2016年春人教版物理 必修2 第7章第5节探究弹性势能的表达式 教案
文档属性
| 名称 | 2016年春人教版物理 必修2 第7章第5节探究弹性势能的表达式 教案 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 188.2KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2016-03-23 20:17:49 | ||
图片预览
文档简介
[课时23] 7.5探究弹性势能的表达式
适用年级 高一 所需课时 1
作者姓名 张同亮 单位 枣庄八中东校
联系电话 电子邮箱
概述本课时的地位：在高中物理课程标准中，弹簧弹性势能的表达 ( http: / / www.21cnjy.com )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决相关问题。）本节内容是在学习重力势能后的进一步拓展，学生在变力作用的情景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。“探究弹性势能的表达式”在探究类型中属于逻辑推理任务型。本节教材的教学中重点放在物理方法的教学及加深学生对科学探究的理解上。本节课的探究是在学生原有的认知基础上，通过猜想与假设，运用已掌握的物理规律和方法，从理论上推导出新的物理规律，它注重理论推导过程和思想认识过程，突出科学探究对学生的影响。三维目标知识与技能：①、理解弹性势能的概念，会分析决定弹性势能 ( http: / / www.21cnjy.com )的相关因素。
②、理解弹力做功与弹簧弹性势能变化的关系。
③、知道探究弹性势能表达式的方法，了解计算变力做功的基本方法和思想。过程与方法：①、利用控制变量法定性确定弹簧弹性势能的相 ( http: / / www.21cnjy.com )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、培养学生对科学的好奇心 ( http: / / www.21cnjy.com )与求知欲。
②、通过讨论与交流等活动，培养学生有将自己的见解与他人交流的愿望，敢于坚持正确观点，勇于修正错误，发扬与他人合作的精神，分享探究成功后的喜悦。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难点：如何合理的推理与类比。结合图像体会如何用微分和积分思想研究变力做功学情分析：学生已经初步有了探究事物的一般方法，即 ( http: / / www.21cnjy.com )“是什么？──怎么样？──为什么？”的思维方法。因此，本教案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。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。
课时问题设计 问题1、弹弓是如何把小物体弹射出去的呢？问题2、图片展示的物体在使用时的共同特征是什么？问题3、弹簧的弹性势能可能和哪些物理量有关呢？问题4、弹簧的弹性势能和k、Δl具体有什么样的关系呢？问题5、重力做功有什么特点？弹簧的弹力有什么特点？问题6、如何求变力的功呢？能否直接用来求呢？问题7、怎样求弹力这个变力所做的功呢？是否也可以通过类比的方法来求呢？
所需教学资源 学生实验仪器
信息化资源 多媒体课件
常规资源 每组：两根相同长度,不同劲度系数的弹簧、小物块
教学支持环境 多媒体课件室
评价设计 通过【当堂诊断】进行评价。
学习活动设计（针对本课时选择的活动形式及过程。）
活动顺序及时间安排 学生活动 教师活动 设计意图
活动1 对老师提出的问题，回答，复习上一节学习的重力势能知识。 展出问题，复习重力势能的相关问题 复习上节知识，和本节知识衔接
活动2 观察展示图片，分析共同点：图片中杆、弓、弹簧和弹弓在使用时都发生弹性形变，产生了弹力，就能过对外做功，说明它们存储了一些能量，在恢复形变的过程中将能量释放出来了 演示：用弹弓把一小物体弹射出去。提出问题：弹弓是如何把小物体弹射出去的呢？多媒体展示图片，并提出问题：图片展示的物体在使用时的共同特征是什么？引导学生观察分析 创设情景，引入课题，提出问题，激发学生的兴趣，使学生明确学习目标
活动3 通过观察弹簧的特点，阅读课本深刻理解弹性势能的概念 主要以弹簧为例让学生观察，并帮助学生理解概念 自主学习，理解基本概念
活动4 猜想、讨论：弹簧的弹性势能可能和哪些物理量有关呢？ 提出问题：弹簧的弹性势能可能和哪些物理量有关呢？引发学生猜想 大胆猜想是解决问题的关键
活动5 通过实验定性分析：装置如图所示：将一木块靠在弹簧上，压缩后松手，弹簧将木块弹出.分别用一个硬弹簧和一个软弹簧做上述实验，分别把它们压缩后松手，观察现象.结合手中的弹簧，压缩或者拉伸弹簧，感受一下弹簧中存储的能量 引导学生观察多媒体展示实验现象一：同一根弹簧，压缩程度越大时，弹簧把木块推得越远．现象二：两根等长软、硬弹簧，压缩相同程度时，硬弹簧把木块弹出得远． 实验验证更能反映科学探究活动的真实情况
活动6 得出结论：弹性势能可能与劲度系数、形变量有关。即：1）弹簧的形变量Δl有关。2）弹簧的劲度系数k有关 。讨论老师提出的问题，回忆研究过的重力势能与重力做功的关系，弹性势能也是势能，能否通过类比来得出弹力做功与弹性势能的关系呢？ 引导学生进行现象分析，小组讨论，得出结论弹性势能可能和弹簧的形变量Δl以及弹簧的劲度系数k有关。提出问题：弹簧的弹性势能和k、Δl具体有什么样的关系呢？ 培养学生类比猜想提出的思维方式
活动7 类比重力势能改变量与重力做功有关：即：重力做正功重力势能减小；重力做负功重力势能就增加，且重力势能的该变量和重力做功是对应的。由此类推弹性势能的该变量也应该和弹力做功有类似的关系 提出问题：重力势能改变量与重力做功有什么关系？对学生的讨论适时进行点评，肯定学生用类比的方法来研究弹簧弹力做功与弹性势能的该变量的关系 培养学生类比弹力的功迁移能力
活动8 重力做功弹簧的弹力与弹簧的形变量有关 ( http: / / www.21cnjy.com ) 可见拉动弹簧随着形变量的改变弹力是改变的，缓慢拉弹簧可知由若取弹簧原长时弹簧弹性势能为零可知克服弹簧弹力做功即拉力做功与弹簧的弹性势能相等即：不能直接用来求思考、讨论如何求弹簧弹力（变力）做功 提出问题：重力做功有什么特点？弹簧的弹力有什么特点？如何求变力的功呢？能否直接用来求呢？引导学生发现新问题，并鼓励学生提出见解 培养学生发现问题、解决问题的能力提高学习的兴趣
活动9 回忆在必修1中，为了求匀变速直线运动的位移，对变速运动中求位移我们曾经用过一种办法——微分小组讨论利用微分法得出：在F-图像中图线与横轴围成的面积即为拉力做的功，结合三角形面积公式求得弹性势能的表达式 提出问题：怎样求弹力这个变力所做的功呢？是否也可以通过类比的方法来求呢？多媒体展示图像法求匀变速直线运动的位移，教师引导学生回忆，类比的方法可以求拉动弹簧时拉力的功。让不同小组选出代表展示多媒体展示微分法求弹力功 体验解决问题的方法培养学生学习的兴趣
课堂练习 〖A组练习〗1、关于弹簧的弹性势能,下列说法正 ( http: / / www.21cnjy.com )确的是 A、当弹簧变长时,它的弹性势能一定增大B、当弹簧变短时,它的弹性势能一定减小C、在拉伸长度相同时, k 越大的弹簧,它的弹性势能越大D、弹簧在拉伸时的弹性势能一定大于压缩时的弹性势能答案：C 弹性势能的大小与弹簧形变量和弹簧劲度系数有关2、如图所示，表示撑杆跳运动的几个阶段：助跑、撑杆起跳、越横杆。试定性地说明在这几个阶段中能量的转化情况。 ( http: / / www.21cnjy.com )分析：运动员的助跑阶段，身体中的化 ( http: / / www.21cnjy.com )学能转化为人和杆的动能；起跳时，运动员的动能和身体中的化学能转化为人的重力势能和撑杆中的弹性势能，随着人体的继续上升，撑杆中的弹性势能转化为人的重力势能，使人体上升至横杆以上；越过横杆后，运动员的重力势能转化为动能〖B组练习〗1、一竖直弹簧下端固定于水平地面上，小球从弹 ( http: / / www.21cnjy.com )簧的正上方高为h的地方自由下落到弹簧上端，如图所示，经几次反弹以后小球最终在弹簧上静止于某一点A处，则（ ）A．h愈大，弹簧在A点的压缩量愈大B．弹簧在A点的压缩量与h无关C．h愈大，最终小球静止在A点时弹簧的弹性势能愈大D．小球第一次到达A点时弹簧的弹性势能比最终小球静止在A点时弹簧的弹性势能大解析：最终小球静止在A点时，通过受力分析，小球受自身重力与弹簧的弹力作用，由弹力公式，即可得出弹簧在A点的压缩量与h无关，弹簧的弹性势能与h无关。答案B2、一物体以初速度v0冲向与竖起墙壁相连的轻质弹簧，墙壁与物体间的弹簧被物体压缩，在此过程中，下列说法正确的是：（ ）A、物体对弹簧做的功与弹簧的压缩量成正比B、物体向墙壁移动相同的距离，弹力做的功不相等C、弹力做正功，弹簧的弹性势能减小 D、弹力做负功，弹簧的弹性势能增加答案：BD【课后巩固练习】见《高中新课程学生自主学习丛书·物理·必修二》第72——73页习题A组：72页，第1——5题（基础）B组：72——73页，第6——9题（能力提高） 教师对学生的做题情况加以指导、评价，鼓励学生大胆做，大胆猜想。若时间紧迫可以只做A组练习
实施方案 借助多媒体教室完成
教学材料 教材、自主学习丛书、
使用建议 较好的地方：本节课的设计， ( http: / / www.21cnjy.com )强调学生的探究过程和方法的体验，以学生为参与的主体进行小组探究，教师作为学生探究的参与者，随时与学生交流，为学生提供帮助。对学过的知识进行了复习和巩固，学生在用到时没有陌生感，解决问题应用比较熟练。探究是通过学生自己的探索活动，变未知为已知的学习过程。通过本节课学习开发学生的创造潜能，启发学生的思维，使学生参与问题解决活动中去。2、不足之处：①担心时间不够，不能大胆放手让学生主动思考探究，也不能给出所探究的有效结果；②结论的得出或是结论的表 ( http: / / www.21cnjy.com )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。3、设计意图说明： （1）、通过类比的方法达到知 ( http: / / www.21cnjy.com )识的迁移，找到探究规律的思想方法，形成良好的思维习惯。通过学生探求变力做功的方法，初步形成微分求解变量的物理思想方法。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。 （2）、考虑到课程标准对弹性势能的表达式没有任何要求，对弹性势能表达式的处理就显得比较灵活。对于基础一般的同学，教师只须说明“由F和L围成的三角形面积”为弹性势能值；对于基础较好同学，教师可引导学生运用三角形面积公式得出弹性势能表达式。应当指出的是，得出的目的是为了满足学生的好奇心，使学生的探究活动有“成果”。不要求学生利用这个表达式去解题。
适用年级 高一 所需课时 1
作者姓名 张同亮 单位 枣庄八中东校
联系电话 电子邮箱
概述本课时的地位：在高中物理课程标准中，弹簧弹性势能的表达 ( http: / / www.21cnjy.com )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决相关问题。）本节内容是在学习重力势能后的进一步拓展，学生在变力作用的情景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。“探究弹性势能的表达式”在探究类型中属于逻辑推理任务型。本节教材的教学中重点放在物理方法的教学及加深学生对科学探究的理解上。本节课的探究是在学生原有的认知基础上，通过猜想与假设，运用已掌握的物理规律和方法，从理论上推导出新的物理规律，它注重理论推导过程和思想认识过程，突出科学探究对学生的影响。三维目标知识与技能：①、理解弹性势能的概念，会分析决定弹性势能 ( http: / / www.21cnjy.com )的相关因素。
②、理解弹力做功与弹簧弹性势能变化的关系。
③、知道探究弹性势能表达式的方法，了解计算变力做功的基本方法和思想。过程与方法：①、利用控制变量法定性确定弹簧弹性势能的相 ( http: / / www.21cnjy.com )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、培养学生对科学的好奇心 ( http: / / www.21cnjy.com )与求知欲。
②、通过讨论与交流等活动，培养学生有将自己的见解与他人交流的愿望，敢于坚持正确观点，勇于修正错误，发扬与他人合作的精神，分享探究成功后的喜悦。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难点：如何合理的推理与类比。结合图像体会如何用微分和积分思想研究变力做功学情分析：学生已经初步有了探究事物的一般方法，即 ( http: / / www.21cnjy.com )“是什么？──怎么样？──为什么？”的思维方法。因此，本教案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。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。
课时问题设计 问题1、弹弓是如何把小物体弹射出去的呢？问题2、图片展示的物体在使用时的共同特征是什么？问题3、弹簧的弹性势能可能和哪些物理量有关呢？问题4、弹簧的弹性势能和k、Δl具体有什么样的关系呢？问题5、重力做功有什么特点？弹簧的弹力有什么特点？问题6、如何求变力的功呢？能否直接用来求呢？问题7、怎样求弹力这个变力所做的功呢？是否也可以通过类比的方法来求呢？
所需教学资源 学生实验仪器
信息化资源 多媒体课件
常规资源 每组：两根相同长度,不同劲度系数的弹簧、小物块
教学支持环境 多媒体课件室
评价设计 通过【当堂诊断】进行评价。
学习活动设计（针对本课时选择的活动形式及过程。）
活动顺序及时间安排 学生活动 教师活动 设计意图
活动1 对老师提出的问题，回答，复习上一节学习的重力势能知识。 展出问题，复习重力势能的相关问题 复习上节知识，和本节知识衔接
活动2 观察展示图片，分析共同点：图片中杆、弓、弹簧和弹弓在使用时都发生弹性形变，产生了弹力，就能过对外做功，说明它们存储了一些能量，在恢复形变的过程中将能量释放出来了 演示：用弹弓把一小物体弹射出去。提出问题：弹弓是如何把小物体弹射出去的呢？多媒体展示图片，并提出问题：图片展示的物体在使用时的共同特征是什么？引导学生观察分析 创设情景，引入课题，提出问题，激发学生的兴趣，使学生明确学习目标
活动3 通过观察弹簧的特点，阅读课本深刻理解弹性势能的概念 主要以弹簧为例让学生观察，并帮助学生理解概念 自主学习，理解基本概念
活动4 猜想、讨论：弹簧的弹性势能可能和哪些物理量有关呢？ 提出问题：弹簧的弹性势能可能和哪些物理量有关呢？引发学生猜想 大胆猜想是解决问题的关键
活动5 通过实验定性分析：装置如图所示：将一木块靠在弹簧上，压缩后松手，弹簧将木块弹出.分别用一个硬弹簧和一个软弹簧做上述实验，分别把它们压缩后松手，观察现象.结合手中的弹簧，压缩或者拉伸弹簧，感受一下弹簧中存储的能量 引导学生观察多媒体展示实验现象一：同一根弹簧，压缩程度越大时，弹簧把木块推得越远．现象二：两根等长软、硬弹簧，压缩相同程度时，硬弹簧把木块弹出得远． 实验验证更能反映科学探究活动的真实情况
活动6 得出结论：弹性势能可能与劲度系数、形变量有关。即：1）弹簧的形变量Δl有关。2）弹簧的劲度系数k有关 。讨论老师提出的问题，回忆研究过的重力势能与重力做功的关系，弹性势能也是势能，能否通过类比来得出弹力做功与弹性势能的关系呢？ 引导学生进行现象分析，小组讨论，得出结论弹性势能可能和弹簧的形变量Δl以及弹簧的劲度系数k有关。提出问题：弹簧的弹性势能和k、Δl具体有什么样的关系呢？ 培养学生类比猜想提出的思维方式
活动7 类比重力势能改变量与重力做功有关：即：重力做正功重力势能减小；重力做负功重力势能就增加，且重力势能的该变量和重力做功是对应的。由此类推弹性势能的该变量也应该和弹力做功有类似的关系 提出问题：重力势能改变量与重力做功有什么关系？对学生的讨论适时进行点评，肯定学生用类比的方法来研究弹簧弹力做功与弹性势能的该变量的关系 培养学生类比弹力的功迁移能力
活动8 重力做功弹簧的弹力与弹簧的形变量有关 ( http: / / www.21cnjy.com ) 可见拉动弹簧随着形变量的改变弹力是改变的，缓慢拉弹簧可知由若取弹簧原长时弹簧弹性势能为零可知克服弹簧弹力做功即拉力做功与弹簧的弹性势能相等即：不能直接用来求思考、讨论如何求弹簧弹力（变力）做功 提出问题：重力做功有什么特点？弹簧的弹力有什么特点？如何求变力的功呢？能否直接用来求呢？引导学生发现新问题，并鼓励学生提出见解 培养学生发现问题、解决问题的能力提高学习的兴趣
活动9 回忆在必修1中，为了求匀变速直线运动的位移，对变速运动中求位移我们曾经用过一种办法——微分小组讨论利用微分法得出：在F-图像中图线与横轴围成的面积即为拉力做的功，结合三角形面积公式求得弹性势能的表达式 提出问题：怎样求弹力这个变力所做的功呢？是否也可以通过类比的方法来求呢？多媒体展示图像法求匀变速直线运动的位移，教师引导学生回忆，类比的方法可以求拉动弹簧时拉力的功。让不同小组选出代表展示多媒体展示微分法求弹力功 体验解决问题的方法培养学生学习的兴趣
课堂练习 〖A组练习〗1、关于弹簧的弹性势能,下列说法正 ( http: / / www.21cnjy.com )确的是 A、当弹簧变长时,它的弹性势能一定增大B、当弹簧变短时,它的弹性势能一定减小C、在拉伸长度相同时, k 越大的弹簧,它的弹性势能越大D、弹簧在拉伸时的弹性势能一定大于压缩时的弹性势能答案：C 弹性势能的大小与弹簧形变量和弹簧劲度系数有关2、如图所示，表示撑杆跳运动的几个阶段：助跑、撑杆起跳、越横杆。试定性地说明在这几个阶段中能量的转化情况。 ( http: / / www.21cnjy.com )分析：运动员的助跑阶段，身体中的化 ( http: / / www.21cnjy.com )学能转化为人和杆的动能；起跳时，运动员的动能和身体中的化学能转化为人的重力势能和撑杆中的弹性势能，随着人体的继续上升，撑杆中的弹性势能转化为人的重力势能，使人体上升至横杆以上；越过横杆后，运动员的重力势能转化为动能〖B组练习〗1、一竖直弹簧下端固定于水平地面上，小球从弹 ( http: / / www.21cnjy.com )簧的正上方高为h的地方自由下落到弹簧上端，如图所示，经几次反弹以后小球最终在弹簧上静止于某一点A处，则（ ）A．h愈大，弹簧在A点的压缩量愈大B．弹簧在A点的压缩量与h无关C．h愈大，最终小球静止在A点时弹簧的弹性势能愈大D．小球第一次到达A点时弹簧的弹性势能比最终小球静止在A点时弹簧的弹性势能大解析：最终小球静止在A点时，通过受力分析，小球受自身重力与弹簧的弹力作用，由弹力公式，即可得出弹簧在A点的压缩量与h无关，弹簧的弹性势能与h无关。答案B2、一物体以初速度v0冲向与竖起墙壁相连的轻质弹簧，墙壁与物体间的弹簧被物体压缩，在此过程中，下列说法正确的是：（ ）A、物体对弹簧做的功与弹簧的压缩量成正比B、物体向墙壁移动相同的距离，弹力做的功不相等C、弹力做正功，弹簧的弹性势能减小 D、弹力做负功，弹簧的弹性势能增加答案：BD【课后巩固练习】见《高中新课程学生自主学习丛书·物理·必修二》第72——73页习题A组：72页，第1——5题（基础）B组：72——73页，第6——9题（能力提高） 教师对学生的做题情况加以指导、评价，鼓励学生大胆做，大胆猜想。若时间紧迫可以只做A组练习
实施方案 借助多媒体教室完成
教学材料 教材、自主学习丛书、
使用建议 较好的地方：本节课的设计， ( http: / / www.21cnjy.com )强调学生的探究过程和方法的体验，以学生为参与的主体进行小组探究，教师作为学生探究的参与者，随时与学生交流，为学生提供帮助。对学过的知识进行了复习和巩固，学生在用到时没有陌生感，解决问题应用比较熟练。探究是通过学生自己的探索活动，变未知为已知的学习过程。通过本节课学习开发学生的创造潜能，启发学生的思维，使学生参与问题解决活动中去。2、不足之处：①担心时间不够，不能大胆放手让学生主动思考探究，也不能给出所探究的有效结果；②结论的得出或是结论的表 ( http: / / www.21cnjy.com )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。3、设计意图说明： （1）、通过类比的方法达到知 ( http: / / www.21cnjy.com )识的迁移，找到探究规律的思想方法，形成良好的思维习惯。通过学生探求变力做功的方法，初步形成微分求解变量的物理思想方法。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。 （2）、考虑到课程标准对弹性势能的表达式没有任何要求，对弹性势能表达式的处理就显得比较灵活。对于基础一般的同学，教师只须说明“由F和L围成的三角形面积”为弹性势能值；对于基础较好同学，教师可引导学生运用三角形面积公式得出弹性势能表达式。应当指出的是，得出的目的是为了满足学生的好奇心，使学生的探究活动有“成果”。不要求学生利用这个表达式去解题。