人教版高中物理必修二探究弹性势能的表达式教案

7.5探究弹性势能的表达式

教学设计思路

课程标准总目标中对学生在科学探究方面提出了要求：学习科学探究方法，发展自主学习能力，养成良好的思维习惯，能运用物理知识和科学探究方法解决一些问题。

在物理课程标准中，弹性势能的表达式未作要求，即不要求学生用弹簧的弹性势能的表达式解决相关问题，而是让学生经历一次理论探究的过程。“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。学生的科学探究并不意味着只是动手操作，进行实验活动。凡是有利于学生“构建知识”、形成“科学观念”、领悟“科学研究方法”的各种活动都属于科学探究范畴。因此，本节教材在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认知基础上，通过猜想与假设，运用已掌握的物理规律、从理论上推导出新的物理规律，它注重理论推导。

“做功的过程就是能量转化过程”，这是本章教学中的一条主线。对于一种势能，一定对应于相应的力作功。类比研究重力势能是从分析重力做功入手的，研究弹簧的弹性势能则应从弹簧的弹力做功入手。然而弹簧的弹力是一个变力，如何研究拉力做功是本节的一个难点，要引导学生对比匀变速直线运动位移的求法，进行知识迁移，利用微元法得到弹簧的弹性势能的表达式，逐步把微分和积分的思想渗透到学生的思维中。

本节课通过教师给出鲍威尔百米纪录的视频及举生活中的拉弓射箭和撑杆跳高等实例，给学生感性认识，让学生对弹性势能的决定因素进行猜想，进行初步的定性探究，为定量探究打下基础。引导学生通过类比重力做功与重力势能的关系引出弹簧的弹性势能与弹簧的弹力做功的关系，但弹力做功和重力做功的不同点就在于弹力是变力，激发、鼓励学生大胆思考，开发学生的创造潜能，启发学生思维，使学生参与到教与学的活动中去，学生在自己思考的前提下，在教师适当的指导和帮助下，设计自己的探究方案，完成定量探究，同时进一步证实定性探究的正确性，体验探究的过程，体会微分思想和积分思想在物理学中的应用。

三维教学目标

1、知识与技能

（1）理解弹性势能的概念；

（2）知道探究弹性势能表达式的方法，了解计算变力做功的思想与方法；

（3）进一步了解功和能的关系。

2、过程与方法

（1）利用逻辑推理和类比的方法探究弹性势能表达式；

（2）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。

3、情感态度与价值观

（1）培养学生对科学的好奇心与求知欲；

（2）通过讨论与交流等活动，培养学生与他人进行交流与反思的习惯。发扬与他人合作的精神，分享探究成功后的喜悦之情；

（3）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。

教学重点：探究弹性势能表达式的过程与方法；体会微分思想和积分思想在物理学中的应用。

教学难点：如何合理的推理与类比；结合图像体会微分和积分思想,研究拉力做功。

实验仪器准备：一组：两根不同劲度系数的弹簧、小车。(若学生实验，可以两人一组仪器）

课件准备：用Powerpoint做的教学课件

课型：探究课

教学过程：

第五节探究弹性势能的表达式

问题1短跑运动员为什么要使用蹲踞式起跑？它比站立式起跑有哪些好处？

想一想：压缩的弹簧可以把小球弹出很远、拉开的弓可以把箭射出、撑杆跳高运动员可以借助手中的弯曲的杆跳得很高……这些现象说明什么？研究弹簧的弹性势能的表达式。

（1）猜想弹簧的弹性势能与什么因素有关。

（2）类比：研究重力势能是从分析重力做功入手的。

1、探究1 （定性）

弹簧的弹性势能与什么因素有关：弹簧的形变量、弹簧的劲度系数。

2、探究2 （定量）

利用微元法，把变力做功问题转化为恒力做功问题。（通过v--t图像进行知识迁移，引导学生利用F--t图像下的面积代表功）拉力（或压力）做功W=kl2/2，弹簧弹力做功的表达式W=-kl2/2。

讨论：“可以把变力功问题转化为恒力功问题来解决。把拉伸的过程分为很多小段，它们的长度是Δl1、Δl2、Δl3……在各个小段上，拉力可以近似认为是不变的，它们分别是F1、F2、F3……所以，在各个小段上，拉力做的功分别是F1Δl1、F2Δl2、F3Δl3……拉力在整个过程中做的功可以用它在各个小段做功之和来表示F1Δl1+F2Δl2+F3Δl3……，”

怎样想到这种方法的？”利用F--l图像下的面积来代表功。

板书设计

第五节探究弹性势能的表达式

1、弹性势能定义：发生弹性形变的物体的各个部分之间，由于有弹力的相互作用而具有势能，这种势能叫做弹性势能。

2、弹性势能表达式：Ep=kl2/2

3、探究弹性势能表达式的方法：

（1）影响弹性势能的因素：①形变量

②劲度系数

（2）类比：①重力做功：研究重力势能②弹力做功：研究弹性势能

（3）变力做功的处理方法：①微元法②图像法