探究弹性势能的表达式.docx
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1、探究弹性势能的表达式“探究弹性势能的表达式”教学设计 【教学目标】 一、学问与技能 1理解弹性势能的概念和物理意义。 2学习计算变力做功的思想方法。 3理解弹力的功与弹性势能改变的关系。 4知道弹性势能具有相对性。 二、过程与方法 1仿照重力势能表达式的得出方法探究弹性势能表达式,让学生体会物理学中这种类比迁移的探讨方法。 2揣测弹性势能表达式与什么有关,培育学生科学推断实力。 3又一次应用分割、求和、靠近的方法求变力的功,体会这种微积分思想在物理中的应用。 4体会理论探究这种科学方法。 三、情感看法与价值观 通过探究过程体会物理学的逻辑之美和方法之美,体会数理的奇妙结合,激发学生求知欲和学习
2、爱好,享受胜利的乐趣。 【教学重点】 1再次体会功能关系。 2探究的实施过程。 【教学难点】 1解决弹簧拉力做功时如何想到用过的分割、求和、靠近的微积分方法。 2如何用图像最终解决问题。 【教学方法】 师生、生生对话探讨的方式。 【教具打算】 弹簧;自制PowerPoint幻灯片。 【课时支配】 1课时。 【教学过程】 一、复习并引入新课 师提问:什么叫势能?什么叫重力势能? 学生回答后,老师指出势能概念中有两个关键词,一是“相互作用”,二是“位置”,在重力势能概念中体现为重力和高度。 师:发生弹性形变的物体(如弹簧),各部分间有弹力作用,因此它也具有势能,我们叫它弹性势能。 老师拿出弹簧做压
3、缩、拉伸演示。 二、新课教学 板书:一、弹性势能:发生弹性形变的物体各部分之间,由于弹力的相互作用而具有的势能。 师:本节课我们就探究弹性势能与哪些因素有关、是什么关系。 师提问:我们学过的重力势能与哪些因素有关,什么关系? 学生回答后,老师强调出其中的高度是相对于参考平面的高度,即重力势能有相对性。 师提问:我们可以确定,弹性势能也有相对性。探讨重力势能一般选地面为参考平面,即零重力势能位置;那么你认为探讨弹性势能选哪一位置为参考位置,即零弹性势能位置最好呢? 几乎全部学生都会选原长为零位置,老师表示认可,可是不点评。但老师应当明白,学生是因为原长时弹力为零,才认为势能为零,即他们认为原长时
4、势能就是零,而不是选定为零的,若时间允许,在本节课最终探讨弹性势能相对性时,可选取别的位置为参考位置,体会原长时势能可以不为零。 师提问:那么猜一猜弹性势能与哪些因素有关(以弹簧为例) 学生可能猜出:长度;伸长量;压缩量;弹力;劲度系数;形变量;质量;材料;匝数;半径;钢丝粗细;匝密度等等;老师引导学生之间探讨沟通,最终形成一样看法:与劲度系数K和形变量(伸长量或压缩量)L有关。 师提问:猜一猜是什么关系? 若学生猜到EP=KL,会有很多同学表示反对,引导同学之间探讨得出论断;若学生猜出KL再乘以L,即EP=KL2,让他说出理由,并请其他同学推断有无道理,若没有人反对,老师可引导,依据不同层次
5、的学生水平,可从以下三种引导方式中选择一种:(1)KL再乘以L,就是力乘以位移,要留意功计算式的运用条件是力为恒力。(2)干脆告知弹簧从原长到拉长L的过程中弹力越来越大为变力。(3)不仅告知弹力越来越大为变力,还指明用末态的弹力KL代替过程中的弹力平均值偏大了。 引导得出不会是EP=KL2,应当比KL2小后,若学生不再提出新的观点,则到此为止;若学生提出可用平均力KL乘以L,老师追问为什么除以2就是平均力?若学生们回答不出,可引导:“求平均速度不肯定都可以用,只有在匀变速运动中才可以”引导学生发觉弹力随形变量匀称增大,所以可以这样来求平均 师:经过我们的揣测发觉KL2是最可能的关系。说是揣测,
6、也不是一点没有依据的瞎说,从揣测过程来看,大家已经在运用一种思想:通过探讨弹力做功来得出弹性势能的表达式,这种通过功能关系来探究的方法我们在上一节得出重力势能表达式过程中已经运用过。 师提问:仿照重力功与重力势能变更的关系,你能得出弹力做功与弹性势能变更关系吗? 老师引导学生之间探讨回答。并用弹簧演示在压缩弹簧过程中,弹簧弹力做负功,弹性势能增加;在拉伸弹簧过程中,弹簧弹力也做负功,弹性势能也增加,说明两种状况下,弹力功的肯定值都等于弹性势能增加量。 师:问题是我们不是求弹性势能改变量的表达式,而是弹性势能的表达式,这怎么办? 引导学生之间探讨得出,从原长起先让弹簧拉长(压缩),由于规定原长时
7、弹性势能为零,所以弹力功的肯定值既是势能增加量也是末态弹性势能的值。 师:下面我们就通过探讨从原长起先被拉长L的过程中,弹力做的功,对以上揣测结果进行证明,当然求弹力的功不能再用刚才取平均力的方法了,那用什么方法? 针对不同层次的学生,老师可以从以下三种引导方式中选择一种:(1)在必修1中,为了求匀变速直线运动的位移,或说成为了导出匀变速直线运动的位移公式,针对变速求位移我们曾经用过一种方法是什么方法?怎样用的?(2)干脆告知在证明匀变速直线运动的v-t图的面积代表位移的过程中我们用过一种方法,它的思想是分割、求和、靠近。还记得怎样用的吗?(3)不仅干脆告知什么时候用过,为了解决什么问题,叫什
8、么方法,还复述一遍怎样用的。 不论什么层次的学生,也不论何种引导方法,老师最终都要通过幻灯片打出F-L图像,说明分割、求和、靠近的过程。并最终通过面积求出EP=KL2,猜想得到证明。(以下4个图依次出现在屏幕上) 建议将探究过程的流程以板书的形式给出。 板书:二、探究过程 1通过探究弹力的功来探究弹性势能表达式。 2弹力功与弹性势能改变的关系。 3规定原长时势能为零,从原长起先,求弹簧伸长L过程中弹簧弹力做的功。 4思想:分割、求和、靠近,板图如图。 5面积代表克服弹力做的功=弹性势能增加量=末态弹性势能(规定原长时弹性势能为零)。 6面积=。 7结论:若规定原长时弹性势能为零,则EP=KL2
9、(L为形变量)。 假如时间允许,老师组织学生探讨弹性势能相对性问题,规定伸长后某位置势能为零,组织探讨原长时的势能是不是零,是正还是负。 时间再允许,还可以探讨重力为零时的重力势能也不肯定为零(取地面为零势能参考平面,物体离地球特别遥远时可认为重力为零,但重力势能不是零) 板书:三、弹性势能相对性 【课堂小结】 1再次体会功能关系。 2再次体会分割、求和、靠近的微积分思想。 【作业】 请利用弹性势能与重力势能的相互转化设计出一个用试验探究弹性势能表达式的试验方案。 探究弹性势能的表达式教学设计 探究弹性势能的表达式教学设计 【课程目标】 1学问与技能: 巩固和应用重力势能的概念;了解弹性势能的
10、概念和特点;会利用供应的器材对弹性势能作试验探究。 2过程与方法: 用类比的方法了解弹性势能,尝试利用图象和试验分别对弹性势能的表达式进行理论和试验两方面的探究,从而相识科学探究的意义,了解物理学的探讨方法在物理学发展过程中的作用。 3情感看法与价值观: 发展对科学的新奇心与求知欲,培育与他人合作的精神,体验探究自然规律的艰辛与喜悦。 【教学过程】 1阅读材料一,通过弹性势能和重力势能的比较相识弹性势能 物体因发生弹性形变而具有的势能,这种势能叫做弹性势能。物体发生弹性形变的时候,物体的各个部分之间发生弹力的相互作用。正像地球和物体之间由于有重力的相互作用,因而地球和物体组成的系统具有重力势能
11、一样,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,因而由这些部分组成的系统,亦即发生弹性形变的物体本身,就具有弹性势能。 任何发生了弹性形变的物体都具有弹性势能。卷紧了的发条,拉长或压缩了的弹簧,拉弯了的弓,正在击球的网球拍或羽毛球拍,正在支撑运动员上跳的撑竿等等,都具有弹性势能。 弹性势能和弹力做功亲密相关,它们的关系类似于重力势能和重力做功的关系。 弹簧的弹性势能跟弹簧被压缩或拉伸的长度有关系。一个没有被压缩或拉伸的弹簧,弹性势能为零。弹簧被压缩或拉伸的时候,它被压缩或拉伸得越大,克服弹力所做的功越多,弹簧的弹性势能就越大。另外,弹簧的弹性势能还跟弹簧的劲度系数有关系。不同的弹簧
12、被压缩或拉伸相同的长度,劲度系数越大,克服弹力做的功越多,因而弹簧的弹性势能就越大。 重力势能 弹性势能 由于物体被举高 (由于弹簧发生弹性形变) 与重力做功相关 (与弹力做功有关) Ep=mgh ? 2阅读材料二(课本第6263页),设计理论探究方案 弹性势能的表达式可能与哪些物理量有关?(劲度系数k、弹性形变量l) 弹性势能的改变与弹力所做的功有什么关系?(功是能量改变的量度) 复习利用匀变速直线运动的v-t图象求位移,思索怎样利用F-/图象计算弹力这个变力所做的功? 由功能关系可知,假如对弹簧做功,弹簧的弹性势能就增加。取弹簧不发生弹性形变时的弹性势能为零势能,则上述式的结果就是弹簧弹性
13、形变为l时所具有的弹性势能,即 3阅读材料三,用重力这个恒力对弹簧做功变更弹簧的弹性势能,设计试验探究方案 【器材】弹簧,金属重物,刻度尺,支架。 【操作】把弹簧悬挂在支架上,在弹簧的下端悬挂金属重物,静止时处于位置O,如图所示。 用手渐渐地将重物托起,直至弹簧复原原长(即位置1)为止。然后将重物由静止释放,很快抽开手,让重物无初速落下,重物能够到达最低点(即位置2),以后重物就在1、2两个位置之间来回振动。 设重物质量为m,弹簧劲度系数为k,1-2间距为l,1-0间距为,0-2间距为,探究: 从位置1-位置0重力做功为多少?(mg) 在这个过程中弹簧的弹性势能增加多少?(mg) 从位置1-位
14、置2重力做功为多少?(mgl) 在这个过程中弹簧的弹性势能增加多少?(mgl) 以弹簧原长时为弹性势能的零势能位置,弹簧在位置2时的弹性势能是多少?(Ep=mgl)重力mg和弹力f1是什么关系?) 分组试验,测出、之间有何关系?(=) 利用试验结果,推导弹簧在弹性形变量为l时,弹性势能的表达式: 将代入,得 【教学反思】 1本教学设计体现了探究形式的多样性,对贯彻新课程教学理念有主动意义。 2弹性势能表达式的推导在教材体系中不属于重点内容,但通过本课教学,可以巩固学生已学的学问(匀变速直线运动的图象、胡克定律),熬炼学问的运用、方法的迁移实力,其中的试验探究部分还可以为以后探讨弹簧振子的简谐运
15、动服务。 3试验探究的实力要求较高。尤其是测定重物的最低位置(即位置2),由于是在重物运动过程中记录该位置,难度较大。教学中发觉有些学生能够探究好的方法,例如用三角板在预期位置“等候”,多次尝试,测得的结果误差很小。但也有少数学生只是通过目测进行测量,结果误差很大。另外,选择劲度系数适当小一些的弹簧试验效果比较好。 7.5探究弹性势能的表达式学案(人教版必修2) 7.5探究弹性势能的表达式学案(人教版必修2) 1_的物体的各部分之间,由于_,也具有势能,这种势能叫做弹性势能探讨弹性势能要从分析_入手,对弹簧来说,规定_,它的弹性势能为零,当弹簧_,就具有了弹性势能2(1)弹簧的弹性势能与弹簧被
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