探究弹性势能的表达式 教学设计 高一下学期物理人教版必修2

教学课题高中物理人教版必修二第七章第5节探究弹性势能的表达式教材分析本节选自高中物理人教版必修二第七章第5节探究弹性势能的表达式，是一节探究课。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。本节是在学习重力势能之后进一步拓展的课，让学生在变力作用的情境下进行功和能关系的探究，再一次感受到功和能的紧密联系。其目的是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。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。学情分析知识基础通过上一节《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”，在必修一中也学习了弹力相关内容并且学生已具有一定的知识迁移能力，可以让学生通过类比，从弹簧弹力做功入手来研究弹簧弹性势能心理特点高一学生的认知发展过程是由直观认识向逻辑推理、实验推理过渡阶段。因此在教学中，要遵循从感性到理性的认识规律；满足与引导学生的好奇心，让学生品味科学家的好奇心用自己的科学知识来辨别是非，不迷信权威，勇于提出质疑。可能出现的问题学生刚进行高中物理知识的学习，对生活中物理现象的知识准备不足，更重要的是思维方法和运用数学工具表述物理过程，以及进行理性思维的方式与教学要求存在一定的差距。为此教学中必须借助于经验思维和具体思维缩短理论推理的学习困难。教学目标物理观念1.理解弹性势能的概念及意义，会分析决定弹簧弹性势能大小的相关因素2.理解弹力做功与弹簧弹性势能变化的关系科学思维1.理解图像法求变力功的思维方法2.掌握求弹力做功时通过细分过程化变力为恒力的思想方法科学探究1.利用控制变量法定性确定弹簧弹性势能的相关的因素2.采用逻辑推理和类比的方法探究弹簧弹性势能表达式3.通过探究弹性势能表达式的过程，让学生体会微分思想和积分思想在物理学中的应用情感态度与价值观1.通过讨论与交流，培养学生敢于坚持正确观点，勇于修正错误，发扬与他人合作的精神的能力。2.体会弹性势能在生活中的意义，提高物理在生活中的应用意识，做到理论联系实际重点难点教学重点：1.探究弹性势能表达式的过程与方法2.体会微分思想和积分思想在物理学中的应用教学难点：1.理解如何用微分和积分思想研究变力做功2.合理的运用推理与类比教法学法教学方法：问题驱动法、演示法、类比法、问答法学习方法：讨论法、合作学习教学流程教师活动学生活动设计意图复习巩固复习上节课内容：1.重力势能表达式与相对性2.重力势能与重力做功关系学生思考回顾1.相对于参考平面：EP=mgH2．WG=EP1-EP2初位置：EP1=mgH1末位置：EP2=mgH2物体由高处到低处时重力做正功，重力势能减少。通过回顾上节课的知识进一步巩固所学知识，同时为接下来的学习打好基础引入新课[多媒体引入]图片展示(三类：撑杆跳高、张弓射箭、各类弹簧)这类图片的共同特征是什么?[小实验]为什么松手后圆珠笔会自动跳起来？将圆珠笔内弹簧取出，按压观察其形变，感受力的作用。什么是势能？引导学生类比重力势能分析，以上例子是否具有势能。教师指出势能概念中有两个关键词，一是“相互作用”，二是“位置”弹性势能：发生弹性形变的物体的各个部分之间，由于有弹力的相互作用而具有势能，这种势能叫做弹性势能。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。弹簧产生了力的作用相互作用的物体凭借位置而具有的能量。在重力势能概念中体现为重力和高度。发生弹性形变的物体（如弹簧），各部分间有弹力作用，并且发生形变。因此它也具有势能从学生生活实际出发，引出课题，激发学习兴趣步步导入，吸引学生的注意力，明确学习目标让学生自己动手做实验、增加参与意识，激起对科学的好奇心和求知欲开始探究问题1：猜想弹簧弹性势能的大小与哪些因素有关？类比：物体的重力势能与物体所受的重力和高度有关将学生分成小组，分组进行探究①、弹性势能与弹簧拉伸量（压缩量）有关。②、弹性势能与弹簧的劲度系数有关。交流探究结果：弹性势能随弹簧形变量增大而增大。随弹簧的劲度系数的增大而增大。重力势能与高度成正比例，弹性势能和弹簧拉伸长度也成正比么？定性猜测还不够，我们还想得到定量的弹性势能的表达式，那么弹性势能的表达式如何探究呢？问题2：从什么知识入手研究影响弹性势能的因素？我们怎样得到了重力势能的表达式？那么类比到弹力呢？这两者之间有相同点又有差别。重力是恒力，但弹簧的弹力是变力,我们如何来求这个变力做功呢？来求做功的情况我们以前碰到过吗？我们怎么处理的？学生进行实验的设计并推出代表进行交流。类比猜想根据胡克定律F=kx学生设计实验粗略验证：学生利用控制变量法1.用同一根弹簧在几次被压缩量不同时释放（劲度系数相同，改变形变量），观察小车被弹开的情况。2.分别用两根弹簧在被压缩量相同时释放（形变量相同，劲度系数不同），观察小车被弹开的情况不一定，因为同一个弹簧拉的越长，所用的力越大，而要举起一个重物，所用到的力并不随高度改变。根据重力势能与重力做功的关系得出，物体相对于零势能面所具有的重力势能等于物体运动到零势能面的过程中重力所做的功，即Ｅp＝WG=mgh不能直接用W=Flcosθ培养学生类比猜想提出的思维方式。调动学生积极性，尊重学生自己的判断和创见，引导学生探索解决问题的途径。学生可能设计出多种方案。通过学生设计并操作实验培养学生探究物理规律的方法和过程，体验探索自然规律的艰辛与喜悦。新课教学[微元法]引导学生利用微元法：把变力做功问题转化为恒力做功问题在必修1中，为了求匀变速直线运动的位移，或说成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？怎样的？我们能不能采用与求位移类似的方法处理呢？当划分越来越细时，弹力功对应图象中的哪一部分？则表达式为W=结论：当弹簧从原长被拉伸L长度后，拉力做的功为：W=1根据我们的推论，当弹簧处于原长、弹性势能值为零时，这个弹簧被拉长L时弹力做的功就等于弹簧被拉长L时弹簧弹性势能的值，所以有EP这个结论可靠么？我们可由物理量的单位计算来大致验算：小结科学探究方法对现象的一般观察→提出猜想运用逻辑得出推论→实验对推论进行检验→对假说修正和推广学生讨论：可以把变力功问题转化为恒力功问题来解决。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F1Δl1+F2Δl2+F3Δl3……，”三角形的面积学生分组讨论并分析作图： ①画出弹簧的弹力与形变量的关系图；②把形变过程分成几个小段； ③在每个小段上，认为拉力不变来求功；④逐步细分用 F—L图象下面积来代表功劲度系数k的单位是N/m，弹簧形变量L的单位是m，则12k∆l2的单位是让学生结合图像体会“化变化为恒定”“无限细分变近似为直等”的微积分思想学生通过分析、讨论、类比、模仿、作图、分割、再细分，让学生体会探究过程中类比、分析转化的方法，领悟求弹力做功是通过细分过程化变力为恒力的思想方法。通过课堂小结，强化认识，让学生体会探究弹性势能表达式的思路。课后作业请大家预习《实验：探究功与速度变化的关系》这节课，注重研究下探究思路的设计，及数据的处理技巧教学反思因为整堂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结论的，所以在结论的得出或是结论的表述可能会不严密，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