《探究弹性势能的表达式》教学设计完美版

《探究弹性势能的表达式》教学设计

杨静和

【教材分析】

1．物理思维:与老教材相比，《探究弹性势能的表达式》在新教材中单独成为一节，强化了功是能量变化的量度的思想，是学习重力势能后的进一步拓展，让学生在变力作用的情景下进行功和能关系的探究，再一次感受功和能的紧密联系，同时通过对弹性势能本质特征的认识过程，为后面的动能定理和机械能守恒定律的学习打下基础。

2．数学思维：统观新教材在研究运动的即时速度、曲线的切线的问题、图像中曲线围成的面积（用v - t 图象推出匀变速运动位移公式）、向心加速度的推导等内容都渗透了极限的思想，本节课再次向学生渗透了以极限思想为基础的微积分原理，运用类比和迁移的科学方法，让学生探究，利用图象怎样计算变力做功，从而推导出弹性势能的表达式；教材对重要物理方法的教学进行系统化、结构化构思，极限的思想、“不变与变”的思想从速度的概念拓展到力的概念。无论从物理学发展史和数学发展史角度考虑，教材的这种系统化布局是非常符合学生思维发展和认知过程的。

3．探究方式：在高中物理课程标准中，弹簧弹性势能的表达式未做要求（即不要求学生掌握弹簧弹性势能的表达式，以及用弹簧的弹性势能的表达式解决相关问题。）本节内容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。本节课的探究是在学生原有的认知基础上，通过猜想，运用已掌握的物理规律，采用类比和迁移的科学方法，利用微积分的数学原理从理论上推导出新的物理规律，它注重理论推导过程和思想认识过程，突出科学探究对学生的影响。

【学情分析】

学生已经具备了一定的物理思维能力，对“研究重力势能是从重力做功入手”以及“功是能量转化的量度”思想等有了初步的理解；对极限思想在运动学中的渗透也有一定的了解，

并且具有一定的知识迁移能力。但一个新的物理概念的引入往往意味着学生思维结构的一次变化，对于弹性势能的概念及其产生的条件，学生比较容易理解，并可以猜想出弹性势能跟哪些因素有关，以及弹性势能与弹力之间的关系；但对于计算弹力做功时所用的图像类比方法、微分思想、积分思想，则对学生的思维能力和数学能力要求较高，一般学生的思维方式、认知水平一时难以适应这一变化，这就需要教师想方设法地寻找学生原有的思维方式和认知水平与新概念之间的联系，为学生铺设台阶，使学生的思维一步一步提高，这样形成的概念，学生容易接受而且印象深刻。

【设计思想】

针对我校学生能力和特点，我尝试着在教学中运用两次猜想和三次类比和迁移的方法，运用极限思想，引导学生去思考、去发现、去寻找新旧知识之间的联系。本节没有提及弹性势能的表达式，对这个关系式也不做要求，因此学生和教师都可以放下包袱，一心体验探究的过程，在探究过程中，要及时进行点拨，引导学生去发现问题，并启发学生寻找解决问题的方法，让学生体验到探索自然规律的艰辛和喜悦，同时也潜移默化的培养了学生的创造思维，提高了学生的思维层次，从而更好的理解和掌握新知识，获取新知识。

本节课的教学流程：

【教学目标】

（一）知识与技能

1、理解弹性势能的概念和物理意义；

2、掌握计算变力做功的思想方法；

3、巩固做功与能量变化的关系（弹力的功与弹性势能变化的关系）；

4、知道弹性势能具有相对性。

（二）过程与方法

1.通过知识与技能的迁移过程，自主探究弹性势能的表达式。

2.让学生经历由猜测到理论探究，再到实验证实的一般的科学发现过程。

3.体会计算拉力做功的方法，体会微分思想和积分思想在物理学上的应用。

（三）情感、态度与价值观

通过探究过程体会数理的巧妙结合，激发学生求知欲和学习兴趣，享受成功的乐趣。

【教学重点】

探究弹性势能公式的过程和所用方法。

【教学难点】

用微分思想和积分思想求解弹力（变力）所做功的表达式。

【教学工具】

演示实验：玩具弹簧枪、纸团、上发条的玩具弹簧、（长度相同，劲度系数不同的两根）、多媒体设备、

学生实验：弹簧（长度相同，劲度系数不同的两根）、装有弹簧的长木板、小车、细线【教学过程】

一、课前准备：

前面的学习中，我们在许多概念的引入过程中运用了无限逼近的极限原理，请同学回家

后自己总结一下，明天上课我会请同学们上来陈述。

二、复习：

三、新课教学

（一）引入弹性势能的概念

弹性势能概念

提问：弹簧在恢复形变的过程中又通过弹力做功将储存的弹性势能释放出去，释放给谁了

启发：请同学们举出生活中类似的实例。并说出共同的特征。

提供实验思路，并让学生分析能量转化。团的动能了。

弓箭、撑高跳、皮筋、上发条的玩具。

并且都在形变的过程中有能量之间的

转化。

学生实验：一个弹簧自然伸长，一个

小车在光滑的水平面上从弹簧的左侧

向弹簧运动，当它遇到弹簧后减速。

分析：小车的动能转化为弹簧的的弹

性势能。

受弹性势能的概

念，并理解能量之

间的转化。

猜想1：以弹簧为例，让学生猜想弹簧的弹性势能与那些因素有关。

教师活动学生活动设计意图

给每组学生准备两根原长相同，劲度系数不同的弹簧，让学生通过实验猜想弹簧的弹性势能与那些因素有关

提示：应用控制变量法研究

引导学生分析：形变量变大或劲度系数大，弹性势能如何变化我们定性做一下分析。思考讨论几分钟，再进行实验：

第一次将一根的弹簧拉伸一定长度

X1，

第二次将同一根的弹簧拉伸更大的

长度X2，

第三次将两根弹簧一起拉伸同样的

长度X2

学生猜想并得出结论：弹性势能可能

与劲度系数、形变量有关。即：1）

簧的伸长量ΔL有关。2）弹簧的劲度

系数k有关。

学生：劲度系数k相同，形变量ΔL

通过猜想和实验，使

学生探究出弹性势能

与那些因素有关，并

定性得出关系，为下

面的定量研究做好准

备