可能与哪些物理量有关?三.提出理论与模型：弹簧的弹性势能与拉力做功有什么关系？四.分析处理：怎样计算拉力的功？五.交流评价：得出探究结果。探究方法:猜想与假设、控制变量、类比、迁移、微元、图象、数学推理。学情分析高一学生已经初步有了探究事物的一般方法，即“是什么？──怎么样？──为什么？”的思维方法。因此，本设计中就通过创设问题情景，激励学生自己提出想要研究的问题。通过上一节《重力势能》的学习，学生已经初步体验到“研究重力势能是从重力做功入手”以及“功是能量转化的量度”，并且学生已具有一定的知识迁移能力了。因此可以让学生通过类比，也从拉力做功入手来研究弹簧的弹性势能。因为重力的功与重力和物体的位置变化有关，弹力做的功与弹力和弹簧的形变量有关，这样的猜想是很容易想到的。关键的问题是如何研究拉力的功，同样让学生回忆并类比于研究匀变速直线运动的位移的方法，将弹簧的形变过程分成很多小段，每一小段中近似认为拉力是不变的，而且上一节课中研究当路径是曲线的时候，研究重力所做的功也是将曲线分成很多近似认为是直线来处理的，这里用到了微分和积分的思想方法。效果分析本节课，引导学生通过探究的方法解决了“弹性势能的表达式”的导出问题。在整个过程中，根据课堂发展情况通过问题进行驱动，使大家真正体会了探究式学习的全过程：即提出问题—猜想—设计和进行实验—分析和推理的过程。在关键的探究教学过程中，还采用了转换的思维方式；在理论推导中又重温了类比的思想。当最终得出弹性势能的表达式后，学生们实实在在的感受到探究式学习机坎坎坷坷，又生动有趣。课堂上基本实现教学目标的达成，这为他们在今后的学习中，对其他物理规律的探究，乃至将来进行某领域的科学研究打下了良好的基础。教材分析《探究弹性势能的表达式》是人教版教材物理必修2第七章“机械能守恒定律”的第五节。本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，所以学好本节知识为学好以后的“机械能守恒定律”打下牢固的理论基础，而且它在整个教材中也起到了承上启下的作用。本节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地位。中学课程中的科学探究是通过学生自己的探索性活动,变未知为已知的一类学习过程,其中是否包含实验,并不是它的本质特征。这节的探究就是一个不包含实验的探究。本节是先引出什么是弹性势能,然后以弹簧为例探究弹性势能与什么因素有关,弹性势能与拉力所做的功之间的关系以及如何计算拉力所做的功进而得到弹性势能的表达式。既然功是能量变化的量度既然重力势能的表达式是通过重力做功的分析得来的,很自然地会想到通过弹力做功可以得到弹性势能的表达式。研究一件事物总是先从表面的、定性的考察开始。因此,我们先考虑弹性势能的表达式可能与哪几个物理量有关。从整体上看,内容的安排完全符合人们认识事物的思维过程。评测练习1．在探究弹簧的弹性势能的表达式时，下面猜想有一定道理的是()A．重力势能与物体被举起的高度h有关，所以弹性势能很可能与弹簧的长度有关B．重力势能与物体被举起的高度h有关，所以弹性势能很可能与弹簧被拉伸(或压缩)的长度有关C．重力势能与物体所受的重力mg大小有关，所以弹性势能很可能与弹簧的劲度系数有关D．重力势能与物体的质量有关，所以弹性势能很可能与弹簧的质量大小有关2．弹簧的一端固定，处于自然长度．现对弹簧的另一端施加一个拉力，关于拉力做功(或弹簧克服拉力做功)与弹性势能变化的关系，以下说法中正确的是()A．拉力对弹簧做正功，弹簧的弹性势能增加B．拉力对弹簧做正功，弹簧的弹性势能减少C．弹簧克服拉力做功，弹簧的弹性势能增加D．弹簧克服拉力做功，弹簧的弹性势能减少3．自由下落的小球，从接触竖直放置的轻弹簧开始，到压缩弹簧到最大形变的过程中，以下说法中正确的是()A．小球的速度逐渐减小B．小球、地球组成系统的重力势能逐渐减小C．小球、弹簧组成系统的弹性势能先逐渐增大再逐渐减小D．小球的加速度逐渐增大4．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．重力对人做正功B．人的重力势能减少了C．橡皮绳对人做负功D．橡皮绳的弹性势能增加了5．如图1所示，图1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6．如图2所示，质量相等的两木块中间连有一弹簧，今用力F缓慢向上提A，直到B恰好离开地面．开始时物体A静止在弹簧上面．设开始时弹簧的弹性势能为Ep1，B刚要离开地面时，弹簧的弹性势能为Ep2，则关于Ep1、Ep2大小关系及弹性势能变化ΔEp说法中正确的是() A．Ep1＝Ep2 B．Ep1>Ep2C．ΔEp>0 D．ΔEp<0图2参考答案1．BC[弹簧的弹性势能与弹簧的劲度系数和弹簧的形变量有关，与弹簧的长度、质量等因素无关．]2．AC[拉力对弹簧做正功，弹簧的弹力做负功，弹簧的弹性势能增加．]3．B[小球做加速度先减小到0后反向逐渐增大的变速运动，小球速度先增大后减小．故A、D错，小球的重力势能逐渐减小，由于弹簧的压缩量逐渐增大，因此弹簧的弹性势能逐渐增大，故B正确，C错．]4．ABCD[人由高空跌下，到最低点的过程中，重力方向和位移方向均向下，重力对人做正功，重力势能减少，A、B正确；在人和橡皮绳相互作用的过程中，橡皮绳对人的拉力向上，人的位移向下，绳的拉力对人做负功，橡皮绳的弹性势能增加，C、D正确．]5．D[撤去F后物体向右运动的过程中，弹簧的弹力先做正功后做负功，故弹簧的弹性势能先减小后增大．]6．A[开始时弹簧形变量为l1，有kl1＝mg.则它离开地面时形变量为l2，有kl2＝mg，故l1＝l2，所以Ep1＝Ep2，ΔEp＝0，A对．]课后反思一、这是堂探究型课，但也不乏教师的传授式教学，在类比研究变速直线运动中求位移的方法来计算弹簧弹力所做的功时，学生显得有点被动。

二、因为整堂课都是以学生为主的探究性学习，创设情景让学生提出自己关心、想要知道的问题、解决问题的时候又主要是以学生自评和互评以及合作学习而得出的结论，所以在结论的得出或是结论的表述上可能会不严密，难免缺少知识的系统性，因此如何处理和保持好探究性学习中知识的系统性是探究性学习中的值得我们去研究的问题。

三、在今后组织探究型学习课时应注意以下几点：1）充分保护和调动学生的积极性，特别要从活跃课堂教学气氛的角度，强化学生的“问题提出意识”，提高学生的“问题提出”能力。2）要关爱每个学生的发展，因材施教。在课堂中采取不同的引导、激励方式，鼓励挖掘每位学生内在的潜能。3）探究型教学是一个长期而复杂的过程。要将知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观以及创新意识、实践能力等多方有机的融合起来，才能实现真正意义上的科学探究，这就需要我们们不断的努力探索和总结。课标分析课程标准总目标中对中学生在科学探究方面提出了具体的要求：学习科学探究方法，发展自主学习能力，养成良好的思维习惯，能运用物理知识和科学探究方法解决一些实际问题。在高中物理课程标准中，弹簧弹性势能的表达式未做要求（即不要求学生掌握弹簧弹性势能的表达式，以及用弹簧的弹性势能的表达式解