高中物理-探究彈性勢能的表達式教學設計學情分析教材分析課后反思

《探究彈性勢能的表達式》教學設計一、教學目標1.知識目標（1）知道彈性勢能的概念及彈性勢能與哪些物理量有關。（2）知道探究彈性勢能表達式的思路。2.過程與方法（1）學會提出問題，善于質(zhì)疑，善于猜想。（2）設計方案，檢驗推理猜想的正確性。（3）經(jīng)歷提出問題、猜想、邏輯推理和類比的方法探究彈性勢能。3．情感態(tài)度與價值觀體驗類比和邏輯推理的樂趣,提高分析問題解決問題的能力。二、教學重點難點重點：讓學生體驗探究的過程，體驗知識遷移、類比的推理方法。難點：推導拉伸彈簧時，用微分思想和積分思想求解拉力所做功的表達式。三、教學方法實驗觀察法、分析歸納法、遷移法、類比法。四、課前準備1．學生的學習準備：預習實探究彈性勢能的表達式。2．教師的教學準備：多媒體課件制作；準備教具：不同彈簧，小物塊等。五、課時安排：1課時六、教學過程（一）知識回顧、總結疑惑回顧彈力、胡克定律等知識，檢查落實學生的預習情況并了解學生的疑惑，使教學具有了針對性。（二）情景導入、展示目標多媒體展示圖片（卷緊的發(fā)條、撐桿跳高、張弓射箭、拉伸或壓縮的彈簧），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：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(chǎn)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）教師拿出彈簧做壓縮、拉伸演示。教師：這節(jié)課我們就來以彈簧被拉伸為例對彈性勢能的表達式進行探究。然后展示探究的第一個問題，彈性勢能與哪幾個物理量有關、是什么關系？（三）合作探究、精講點撥。探究一：彈性勢能與哪些物理量有關？師提問：那么猜一猜彈性勢能與哪些物理量有關（以彈簧為例）？學生分組，利用不同的彈簧及小車幫助猜想學生可能猜出：長度；伸長量；壓縮量；彈力；勁度系數(shù)；形變量；質(zhì)量；材料；匝數(shù)；半徑；鋼絲粗細；匝密度等等；教師引導學生之間討論交流，最后形成一致意見：與勁度系數(shù)K和形變量（伸長量或壓縮量）L有關。師：我們猜到了彈性勢能可能與勁度系數(shù)和彈簧的伸長量有關，下面的任務是：如何確定彈性勢能的表達式。設計意圖：培養(yǎng)學生類比猜想提出的思維方式。探究二：彈簧的彈性勢能與彈力做的功有什么關系？類比思考：根據(jù)重力勢能的表達式＝mgh，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?對比說明：不一定，因為要舉起同一個重物，所用的力并不隨高度變化，但是對于同一個彈簧，拉得越長，所用的力越大，所以我們不能肯定彈性勢能跟形變量成正比，只能說明隨形變量的增大而增大．師:回顧:重力勢能和重力做功的關系重力做正功，重力勢能減小,重力做負功，重力勢能增加W重=ΔEP類比思考:彈力做正功，彈性勢能減小,彈力做負功，彈性勢能增加W彈=ΔEP探究三:怎樣計算拉力做的功？提出問題：如何求彈性勢能?如何求彈力所做的功?如何把變力轉化為不變的力?思路點撥：設計一個緩慢的拉伸過程，整個過程中拉力始終等于彈力，用拉力的功來替代彈力的功．由于彈力是一個變力，計算彈力的功不能用W=FL，設彈簧的形變量為ΔL，則彈力F=KΔL．指導學生回顧研究勻加速直線運動位移的方法（微元法）。類比思考：求拉力的的功怎么利用微元法？把拉伸的過程分為很多小段，它們的長度是ΔL1,ΔL2,ΔL3…在各個小段上，拉力可以近似認為是不變的，它們分別是F1、F2、F3…所以，在各個小段上，拉力做的功分別是F1ΔL1,F2ΔL2,F3ΔL3…拉力在整個過程中做的功可以用它在各個小段做功之和來表示W(wǎng)拉＝F1ΔL1＋F2ΔL2＋F3ΔL3＋…

探究四.怎樣計算這個求和式回顧：在必修1中，為了導出勻變速直線運動的位移公式，針對變速求位移我們曾經(jīng)用過一種辦法……是什么辦法？怎樣用的？（圖像法）otvotvvootvvootvvo用v-t圖像與坐標軸所圍面積來代表位移師問：我們能不能采用與求位移類似的方法處理呢？設計意圖：通過知識遷移，使學生體驗微積分思想處理變化物理量的求值問題。老師引導學生建立坐標系。oLoLFoLF師問：當劃分越來越細時，彈力功對應圖象中的哪一部分？這個三角形的面積的表達式？設計意圖：通過表達式的推出，形成學生的成就感。同學們討論一下，能否規(guī)定彈簧某一任意長度時的勢能為零？（類比重力勢能的相對性，引出彈性勢能的大小具有相對性的結論）。彈性勢能和重力勢能一樣，具有相對性，一般規(guī)定彈簧處于原長時的彈性勢能為0。（四）反思總結，當堂檢測1.關于彈性勢能，下列說法中正確的是：

A、發(fā)生彈性形變的物體具有彈性勢能。

B、物體只要發(fā)生形變就一定有彈性勢能。

C、彈簧的彈性勢能只跟彈簧的形變量有關。D、彈簧處于原長時彈性勢能一定為零。2.在一次“蹦極”運動中，人由高空躍下到最低點的整個過程中，下列說法正確的是：

A.重力對人做正功B.人的重力勢能減小了

C.“蹦極”繩對人做負功D.“蹦極”繩的彈性勢能增加F3.如圖所示，在光滑的水平面上有一物體，它的左端連一彈簧，彈簧的另一端固定在墻上，在力F作用下物體處于靜止狀態(tài)。當撤去F后，物體將向右運動，在物體向右運動過程中下列說法正確的是：

A、彈簧的彈性勢能逐漸減小FB、彈簧的彈性勢能逐漸增大C、彈簧的彈性勢能先增大再減小D、彈簧的彈性勢能先減小再增大探究過程:一.提出問題：彈簧的彈性勢能的表達式是怎樣的？二.假設猜想：彈性勢能可能與哪些物理量有關?三.提出理論與模型：彈簧的彈性勢能與拉力做功有什么關系？四.分析處理：怎樣計算拉力的功？五.交流評價：得出探究結果。探究方法:猜想與假設、控制變量、類比、遷移、微元、圖象、數(shù)學推理。學情分析高一學生已經(jīng)初步有了探究事物的一般方法，即“是什么？──怎么樣？──為什么？”的思維方法。因此，本設計中就通過創(chuàng)設問題情景，激勵學生自己提出想要研究的問題。通過上一節(jié)《重力勢能》的學習，學生已經(jīng)初步體驗到“研究重力勢能是從重力做功入手”以及“功是能量轉化的量度”，并且學生已具有一定的知識遷移能力了。因此可以讓學生通過類比，也從拉力做功入手來研究彈簧的彈性勢能。因為重力的功與重力和物體的位置變化有關，彈力做的功與彈力和彈簧的形變量有關，這樣的猜想是很容易想到的。關鍵的問題是如何研究拉力的功，同樣讓學生回憶并類比于研究勻變速直線運動的位移的方法，將彈簧的形變過程分成很多小段，每一小段中近似認為拉力是不變的，而且上一節(jié)課中研究當路徑是曲線的時候，研究重力所做的功也是將曲線分成很多近似認為是直線來處理的，這里用到了微分和積分的思想方法。效果分析本節(jié)課，引導學生通過探究的方法解決了“彈性勢能的表達式”的導出問題。在整個過程中，根據(jù)課堂發(fā)展情況通過問題進行驅動，使大家真正體會了探究式學習的全過程：即提出問題—猜想—設計和進行實驗—分析和推理的過程。在關鍵的探究教學過程中，還采用了轉換的思維方式；在理論推導中又重溫了類比的思想。當最終得出彈性勢能的表達式后，學生們實實在在的感受到探究式學習機坎坎坷坷，又生動有趣。課堂上基本實現(xiàn)教學目標的達成，這為他們在今后的學習中，對其他物理規(guī)律的探究，乃至將來進行某領域的科學研究打下了良好的基礎。教材分析《探究彈性勢能的表達式》是人教版教材物理必修2第七章“機械能守恒定律”的第五節(jié)。本節(jié)知識前面承接本教材的“重力勢能”，后面是“動能和動能定理”這部分內(nèi)容，所以學好本節(jié)知識為學好以后的“機械能守恒定律”打下牢固的理論基礎，而且它在整個教材中也起到了承上啟下的作用。本節(jié)課包含的一些微積分思想，是以后學習中不可缺少的部分。因此，本節(jié)內(nèi)容在物理教學中具有不容忽視的重要地位。中學課程中的科學探究是通過學生自己的探索性活動,變未知為已知的一類學習過程,其中是否包含實驗,并不是它的本質(zhì)特征。這節(jié)的探究就是一個不包含實驗的探究。本節(jié)是先引出什么是彈性勢能,然后以彈簧為例探究彈性勢能與什么因素有關,彈性勢能與拉力所做的功之間的關系以及如何計算拉力所做的功進而得到彈性勢能的表達式。既然功是能量變化的量度既然重力勢能的表達式是通過重力做功的分析得來的,很自然地會想到通過彈力做功可以得到彈性勢能的表達式。研究一件事物總是先從表面的、定性的考察開始。因此,我們先考慮彈性勢能的表達式可能與哪幾個物理量有關。從整體上看,內(nèi)容的安排完全符合人們認識事物的思維過程。評測練習1．在探究彈簧的彈性勢能的表達式時，下面猜想有一定道理的是()A．重力勢能與物體被舉起的高度h有關，所以彈性勢能很可能與彈簧的長度有關B．重力勢能與物體被舉起的高度h有關，所以彈性勢能很可能與彈簧被拉伸(或壓縮)的長度有關C．重力勢能與物體所受的重力mg大小有關，所以彈性勢能很可能與彈簧的勁度系數(shù)有關D．重力勢能與物體的質(zhì)量有關，所以彈性勢能很可能與彈簧的質(zhì)量大小有關2．彈簧的一端固定，處于自然長度．現(xiàn)對彈簧的另一端施加一個拉力，關于拉力做功(或彈簧克服拉力做功)與彈性勢能變化的關系，以下說法中正確的是()A．拉力對彈簧做正功，彈簧的彈性勢能增加B．拉力對彈簧做正功，彈簧的彈性勢能減少C．彈簧克服拉力做功，彈簧的彈性勢能增加D．彈簧克服拉力做功，彈簧的彈性勢能減少3．自由下落的小球，從接觸豎直放置的輕彈簧開始，到壓縮彈簧到最大形變的過程中，以下說法中正確的是()A．小球的速度逐漸減小B．小球、地球組成系統(tǒng)的重力勢能逐漸減小C．小球、彈簧組成系統(tǒng)的彈性勢能先逐漸增大再逐漸減小D．小球的加速度逐漸增大4．在一次“蹦極”運動中，人由高空跌下，到最低點的整個過程中，下列說法中正確的是()A．重力對人做正功B．人的重力勢能減少了C．橡皮繩對人做負功D．橡皮繩的彈性勢能增加了5．如圖1所示，圖1在光滑的水平面上有一物體，它的左端連一彈簧，彈簧的另一端固定在墻上，在力F作用下物體處于靜止狀態(tài)，當撤去F后，物體將向右運動，在物體向右運動的過程中，下列說法正確的是()A．彈簧的彈性勢能逐漸減小B．彈簧的彈性勢能逐漸增大C．彈簧的彈性勢能先增大后減小D．彈簧的彈性勢能先減小后增大6．如圖2所示，質(zhì)量相等的兩木塊中間連有一彈簧，今用力F緩慢向上提A，直到B恰好離開地面．開始時物體A靜止在彈簧上面．設開始時彈簧的彈性勢能為Ep1，B剛要離開地面時，彈簧的彈性勢能為Ep2，則關于Ep1、Ep2大小關系及彈性勢能變化ΔEp說法中正確的是() A．Ep1＝Ep2 B．Ep1>Ep2C．ΔEp>0 D．ΔEp<0圖2參考答案1．BC[彈簧的彈性勢能與彈簧的勁度系數(shù)和彈簧的形變量有關，與彈簧的長度、質(zhì)量等因素無關．]2．AC[拉力對彈簧做正功，彈簧的彈力做負功，彈簧的彈性勢能增加．]3．B[小球做加速度先減小到0后反向逐漸增大的變速運動，小球速度先增大后減?。蔄、D錯，小球的重力勢能逐漸減小，由于彈簧的壓縮量逐漸增大，因此彈簧的彈性勢能逐漸增大，故B正確，C錯．]4．ABCD[人由高空跌下，到最低點的過程中，重力方向和位移方向均向下，重力對人做正功，重力勢能減少，A、B正確；在人和橡皮繩相互作用的過程中，橡皮繩對人的拉力向上，人的位移向下，繩的拉力對人做負功，橡皮繩的彈性勢能增加，C、D正確．]5．D[撤去F后物體向右運動的過程中，彈簧的彈力先做正功后做負功，故彈簧的彈性勢能先減小后增大．]6．A[開始時彈簧形變量為l1，有kl1＝mg.則它離開地面時形變量為l2，有kl2＝mg，故l1＝l2，所以Ep1＝Ep2，ΔEp＝0，A對．]課后反思一、這是堂探究型課，但也不乏教師的傳授式教學，在類比研究變速直線運動中求位移的方法來計算彈簧彈力所做的功時，學生顯得有點被動。

二、因為整堂課都是以學生為主的探究性學習，創(chuàng)設情景讓學生提出自己關心、想要知道的問題、解決問題的時候又主要是以學生自評和互評以及合作學習而得出的結論，所以在結論的得出或是結論的表述上可能會不嚴密，難免缺少知識的系統(tǒng)性，因此如何處理和保持好探究性學習中知識的系統(tǒng)性是探究性學習中的值得我們?nèi)パ芯康膯栴}。

三、在今后組織探究型學習課時應注意以下幾點：1）充分保護和調(diào)動學生的積極性，特別要從活躍課堂教學氣氛的角度，強化學生的“問題提出意識”，提高學生的“問題提出”能力。2）要關愛每個學生的發(fā)展，因材施教。在課堂中采取不同的引導、激勵方式，鼓勵挖掘每位學生內(nèi)在的潛能。3）探究型教學是一個長期而復雜的過程。要將知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀以及創(chuàng)新意識、實踐能力等多方有機的融合起來，才能實現(xiàn)真正意義上的科學探究，這就需要我們們不斷的努力探索和總結。課標分析課程標準總目標中對中學生在科學探究方面提出了具體的要求：學習科學探究方法，發(fā)展自主學習能力，養(yǎng)成良好的思維習慣，能運用物理知識和科學探究方法解決一些實際問題。在高中物理課程標準中，彈簧彈性勢能的表達式未做要求（即不要求學生掌握彈簧彈性勢能的表達式，以及用彈簧的彈性勢能的表達式解