2019-2020年人教版高中物理必修二 第七章 第5節(jié) 探究彈性勢能的表達式 教案2.doc

2019-2020年人教版高中物理必修二 第七章 第5節(jié) 探究彈性勢能的表達式 教案2教學目標 （1）知識與技能：理解彈性勢能的概念，會分析決定彈性勢能的相關因素。理解彈力做功與彈簧彈性勢能變化的關系。知道探究彈性勢能表達式的方法，了解計算變力做功的基本方法和思想。進一步掌握功和能的關系：即，功是能轉化的量度。（2）過程與方法：利用控制變量法定性確定彈簧彈性勢能的相關的因素。采用邏輯推理和類比的方法探究彈簧彈性勢能表達式。通過探究彈性勢能表達式的過程，讓學生體會微分思想和積分思想在物理學中的應用。（3）情感態(tài)度與價值觀：培養(yǎng)學生對科學的好奇心與求知欲。通過討論與交流等活動，培養(yǎng)學生有將自己的見解與他人交流的愿望，敢于堅持正確觀點，勇于修正錯誤，發(fā)揚與他人合作的精神，分享探究成功后的喜悅。體會彈性勢能在生活中的意義，提高物理知識在生活中的應用意識，做到理論聯系實際。教學重點 探究彈性勢能表達式的過程與方法。、體會微分思想和積分思想在物理學中的應用。教學難點如何合理的推理與類比。結合圖像體會如何用微分和積分思想研究變力做功。 課時分配1課時課型理論探究課教學流程（結合課件）一、知識儲備1 是能量轉化的量度。老師：前面我們研究了彈簧彈力與形變的關系，請同學們回憶一下，并討論能不能用圖象來反映彈力F和形變量X的關系？（FX圖象在后面的探究過程要用到）學生：根據胡克定律F=kx，可得圖1。圖 1老師：（用多媒體展示胡克定律及圖象）學生：根據學案回顧重力勢能的探究過程3.重力勢能表達式的探究過程1）定性分析得重力勢能：隨 的增加而增加，隨 的增加而增加2）如圖：物體沿任意路徑向下運動，高度從h1將為h2時利用功能關系計算重力做功WGmgh1mgh2 mg(h1h2 )mgh即WG = =Ep物理量“mgh” 重力做功表示其減少量即為重力勢能的減少量；它與重力勢能的特征一致。所以把物理量“mgh”定義為重力勢能（Ep）即Epmgh二、新課講授探究一：彈性勢能的概念教師和學生一起演示自動筆跳起的趣味小實驗創(chuàng)設情景，引出問題，激發(fā)學生的興趣，使學生明確學習目標。老師：解釋其中的物理規(guī)律學生：壓縮的彈簧對筆的彈力做功，說明壓縮的彈簧有能量。老師：生活中還有很多類似的現象，（演示橡皮筋打紙彈）課件展示壓縮彈簧，拉開的弓，等圖片，這類圖片的共同特征是什么？學生：桿、弓和彈簧都發(fā)生形變，產生了彈力，存儲了一些能量，在恢復形變的過程中將能量釋放出來了。即：發(fā)生彈性形變的物體的各部分之間，由于有彈力的相互作用，也具有勢能，這種勢能叫做彈性勢能。（多媒體展示彈性勢能的概念）老師：類比重力勢能，重力勢能是由于被舉高而具有的能量學生：彈性勢能是由于物體發(fā)生彈性形變而具有的課件展示問題：1.發(fā)生形變的物體一定具有彈性勢能？2.任何發(fā)生彈性形變的物體都有彈性勢能？探究二：影響彈性勢能的因素學生結合學案探究參考實例：弓拉得越滿，箭射出去得越遠彈弓的橡皮筋拉得越長，彈丸射出得越遠玩蹦床游戲時，把蹦床壓得越深，人被反彈的高度越高在拉弓射箭時，弓的“硬度”越大，拉相同的距離，“硬度”大的，箭射出的距離越遠壓縮同樣長度的彈簧到相同的位置，“粗”彈簧壓縮得要困難些同樣長度的橡皮筋制作的彈弓，拉開相同的距離，“粗”橡皮筋的彈弓打出的彈丸遠1、重力勢能與物體被舉高的高度h有關，彈性勢能與什么因素有關？2、上述條件相同時，不同彈簧的彈性勢能還應與什么因素有關？結論：彈性勢能的表達式中應包含物理量 與 。3、類比思考：根據重力勢能的表達式EPmgh，我們知道重力勢能跟高度h成正比，彈性勢能也跟形變量成正比嗎?（對比舉高物體過程與拉長彈簧過程）學生猜想并得出結論：彈性勢能可能與勁度系數、形變量有關。即：1）簧的伸長量L有關。2）彈簧的勁度系數k有關 。老師：大家不妨猜想一下，你覺得彈簧彈力做功的表達是會是怎么樣的？學生可能會猜想W=FL、W=KL2等等，對于每種猜想都給予鼓勵。重點把W=FL= KL2給學生做說明：該表達式合理方面，已經是功的基本形式。不合理的是通常在高中階段只能用來計算恒力做功，而彈力是變力。（為下面討論變力做功埋下伏筆，同時強調猜想不等于沒有根據的想象，任何猜想都要以事實為根據，以理論為指導。這樣的猜想才是合理的，避免學生隨意的想象。）探究三：如何定量研究彈簧的彈性勢能？（類比1并在學生討論中適時用多媒體展示）老師：請同學們回憶一下我們研究重力勢能與重力做功的關系，能否通過類比來得出彈簧彈性勢能與彈簧彈力做功的關系呢？類比1：重力（恒力）彈力（變力）重力勢能彈性勢能重力勢能與重力做功的關系彈簧彈性勢能與彈簧彈力做功的關系WGmgh1mgh2mgh3 =mg（h1h2h3） =mgh = mg h1mg h2 =Ep1Ep2L2L1提出問題：把彈簧從L1拉到L2的過程中W彈=EP？ 學生：討論并交流得出結論：W彈=EP1EP2，若令EP1=0，則W彈=EP2（重力勢能的零參考面選取是任意的，通常以地面為零參考面。同理彈簧彈性勢能的的零參考面選取也是任意的，通常以彈簧的原長為零參考面，則彈簧彈力做的功在數值就等于彈簧的彈性勢能。所以研究彈簧彈力做功就能確定彈簧彈性勢能的表達。）探究四：如何計算拉力做功？（類比2、3用多媒體適時控制展示）老師：剛才我們通過類比得出結論彈簧彈性勢能的大小等于克服彈簧彈力所做的功，這樣我們如果求出了彈簧彈力做的功，也就可以量度彈簧彈性勢能，但問題是彈力是變力，怎樣求這個變力所做的功呢？是否也可以通過類比的方法來求呢？公式圖象“面積”類比3老師：通過以上分析和類比，我們能否也通過圖象法與微元法得出變力的功呢？ 學生：可以把彈簧從A到B的過程分成很多小段l1,l2,l3 ln在各個小段上，彈力可近似認為是不變的F1、F2、F3 Fn 則從A到B的過程中彈簧彈力做功WF1l1F2l2F3l3+ FnlnFL0即：(1)彈力與位移的關系F=kL （2）分割兩等分WF1l1F2l2 (3)分割三等份WF1l1F2l2F3l3 (4)分割四等份WF1l1F2l2F3l3F4l4（5）當無限分割下去,則(多媒體連續(xù)放動畫,突出分割的過程)老師：通過上述2、3兩個類比，我們能否得出求彈簧彈力F的功呢？是多少？學生：可以，用面積求得：（根據：功是能轉化的量度，彈簧彈力做功轉化了彈簧彈性勢能，令彈簧的原長為零參考面，則彈簧彈力做的功在數值就等于彈簧的彈性勢能。所以彈簧彈力做功的表達式與彈簧彈性勢能的表達相同。）七、得出探究結論（多媒體展示）：由上述探究，我們得出彈性勢能的表達式： 八、課堂小結：老師：我們現在已經得出了彈性勢能的表達式，回頭看看：1我們的探究過程是怎樣的？2在探究過程中，我們用到了哪些研究方法？學生討論，交流，得出結論