探究彈性勢(shì)能的表達(dá)式 教學(xué)設(shè)計(jì) 高一下學(xué)期物理人教版必修2

教學(xué)課題高中物理人教版必修二第七章第5節(jié)探究彈性勢(shì)能的表達(dá)式教材分析本節(jié)選自高中物理人教版必修二第七章第5節(jié)探究彈性勢(shì)能的表達(dá)式，是一節(jié)探究課。新課標(biāo)對(duì)彈性勢(shì)能的表達(dá)式?jīng)]有明確提出要求，但要求教師在教學(xué)中要重視引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)探究式學(xué)習(xí)，尤其要注重讓學(xué)生體會(huì)探究的過程和所用的方法，養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣。本節(jié)是在學(xué)習(xí)重力勢(shì)能之后進(jìn)一步拓展的課，讓學(xué)生在變力作用的情境下進(jìn)行功和能關(guān)系的探究，再一次感受到功和能的緊密聯(lián)系。其目的是通過對(duì)兩種勢(shì)能的認(rèn)識(shí)過程，為后面的動(dòng)能定理和機(jī)械能守恒定律的學(xué)習(xí)打下基礎(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的地位。學(xué)情分析知識(shí)基礎(chǔ)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”，在必修一中也學(xué)習(xí)了彈力相關(guān)內(nèi)容并且學(xué)生已具有一定的知識(shí)遷移能力，可以讓學(xué)生通過類比，從彈簧彈力做功入手來研究彈簧彈性勢(shì)能心理特點(diǎn)高一學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展過程是由直觀認(rèn)識(shí)向邏輯推理、實(shí)驗(yàn)推理過渡階段。因此在教學(xué)中，要遵循從感性到理性的認(rèn)識(shí)規(guī)律；滿足與引導(dǎo)學(xué)生的好奇心，讓學(xué)生品味科學(xué)家的好奇心用自己的科學(xué)知識(shí)來辨別是非，不迷信權(quán)威，勇于提出質(zhì)疑?？赡艹霈F(xiàn)的問題學(xué)生剛進(jìn)行高中物理知識(shí)的學(xué)習(xí)，對(duì)生活中物理現(xiàn)象的知識(shí)準(zhǔn)備不足，更重要的是思維方法和運(yùn)用數(shù)學(xué)工具表述物理過程，以及進(jìn)行理性思維的方式與教學(xué)要求存在一定的差距。為此教學(xué)中必須借助于經(jīng)驗(yàn)思維和具體思維縮短理論推理的學(xué)習(xí)困難。教學(xué)目標(biāo)物理觀念1.理解彈性勢(shì)能的概念及意義，會(huì)分析決定彈簧彈性勢(shì)能大小的相關(guān)因素2.理解彈力做功與彈簧彈性勢(shì)能變化的關(guān)系科學(xué)思維1.理解圖像法求變力功的思維方法2.掌握求彈力做功時(shí)通過細(xì)分過程化變力為恒力的思想方法科學(xué)探究1.利用控制變量法定性確定彈簧彈性勢(shì)能的相關(guān)的因素2.采用邏輯推理和類比的方法探究彈簧彈性勢(shì)能表達(dá)式3.通過探究彈性勢(shì)能表達(dá)式的過程，讓學(xué)生體會(huì)微分思想和積分思想在物理學(xué)中的應(yīng)用情感態(tài)度與價(jià)值觀1.通過討論與交流，培養(yǎng)學(xué)生敢于堅(jiān)持正確觀點(diǎn)，勇于修正錯(cuò)誤，發(fā)揚(yáng)與他人合作的精神的能力。2.體會(huì)彈性勢(shì)能在生活中的意義，提高物理在生活中的應(yīng)用意識(shí)，做到理論聯(lián)系實(shí)際重點(diǎn)難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：1.探究彈性勢(shì)能表達(dá)式的過程與方法2.體會(huì)微分思想和積分思想在物理學(xué)中的應(yīng)用教學(xué)難點(diǎn)：1.理解如何用微分和積分思想研究變力做功2.合理的運(yùn)用推理與類比教法學(xué)法教學(xué)方法：?jiǎn)栴}驅(qū)動(dòng)法、演示法、類比法、問答法學(xué)習(xí)方法：討論法、合作學(xué)習(xí)教學(xué)流程教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖復(fù)習(xí)鞏固復(fù)習(xí)上節(jié)課內(nèi)容：1.重力勢(shì)能表達(dá)式與相對(duì)性2.重力勢(shì)能與重力做功關(guān)系學(xué)生思考回顧1.相對(duì)于參考平面：EP=mgH2．WG=EP1-EP2初位置：EP1=mgH1末位置：EP2=mgH2物體由高處到低處時(shí)重力做正功，重力勢(shì)能減少。通過回顧上節(jié)課的知識(shí)進(jìn)一步鞏固所學(xué)知識(shí)，同時(shí)為接下來的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)引入新課[多媒體引入]圖片展示(三類：撐桿跳高、張弓射箭、各類彈簧)這類圖片的共同特征是什么?[小實(shí)驗(yàn)]為什么松手后圓珠筆會(huì)自動(dòng)跳起來？將圓珠筆內(nèi)彈簧取出，按壓觀察其形變，感受力的作用。什么是勢(shì)能？引導(dǎo)學(xué)生類比重力勢(shì)能分析，以上例子是否具有勢(shì)能。教師指出勢(shì)能概念中有兩個(gè)關(guān)鍵詞，一是“相互作用”，二是“位置”彈性勢(shì)能：發(fā)生彈性形變的物體的各個(gè)部分之間，由于有彈力的相互作用而具有勢(shì)能，這種勢(shì)能叫做彈性勢(shì)能。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。彈簧產(chǎn)生了力的作用相互作用的物體憑借位置而具有的能量。在重力勢(shì)能概念中體現(xiàn)為重力和高度。發(fā)生彈性形變的物體（如彈簧），各部分間有彈力作用，并且發(fā)生形變。因此它也具有勢(shì)能從學(xué)生生活實(shí)際出發(fā)，引出課題，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣步步導(dǎo)入，吸引學(xué)生的注意力，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)讓學(xué)生自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)、增加參與意識(shí)，激起對(duì)科學(xué)的好奇心和求知欲開始探究問題1：猜想彈簧彈性勢(shì)能的大小與哪些因素有關(guān)？類比：物體的重力勢(shì)能與物體所受的重力和高度有關(guān)將學(xué)生分成小組，分組進(jìn)行探究①、彈性勢(shì)能與彈簧拉伸量（壓縮量）有關(guān)。②、彈性勢(shì)能與彈簧的勁度系數(shù)有關(guān)。交流探究結(jié)果：彈性勢(shì)能隨彈簧形變量增大而增大。隨彈簧的勁度系數(shù)的增大而增大。重力勢(shì)能與高度成正比例，彈性勢(shì)能和彈簧拉伸長(zhǎng)度也成正比么？定性猜測(cè)還不夠，我們還想得到定量的彈性勢(shì)能的表達(dá)式，那么彈性勢(shì)能的表達(dá)式如何探究呢？問題2：從什么知識(shí)入手研究影響彈性勢(shì)能的因素？我們?cè)鯓拥玫搅酥亓?shì)能的表達(dá)式？那么類比到彈力呢？這兩者之間有相同點(diǎn)又有差別。重力是恒力，但彈簧的彈力是變力,我們?nèi)绾蝸砬筮@個(gè)變力做功呢？來求做功的情況我們以前碰到過嗎？我們?cè)趺刺幚淼模繉W(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)并推出代表進(jìn)行交流。類比猜想根據(jù)胡克定律F=kx學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)粗略驗(yàn)證：學(xué)生利用控制變量法1.用同一根彈簧在幾次被壓縮量不同時(shí)釋放（勁度系數(shù)相同，改變形變量），觀察小車被彈開的情況。2.分別用兩根彈簧在被壓縮量相同時(shí)釋放（形變量相同，勁度系數(shù)不同），觀察小車被彈開的情況不一定，因?yàn)橥粋€(gè)彈簧拉的越長(zhǎng)，所用的力越大，而要舉起一個(gè)重物，所用到的力并不隨高度改變。根據(jù)重力勢(shì)能與重力做功的關(guān)系得出，物體相對(duì)于零勢(shì)能面所具有的重力勢(shì)能等于物體運(yùn)動(dòng)到零勢(shì)能面的過程中重力所做的功，即Ｅp＝WG=mgh不能直接用W=Flcosθ培養(yǎng)學(xué)生類比猜想提出的思維方式。調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，尊重學(xué)生自己的判斷和創(chuàng)見，引導(dǎo)學(xué)生探索解決問題的途徑。學(xué)生可能設(shè)計(jì)出多種方案。通過學(xué)生設(shè)計(jì)并操作實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生探究物理規(guī)律的方法和過程，體驗(yàn)探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。新課教學(xué)[微元法]引導(dǎo)學(xué)生利用微元法：把變力做功問題轉(zhuǎn)化為恒力做功問題在必修1中，為了求勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移，或說成為了導(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？怎樣的？我們能不能采用與求位移類似的方法處理呢？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？則表達(dá)式為W=結(jié)論：當(dāng)彈簧從原長(zhǎng)被拉伸L長(zhǎng)度后，拉力做的功為：W=1根據(jù)我們的推論，當(dāng)彈簧處于原長(zhǎng)、彈性勢(shì)能值為零時(shí)，這個(gè)彈簧被拉長(zhǎng)L時(shí)彈力做的功就等于彈簧被拉長(zhǎng)L時(shí)彈簧彈性勢(shì)能的值，所以有EP這個(gè)結(jié)論可靠么？我們可由物理量的單位計(jì)算來大致驗(yàn)算：小結(jié)科學(xué)探究方法對(duì)現(xiàn)象的一般觀察→提出猜想運(yùn)用邏輯得出推論→實(shí)驗(yàn)對(duì)推論進(jìn)行檢驗(yàn)→對(duì)假說修正和推廣學(xué)生討論：可以把變力功問題轉(zhuǎn)化為恒力功問題來解決。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F1Δl1+F2Δl2+F3Δl3……，”三角形的面積學(xué)生分組討論并分析作圖：?①畫出彈簧的彈力與形變量的關(guān)系圖；②把形變過程分成幾個(gè)小段；?③在每個(gè)小段上，認(rèn)為拉力不變來求功；④逐步細(xì)分用?F—L圖象下面積來代表功勁度系數(shù)k的單位是N/m，彈簧形變量L的單位是m，則12k?l2的單位是讓學(xué)生結(jié)合圖像體會(huì)“化變化為恒定”“無限細(xì)分變近似為直等”的微積分思想學(xué)生通過分析、討論、類比、模仿、作圖、分割、再細(xì)分，讓學(xué)生體會(huì)探究過程中類比、分析轉(zhuǎn)化的方法，領(lǐng)悟求彈力做功是通過細(xì)分過程化變力為恒力的思想方法。通過課堂小結(jié)，強(qiáng)化認(rèn)識(shí)，讓學(xué)生體會(huì)探究彈性勢(shì)能表達(dá)式的思路。課后作業(yè)請(qǐng)大家預(yù)習(xí)《實(shí)驗(yàn)：探究功與速度變化的關(guān)系》這節(jié)課，注重研究下探究思路的設(shè)計(jì)，及數(shù)據(jù)的處理技巧教學(xué)反思因?yàn)檎枚际且詫W(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)而得出結(jié)論的，所以在結(jié)論的得出或是結(jié)論的表述可能會(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?/p>