2019-2020年人教版高中物理必修二 第七章 第5節(jié) 探究彈性勢(shì)能的表達(dá)式 教案2.doc

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2019-2020年人教版高中物理必修二 第七章 第5節(jié) 探究彈性勢(shì)能的表達(dá)式 教案2 [教學(xué)目標(biāo)] （1）知識(shí)與技能： ①理解彈性勢(shì)能的概念，會(huì)分析決定彈性勢(shì)能的相關(guān)因素。 ②理解彈力做功與彈簧彈性勢(shì)能變化的關(guān)系。 ③知道探究彈性勢(shì)能表達(dá)式的方法，了解計(jì)算變力做功的基本方法和思想。 ④進(jìn)一步掌握功和能的關(guān)系：即，功是能轉(zhuǎn)化的量度。 （2）過(guò)程與方法： 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(lèi)比的方法探究彈簧彈性勢(shì)能表達(dá)式。 ③通過(guò)探究彈性勢(shì)能表達(dá)式的過(guò)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。 （3）情感態(tài)度與價(jià)值觀(guān)： ①培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)的好奇心與求知欲。 ②通過(guò)討論與交流等活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生有將自己的見(jiàn)解與他人交流的愿望，敢于堅(jiān)持正確觀(guān)點(diǎn)，勇于修正錯(cuò)誤，發(fā)揚(yáng)與他人合作的精神，分享探究成功后的喜悅。 ③體會(huì)彈性勢(shì)能在生活中的意義，提高物理知識(shí)在生活中的應(yīng)用意識(shí)，做到理論聯(lián)系實(shí)際。 [教學(xué)重點(diǎn)] ①探究彈性勢(shì)能表達(dá)式的過(guò)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如何合理的推理與類(lèi)比。 ②結(jié)合圖像體會(huì)如何用微分和積分思想研究變力做功。 [課時(shí)分配] 1課時(shí) [課型] 理論探究課 [教學(xué)流程]（結(jié)合課件） 一、知識(shí)儲(chǔ)備 1． 是能量轉(zhuǎn)化的量度。 老師：前面我們研究了彈簧彈力與形變的關(guān)系，請(qǐng)同學(xué)們回憶一下，并討論能不能用圖象來(lái)反映彈力F和形變量X的關(guān)系？（F—X圖象在后面的探究過(guò)程要用到） 學(xué)生：根據(jù)胡克定律F=kx，可得圖1。 圖 1 老師：（用多媒體展示胡克定律及圖象） 學(xué)生：根據(jù)學(xué)案回顧重力勢(shì)能的探究過(guò)程 3.重力勢(shì)能表達(dá)式的探究過(guò)程 1）定性分析得重力勢(shì)能：隨 的增加而增加， 隨 的增加而增加 2）如圖：物體沿任意路徑向下運(yùn)動(dòng)，高度從h1將為h2時(shí) 利用功能關(guān)系計(jì)算重力做功 WG＝mgΔh1＋mgΔh2 ＋ ＝mg(Δh1＋Δh2＋ ) ＝mgh 即WG = － =ΔEp 物理量“mgh” ①重力做功表示其減少量即為重力勢(shì)能的減少量； ②它與重力勢(shì)能的特征一致。 所以把物理量“mgh”定義為重力勢(shì)能（Ep）即Ep＝mgh 二、新課講授 探究一：彈性勢(shì)能的概念 教師和學(xué)生一起演示自動(dòng)筆跳起的趣味小實(shí)驗(yàn) 創(chuàng)設(shè)情景，引出問(wèn)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：解釋其中的物理規(guī)律 學(xué)生：壓縮的彈簧對(duì)筆的彈力做功，說(shuō)明壓縮的彈簧有能量。 老師：生活中還有很多類(lèi)似的現(xiàn)象，（演示橡皮筋打紙彈）課件展示壓縮彈簧，拉開(kāi)的弓，等圖片，這類(lèi)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(guò)程中將能量釋放出來(lái)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） 老師：類(lèi)比重力勢(shì)能，重力勢(shì)能是由于被舉高而具有的能量 學(xué)生：彈性勢(shì)能是由于物體發(fā)生彈性形變而具有的 課件展示問(wèn)題： 1.發(fā)生形變的物體一定具有彈性勢(shì)能？ 2.任何發(fā)生彈性形變的物體都有彈性勢(shì)能？ 探究二：影響彈性勢(shì)能的因素 學(xué)生結(jié)合學(xué)案探究 參考實(shí)例： ①弓拉得越滿(mǎn)，箭射出去得越遠(yuǎn)． ②彈弓的橡皮筋拉得越長(zhǎng)，彈丸射出得越遠(yuǎn)． ③玩蹦床游戲時(shí)，把蹦床壓得越深，人被反彈的高度越高． ④在拉弓射箭時(shí)，弓的“硬度”越大，拉相同的距離，“硬度”大的，箭射出的距離越遠(yuǎn)． ⑤壓縮同樣長(zhǎng)度的彈簧到相同的位置，“粗”彈簧壓縮得要困難些． ⑥同樣長(zhǎng)度的橡皮筋制作的彈弓，拉開(kāi)相同的距離，“粗”橡皮筋的彈弓打出的彈丸遠(yuǎn)． 1、重力勢(shì)能與物體被舉高的高度h有關(guān)，彈性勢(shì)能與什么因素有關(guān)？ 2、上述條件相同時(shí)，不同彈簧的彈性勢(shì)能還應(yīng)與什么因素有關(guān)？ 結(jié)論：彈性勢(shì)能的表達(dá)式中應(yīng)包含物理量 與 。 3、類(lèi)比思考：根據(jù)重力勢(shì)能的表達(dá)式EP＝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)比舉高物體過(guò)程與拉長(zhǎng)彈簧過(guò)程） 學(xué)生猜想并得出結(jié)論：彈性勢(shì)能可能與勁度系數(shù)、形變量有關(guān)。即：1）簧的伸長(zhǎng)量ΔL有關(guān)。2）彈簧的勁度系數(shù)k有關(guān) 。 老師：大家不妨猜想一下，你覺(jué)得彈簧彈力做功的表達(dá)是會(huì)是怎么樣的？ 學(xué)生可能會(huì)猜想W=FΔL、W=KΔL2等等，對(duì)于每種猜想都給予鼓勵(lì)。重點(diǎn)把W=FΔL= KΔL2給學(xué)生做說(shuō)明：該表達(dá)式合理方面，已經(jīng)是功的基本形式。不合理的是通常在高中階段只能用來(lái)計(jì)算恒力做功，而彈力是變力。（為下面討論變力做功埋下伏筆，同時(shí)強(qiáng)調(diào)猜想不等于沒(méi)有根據(jù)的想象，任何猜想都要以事實(shí)為根據(jù)，以理論為指導(dǎo)。這樣的猜想才是合理的，避免學(xué)生隨意的想象。） 探究三：如何定量研究彈簧的彈性勢(shì)能？ （類(lèi)比1并在學(xué)生討論中適時(shí)用多媒體展示） 老師：請(qǐng)同學(xué)們回憶一下我們研究重力勢(shì)能與重力做功的關(guān)系，能否通過(guò)類(lèi)比來(lái)得出彈簧彈性勢(shì)能與彈簧彈力做功的關(guān)系呢？ 類(lèi)比1： 重力（恒力） 彈力（變力） 重力勢(shì)能 彈性勢(shì)能 重力勢(shì)能與重力做功的關(guān)系 彈簧彈性勢(shì)能與彈簧彈力做功的關(guān)系 WG＝mgΔh1＋mgΔh2＋mgΔh3＋… =mg（Δh1＋Δh2＋Δh3＋…） =mgh = mg h1—mg h2 =Ep1—Ep2 L2 L1 提出問(wèn)題：把彈簧從L1拉到L2的過(guò)程中W彈=EP？ 學(xué)生：討論并交流得出結(jié)論：W彈=EP1－EP2，若令EP1=0，則W彈=－EP2 （重力勢(shì)能的零參考面選取是任意的，通常以地面為零參考面。同理彈簧彈性勢(shì)能的的零參考面選取也是任意的，通常以彈簧的原長(zhǎng)為零參考面，則彈簧彈力做的功在數(shù)值就等于彈簧的彈性勢(shì)能。所以研究彈簧彈力做功就能確定彈簧彈性勢(shì)能的表達(dá)。） 探究四：如何計(jì)算拉力做功？ （類(lèi)比2、3用多媒體適時(shí)控制展示） 老師：剛才我們通過(guò)類(lèi)比得出結(jié)論——彈簧彈性勢(shì)能的大小等于克服彈簧彈力所做的功，這樣我們?nèi)绻蟪隽藦椈蓮椓ψ龅墓Γ簿涂梢粤慷葟椈蓮椥詣?shì)能，但問(wèn)題是彈力是變力，怎樣求這個(gè)變力所做的功呢？是否也可以通過(guò)類(lèi)比的方法來(lái)求呢？ 公式圖象“面積” 類(lèi)比3 老師：通過(guò)以上分析和類(lèi)比，我們能否也通過(guò)圖象法與微元法得出變力的功呢？ 學(xué)生：可以 把彈簧從A到B的過(guò)程分成很多小段 Δl1,Δl2,Δl3… Δln 在各個(gè)小段上，彈力可近似認(rèn)為是不變的 F1、F2、F3 … Fn 則從A到B的過(guò)程中彈簧彈力做功 W＝F1Δl1＋F2Δl2＋F3Δl3＋…+ FnΔln F L 0 即：(1)彈力與位移的關(guān)系F=kΔL （2）分割兩等分W＝F1Δl1＋F2Δl2 (3)分割三等份W＝F1Δl1＋F2Δl2＋F3Δl3 (4)分割四等份W＝F1Δl1＋F2Δl2＋F3Δl3＋F4Δl4 （5）當(dāng)無(wú)限分割下去,則…………(多媒體連續(xù)放動(dòng)畫(huà),突出分割的過(guò)程) 老師：通過(guò)上述2、3兩個(gè)類(lèi)比，我們能否得出求彈簧彈力F的功呢？是多少？ 學(xué)生：可以，用面積求得： （根據(jù)：功是能轉(zhuǎn)化的量度，彈簧彈力做功轉(zhuǎn)化了彈簧彈性勢(shì)能，令彈簧的原長(zhǎng)為零參考面，則彈簧彈力做的功在數(shù)值就等于彈簧的彈性勢(shì)能。所以彈簧彈力做功的表達(dá)式與彈簧彈性勢(shì)能的表達(dá)相同。） 七、得出探究結(jié)論（多媒體展示）： 由上述探究，我們得出彈性勢(shì)能的表達(dá)式： 八、課堂小結(jié)： 老師：我們現(xiàn)在已經(jīng)得出了彈性勢(shì)能的表達(dá)式，回頭看看： 1．我們的探究過(guò)程是怎樣的？ 2．在探究過(guò)程中，我們用到了哪些研究方法？ 學(xué)生討論，交流，得出結(jié)論