物理必修25.探究弹性势能的表达式教案及反思

这是一份物理必修25.探究弹性势能的表达式教案及反思，共8页。

课题：
高一 年级 物理 备课组
主备人
韩召余
课型
新授
验收结果：合格/需完善
时间
5 月 21 日
分管领导
课时
1
第 17 周 第 1 课时 总第 28 课时
教学目标：
知识
与
能力
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。
过程
与
方法
1、类比重力势能决定因素、猜测弹性势能的表达式与哪些因素有关，培养学生科学预测的能力。
2、通过探究弹性势能表达式的过程，体会微积分思想在物理学中的应用。
情感态度价值观
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。
重点、难点
分析决定弹性势能大小的因素；探究弹性势能公式的过程和所用方法。
推导拉伸弹簧时，微积分思想求解拉力所做功的表达式。
教 学 过 程
教师活动
学生活动
修改意见
图片展示，提出问题。
师：这些图片有什么共同的地方？
老师进行演示实验，让学生观察并对实验现象进行阐述。
师：通过前面的图片和实验，我们能够得出什么样的结论？
师：我们把这种能称为弹性势能。请大家对弹性势能下个定义。
[板书]弹性势能：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。
师：根据重力势能Ep=mgh，我们知道重力势能跟物体的质量和相对于参考平面的高度有关。那么大家猜测一下，弹簧弹性势能跟哪些因素有关？
师：大家能举例论证你的观点吗？

师：根据重力势能Ep=mgh，我们知道重力势能跟物体的质量和相对于参考平面的高度有关。那么大家猜测一下，弹簧弹性势能跟哪些因素有关？
师：大家能举例论证你的观点吗？
师（鼓励）：很好，那么大家继续猜测一下，弹性势能跟形变量和劲度系数到底成什么样的关系呢？
师：你是什么理由呢？
师：既然能够猜测与形变量的平方成正比，那么我们也可以猜测与形变量的三次方、四次方甚至于二分之一次方成正比。那么如何来验证我们的猜测呢？
生：通过实验。
师：很好。那么我们就来进行实验方案的设计。我们必须明确实验目的，创设实验情景，选用实验器材，拟订实验方法。下面请大家讨论、合作，设计方案，然后我们来交流。
（学生讨论、交流）
师：现在请大家来展示自己的设计成果。我们可以自告奋勇来向大家做个汇报。
师：大家赞同他的设计吗？
师：好，但我现在有个问题，为什么能用小车滑行的距离来代表弹性势能的大小呢？
生：弹簧发生形变，在恢复形变的过程中要对小车做功，从而使小车具有一定的能量。小车滑行时又要克服阻力做功，弹簧对小车所做的功跟小车克服阻力做功是相等的，而且，小车在运动过程中阻力的大小是不变的，所以滑行的距离可以代表弹性势能的大小。
师：非常好。他注意到了功与能的关系。请大家在此基础上再想想看，弹力做功与弹性势能的变化到底有什么样的关系呢？
（老师拿弹簧进行演示，学生讨论、交流）
师：注意，我们是从弹簧的原长开始的。所以弹性势能的变化大小，就等于弹簧形变后弹性势能的大小。
师：做实验时要注意什么呢？
师：实验我们可以下节课到实验室去进行。当然我们可能还有更好的方案，希望大家课后继续探究。除了实验之外，我们能否通过其他方式来验证呢？
生：通过理论推证。
师：我们建立这样的物理情景，一根轻弹簧从原长被缓慢拉长ΔL。那我们该从哪里开始研究呢？
师：你们是怎么想到的呢？
师：刚才我们讨论过弹力做功与弹性势能的变化关系，请回忆一下它们的具体关系。
生：弹力做正功，弹性势能减小；弹力做负功，弹性势能增加。
师：弹力是个变力，我们如何求弹力所做的功呢？
生：我们可以把变力做功转化为恒力做功来处理。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……
师：那么该如何求和呢？
生：作F-L图像，图像所包围的面积就是所做功的大小。
师：我们联想到求匀变速直线运动的位移，通过作图来就变力所做的功。这里我们用到了微元法、作图法。
（师生共同合作，得出表达式）
[板书]弹性势能的表达式：（设弹簧处于原长时弹性势能为零）
师：我们通过努力终于找到了具体的表达式。由此我们可以来论证我们的猜想。弹性势能的大小与形变量的平方成正比，与弹簧劲度系数成正比。请大家谈谈这节课的收获。
（学生交流、老师点拨）
[板书] 探究弹性势能表达式的方法：
⑴、影响弹性势能的因素：①形变量
②劲度系数
⑵、类比：①重力做功：研究重力势能
②弹力做功：研究弹性势能
⑶、变力做功的处理方法：①微元法
②图像法
这节课到这里是结束了，但我们的探究任务并没有结束。请同学们课后思考两个问题。
学生观察、交流、回答
生：发生弹性形变的物体，能够对外做功，具有一定的能量。
生1：发生弹性形变的物体具有的能称为弹性势能。
生2：发生弹性形变的物体各个部分之间，由于弹力的作用而具有的能称为弹性势能。
生1：跟弹簧的形变量有关。
生2：还跟弹簧的劲度系数有关。
生1：弓拉开的幅度越大，箭射出去的越远；弹簧压缩得越多，小车弹开的距离越大
生1：跟弹簧的形变量有关。
生2：还跟弹簧的劲度系数有关。
生1：弓拉开的幅度越大，箭射出去的越远；弹簧压缩得越多，小车弹开的距离越大
生2：不同的弹簧，压缩相同的长度，粗的能将小车弹开较远的距离。不同的弓，拉开相同的幅度，硬弓能够将箭射出较远的距离。
生1：跟形变量成正比，跟劲度系数也成正比。
生2：我不赞同。我认为跟形变量的二次方成正比。
生2：因为弹性势能跟弹力做功有关系，而弹力与形变量有关系。所以类比重力势能的话，我可以肯定它不可能与形变量成正比。所以猜测与形变量的平方成正比。
（学生展示自己的设计成果）
生：弹力做正功，弹性势能减小；弹力做负功，弹性势能增加。
生：要从弹簧的原长开始；测量时要采用多次测量求平均值；小车放的位置要注意，不能让它在运动中走偏。
生：从弹力做功开始研究。
生：类比重力做功研究重力势能，所以我们可以从弹力做功来研究弹性势能。
O
l
F
（1）、能否规定弹簧的任意长度势能为零势能？
（2）、橡皮筋的弹性势能的表达式是怎样的？
小结（教学反思）
板书设计： 7—5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。
O
l
F
2、弹性势能表达式：
（设弹簧处于原长时，弹簧的弹性势能为零）
3、探究弹性势能表达式的方法：
⑴、影响弹性势能的因素：①形变量
②劲度系数
⑵、类比：①重力做功：研究重力势能
②弹力做功：研究弹性势能
⑶、变力做功的处理方法：①微元法
②图像法