高中物理-探究彈性勢(shì)能的表達(dá)式教學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)情分析教材分析課后反思

《探究彈性勢(shì)能的表達(dá)式》教學(xué)設(shè)計(jì)一、教學(xué)目標(biāo)1.知識(shí)目標(biāo)（1）知道彈性勢(shì)能的概念及彈性勢(shì)能與哪些物理量有關(guān)。（2）知道探究彈性勢(shì)能表達(dá)式的思路。2.過程與方法（1）學(xué)會(huì)提出問題，善于質(zhì)疑，善于猜想。（2）設(shè)計(jì)方案，檢驗(yàn)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(shì)能。3．情感態(tài)度與價(jià)值觀體驗(yàn)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(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：讓學(xué)生體驗(yàn)探究的過程，體驗(yàn)知識(shí)遷移、類比的推理方法。難點(diǎn)：推導(dǎo)拉伸彈簧時(shí)，用微分思想和積分思想求解拉力所做功的表達(dá)式。三、教學(xué)方法實(shí)驗(yàn)觀察法、分析歸納法、遷移法、類比法。四、課前準(zhǔn)備1．學(xué)生的學(xué)習(xí)準(zhǔn)備：預(yù)習(xí)實(shí)探究彈性勢(shì)能的表達(dá)式。2．教師的教學(xué)準(zhǔn)備：多媒體課件制作；準(zhǔn)備教具：不同彈簧，小物塊等。五、課時(shí)安排：1課時(shí)六、教學(xué)過程（一）知識(shí)回顧、總結(jié)疑惑回顧彈力、胡克定律等知識(shí)，檢查落實(shí)學(xué)生的預(yù)習(xí)情況并了解學(xué)生的疑惑，使教學(xué)具有了針對(duì)性。（二）情景導(dǎo)入、展示目標(biāo)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(shè)情景，引出問題，激發(fā)學(xué)生的興趣，使學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)。老師：這類圖片的共同特征是什么？學(xué)生：桿、弓和彈簧都發(fā)生形變，產(chǎn)生了彈力，存儲(chǔ)了一些能量，在恢復(fù)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(shì)能，這種勢(shì)能叫做彈性勢(shì)能。（多媒體展示彈性勢(shì)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(duì)彈性勢(shì)能的表達(dá)式進(jìn)行探究。然后展示探究的第一個(gè)問題，彈性勢(shì)能與哪幾個(gè)物理量有關(guān)、是什么關(guān)系？（三）合作探究、精講點(diǎn)撥。探究一：彈性勢(shì)能與哪些物理量有關(guān)？師提問：那么猜一猜彈性勢(shì)能與哪些物理量有關(guān)（以彈簧為例）？學(xué)生分組，利用不同的彈簧及小車幫助猜想學(xué)生可能猜出：長(zhǎng)度；伸長(zhǎng)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(xì)；匝密度等等；教師引導(dǎo)學(xué)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(zhǎng)量或壓縮量）L有關(guān)。師：我們猜到了彈性勢(shì)能可能與勁度系數(shù)和彈簧的伸長(zhǎng)量有關(guān)，下面的任務(wù)是：如何確定彈性勢(shì)能的表達(dá)式。設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)學(xué)生類比猜想提出的思維方式。探究二：彈簧的彈性勢(shì)能與彈力做的功有什么關(guān)系？類比思考：根據(jù)重力勢(shì)能的表達(dá)式＝mgh，我們知道重力勢(shì)能跟高度h成正比，彈性勢(shì)能也跟形變量成正比嗎?對(duì)比說明：不一定，因?yàn)橐e起同一個(gè)重物，所用的力并不隨高度變化，但是對(duì)于同一個(gè)彈簧，拉得越長(zhǎng)，所用的力越大，所以我們不能肯定彈性勢(shì)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(shì)能和重力做功的關(guān)系重力做正功，重力勢(shì)能減小,重力做負(fù)功，重力勢(shì)能增加W重=ΔEP類比思考:彈力做正功，彈性勢(shì)能減小,彈力做負(fù)功，彈性勢(shì)能增加W彈=ΔEP探究三:怎樣計(jì)算拉力做的功？提出問題：如何求彈性勢(shì)能?如何求彈力所做的功?如何把變力轉(zhuǎn)化為不變的力?思路點(diǎn)撥：設(shè)計(jì)一個(gè)緩慢的拉伸過程，整個(gè)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(gè)變力，計(jì)算彈力的功不能用W=FL，設(shè)彈簧的形變量為ΔL，則彈力F=KΔL．指導(dǎo)學(xué)生回顧研究勻加速直線運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)度是ΔL1,ΔL2,ΔL3…在各個(gè)小段上，拉力可以近似認(rèn)為是不變的，它們分別是F1、F2、F3…所以，在各個(gè)小段上，拉力做的功分別是F1ΔL1,F2ΔL2,F3ΔL3…拉力在整個(gè)過程中做的功可以用它在各個(gè)小段做功之和來表示W(wǎng)拉＝F1ΔL1＋F2ΔL2＋F3ΔL3＋…

探究四.怎樣計(jì)算這個(gè)求和式回顧：在必修1中，為了導(dǎo)出勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移公式，針對(duì)變速求位移我們?cè)?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(biāo)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(shè)計(jì)意圖：通過知識(shí)遷移，使學(xué)生體驗(yàn)微積分思想處理變化物理量的求值問題。老師引導(dǎo)學(xué)生建立坐標(biāo)系。oLoLFoLF師問：當(dāng)劃分越來越細(xì)時(shí)，彈力功對(duì)應(yīng)圖象中的哪一部分？這個(gè)三角形的面積的表達(dá)式？設(shè)計(jì)意圖：通過表達(dá)式的推出，形成學(xué)生的成就感。同學(xué)們討論一下，能否規(guī)定彈簧某一任意長(zhǎng)度時(shí)的勢(shì)能為零？（類比重力勢(shì)能的相對(duì)性，引出彈性勢(shì)能的大小具有相對(duì)性的結(jié)論）。彈性勢(shì)能和重力勢(shì)能一樣，具有相對(duì)性，一般規(guī)定彈簧處于原長(zhǎng)時(shí)的彈性勢(shì)能為0。（四）反思總結(jié)，當(dāng)堂檢測(cè)1.關(guān)于彈性勢(shì)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(shì)能。

B、物體只要發(fā)生形變就一定有彈性勢(shì)能。

C、彈簧的彈性勢(shì)能只跟彈簧的形變量有關(guān)。D、彈簧處于原長(zhǎng)時(shí)彈性勢(shì)能一定為零。2.在一次“蹦極”運(yùn)動(dòng)中，人由高空躍下到最低點(diǎn)的整個(gè)過程中，下列說法正確的是：

A.重力對(duì)人做正功B.人的重力勢(shì)能減小了

C.“蹦極”繩對(duì)人做負(fù)功D.“蹦極”繩的彈性勢(shì)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?fàn)顟B(tài)。當(dāng)撤去F后，物體將向右運(yùn)動(dòng)，在物體向右運(yùn)動(dòng)過程中下列說法正確的是：

A、彈簧的彈性勢(shì)能逐漸減小FB、彈簧的彈性勢(shì)能逐漸增大C、彈簧的彈性勢(shì)能先增大再減小D、彈簧的彈性勢(shì)能先減小再增大探究過程:一.提出問題：彈簧的彈性勢(shì)能的表達(dá)式是怎樣的？二.假設(shè)猜想：彈性勢(shì)能可能與哪些物理量有關(guān)?三.提出理論與模型：彈簧的彈性勢(shì)能與拉力做功有什么關(guān)系？四.分析處理：怎樣計(jì)算拉力的功？五.交流評(píng)價(jià)：得出探究結(jié)果。探究方法:猜想與假設(shè)、控制變量、類比、遷移、微元、圖象、數(shù)學(xué)推理。學(xué)情分析高一學(xué)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(shè)計(jì)中就通過創(chuàng)設(shè)問題情景，激勵(lì)學(xué)生自己提出想要研究的問題。通過上一節(jié)《重力勢(shì)能》的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)初步體驗(yàn)到“研究重力勢(shì)能是從重力做功入手”以及“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”，并且學(xué)生已具有一定的知識(shí)遷移能力了。因此可以讓學(xué)生通過類比，也從拉力做功入手來研究彈簧的彈性勢(shì)能。因?yàn)橹亓Φ墓εc重力和物體的位置變化有關(guān)，彈力做的功與彈力和彈簧的形變量有關(guān)，這樣的猜想是很容易想到的。關(guān)鍵的問題是如何研究拉力的功，同樣讓學(xué)生回憶并類比于研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)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(rèn)為拉力是不變的，而且上一節(jié)課中研究當(dāng)路徑是曲線的時(shí)候，研究重力所做的功也是將曲線分成很多近似認(rèn)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(dǎo)學(xué)生通過探究的方法解決了“彈性勢(shì)能的表達(dá)式”的導(dǎo)出問題。在整個(gè)過程中，根據(jù)課堂發(fā)展情況通過問題進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，使大家真正體會(huì)了探究式學(xué)習(xí)的全過程：即提出問題—猜想—設(shè)計(jì)和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)—分析和推理的過程。在關(guān)鍵的探究教學(xué)過程中，還采用了轉(zhuǎn)換的思維方式；在理論推導(dǎo)中又重溫了類比的思想。當(dāng)最終得出彈性勢(shì)能的表達(dá)式后，學(xué)生們實(shí)實(shí)在在的感受到探究式學(xué)習(xí)機(jī)坎坎坷坷，又生動(dòng)有趣。課堂上基本實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成，這為他們?cè)诮窈蟮膶W(xué)習(xí)中，對(duì)其他物理規(guī)律的探究，乃至將來進(jìn)行某領(lǐng)域的科學(xué)研究打下了良好的基礎(chǔ)。教材分析《探究彈性勢(shì)能的表達(dá)式》是人教版教材物理必修2第七章“機(jī)械能守恒定律”的第五節(jié)。本節(jié)知識(shí)前面承接本教材的“重力勢(shì)能”，后面是“動(dòng)能和動(dòng)能定理”這部分內(nèi)容，所以學(xué)好本節(jié)知識(shí)為學(xué)好以后的“機(jī)械能守恒定律”打下牢固的理論基礎(chǔ)，而且它在整個(gè)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(xué)習(xí)中不可缺少的部分。因此，本節(jié)內(nèi)容在物理教學(xué)中具有不容忽視的重要地位。中學(xué)課程中的科學(xué)探究是通過學(xué)生自己的探索性活動(dòng),變未知為已知的一類學(xué)習(xí)過程,其中是否包含實(shí)驗(yàn),并不是它的本質(zhì)特征。這節(jié)的探究就是一個(gè)不包含實(shí)驗(yàn)的探究。本節(jié)是先引出什么是彈性勢(shì)能,然后以彈簧為例探究彈性勢(shì)能與什么因素有關(guān),彈性勢(shì)能與拉力所做的功之間的關(guān)系以及如何計(jì)算拉力所做的功進(jìn)而得到彈性勢(shì)能的表達(dá)式。既然功是能量變化的量度既然重力勢(shì)能的表達(dá)式是通過重力做功的分析得來的,很自然地會(huì)想到通過彈力做功可以得到彈性勢(shì)能的表達(dá)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(shì)能的表達(dá)式可能與哪幾個(gè)物理量有關(guān)。從整體上看,內(nèi)容的安排完全符合人們認(rèn)識(shí)事物的思維過程。評(píng)測(cè)練習(xí)1．在探究彈簧的彈性勢(shì)能的表達(dá)式時(shí)，下面猜想有一定道理的是()A．重力勢(shì)能與物體被舉起的高度h有關(guān)，所以彈性勢(shì)能很可能與彈簧的長(zhǎng)度有關(guān)B．重力勢(shì)能與物體被舉起的高度h有關(guān)，所以彈性勢(shì)能很可能與彈簧被拉伸(或壓縮)的長(zhǎng)度有關(guān)C．重力勢(shì)能與物體所受的重力mg大小有關(guān)，所以彈性勢(shì)能很可能與彈簧的勁度系數(shù)有關(guān)D．重力勢(shì)能與物體的質(zhì)量有關(guān)，所以彈性勢(shì)能很可能與彈簧的質(zhì)量大小有關(guān)2．彈簧的一端固定，處于自然長(zhǎng)度．現(xiàn)對(duì)彈簧的另一端施加一個(gè)拉力，關(guān)于拉力做功(或彈簧克服拉力做功)與彈性勢(shì)能變化的關(guān)系，以下說法中正確的是()A．拉力對(duì)彈簧做正功，彈簧的彈性勢(shì)能增加B．拉力對(duì)彈簧做正功，彈簧的彈性勢(shì)能減少C．彈簧克服拉力做功，彈簧的彈性勢(shì)能增加D．彈簧克服拉力做功，彈簧的彈性勢(shì)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(shì)能逐漸減小C．小球、彈簧組成系統(tǒng)的彈性勢(shì)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(yùn)動(dòng)中，人由高空跌下，到最低點(diǎn)的整個(gè)過程中，下列說法中正確的是()A．重力對(duì)人做正功B．人的重力勢(shì)能減少了C．橡皮繩對(duì)人做負(fù)功D．橡皮繩的彈性勢(shì)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?fàn)顟B(tài)，當(dāng)撤去F后，物體將向右運(yùn)動(dòng)，在物體向右運(yùn)動(dòng)的過程中，下列說法正確的是()A．彈簧的彈性勢(shì)能逐漸減小B．彈簧的彈性勢(shì)能逐漸增大C．彈簧的彈性勢(shì)能先增大后減小D．彈簧的彈性勢(shì)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(shí)物體A靜止在彈簧上面．設(shè)開始時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能為Ep1，B剛要離開地面時(shí)，彈簧的彈性勢(shì)能為Ep2，則關(guān)于Ep1、Ep2大小關(guān)系及彈性勢(shì)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(shì)能與彈簧的勁度系數(shù)和彈簧的形變量有關(guān)，與彈簧的長(zhǎng)度、質(zhì)量等因素?zé)o關(guān)．]2．AC[拉力對(duì)彈簧做正功，彈簧的彈力做負(fù)功，彈簧的彈性勢(shì)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(yùn)動(dòng)，小球速度先增大后減?。蔄、D錯(cuò)，小球的重力勢(shì)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(shì)能逐漸增大，故B正確，C錯(cuò)．]4．ABCD[人由高空跌下，到最低點(diǎn)的過程中，重力方向和位移方向均向下，重力對(duì)人做正功，重力勢(shì)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(duì)人的拉力向上，人的位移向下，繩的拉力對(duì)人做負(fù)功，橡皮繩的彈性勢(shì)能增加，C、D正確．]5．D[撤去F后物體向右運(yùn)動(dòng)的過程中，彈簧的彈力先做正功后做負(fù)功，故彈簧的彈性勢(shì)能先減小后增大．]6．A[開始時(shí)彈簧形變量為l1，有kl1＝mg.則它離開地面時(shí)形變量為l2，有kl2＝mg，故l1＝l2，所以Ep1＝Ep2，ΔEp＝0，A對(duì)．]課后反思一、這是堂探究型課，但也不乏教師的傳授式教學(xué)，在類比研究變速直線運(yùn)動(dòng)中求位移的方法來計(jì)算彈簧彈力所做的功時(shí)，學(xué)生顯得有點(diǎn)被動(dòng)。

二、因?yàn)檎谜n都是以學(xué)生為主的探究性學(xué)習(xí)，創(chuàng)設(shè)情景讓學(xué)生提出自己關(guān)心、想要知道的問題、解決問題的時(shí)候又主要是以學(xué)生自評(píng)和互評(píng)以及合作學(xué)習(xí)而得出的結(jié)論，所以在結(jié)論的得出或是結(jié)論的表述上可能會(huì)不嚴(yán)密，難免缺少知識(shí)的系統(tǒng)性，因此如何處理和保持好探究性學(xué)習(xí)中知識(shí)的系統(tǒng)性是探究性學(xué)習(xí)中的值得我們?nèi)パ芯康膯栴}。

三、在今后組織探究型學(xué)習(xí)課時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1）充分保護(hù)和調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，特別要從活躍課堂教學(xué)氣氛的角度，強(qiáng)化學(xué)生的“問題提出意識(shí)”，提高學(xué)生的“問題提出”能力。2）要關(guān)愛每個(gè)學(xué)生的發(fā)展，因材施教。在課堂中采取不同的引導(dǎo)、激勵(lì)方式，鼓勵(lì)挖掘每位學(xué)生內(nèi)在的潛能。3）探究型教學(xué)是一個(gè)長(zhǎng)期而復(fù)雜的過程。要將知識(shí)與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀以及創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)踐能力等多方有機(jī)的融合起來，才能實(shí)現(xiàn)真正意義上的科學(xué)探究，這就需要我們們不斷的努力探索和總結(jié)。課標(biāo)分析課程標(biāo)準(zhǔn)總目標(biāo)中對(duì)中學(xué)生在科學(xué)探究方面提出了具體的要求：學(xué)習(xí)科學(xué)探究方法，發(fā)展自主學(xué)習(xí)能力，養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣，能運(yùn)用物理知識(shí)和科學(xué)探究方法解決一些實(shí)際問題。在高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)中，彈簧彈性勢(shì)能的表達(dá)式未做要求（即不要求學(xué)生掌握彈簧彈性勢(shì)能的表達(dá)式，以及用彈簧的彈性勢(shì)能的表達(dá)式解