2019-2020年高中物理 7.5《探究彈性勢(shì)能的表達(dá)式》教案 新人教版必修2.doc
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2019-2020年高中物理 7.5《探究彈性勢(shì)能的表達(dá)式》教案 新人教版必修2 課 題 7.5 探究彈性勢(shì)能的表達(dá)式 課 型 新授課(2課時(shí)) 教 學(xué) 目 標(biāo) 知識(shí)與技能 理解彈性勢(shì)能的概念及意義,學(xué)習(xí)計(jì)算變力做功的思想方法. 過程與方法 1.猜測(cè)彈性勢(shì)能的表達(dá)式與哪些因素有關(guān),培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)預(yù)測(cè)的能力. 2.體會(huì)計(jì)算拉力做功的方法,體會(huì)微分思想和積分思想在物理學(xué)上的應(yīng)用. 情感、態(tài)度與價(jià)值觀 通過對(duì)彈性勢(shì)能公式的探究過程和所用方法,培養(yǎng)學(xué)生探究知識(shí)的欲望和學(xué)習(xí)興趣,體味彈性勢(shì)能在生活中的意義,提高物理在生活中的應(yīng)用意識(shí). 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn) 教學(xué)重點(diǎn) 1.探究彈性勢(shì)能公式的過程和所用方法. 2.理論探究的方法. 教學(xué)難點(diǎn) 1.推導(dǎo)拉伸彈簧時(shí),用微分思想和積分思想求解拉力所做功的表達(dá)式. 2.圖象方法解決問題. 教 學(xué) 方 法 探究、講授、討論、練習(xí) 教 學(xué) 手 段 教具準(zhǔn)備 彈簧(兩根,勁度系數(shù)不同),小物塊,多媒體. 教 學(xué) 活 動(dòng) [新課導(dǎo)入] [實(shí)驗(yàn)演示] 一個(gè)彈簧自然伸長(zhǎng),一個(gè)小車在光滑的水平面上從彈簧的左側(cè)向彈簧運(yùn)動(dòng),當(dāng)它遇到彈簧后減速,讓學(xué)生注意觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 師:剛才大家觀察到什么樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象呢? 生:小車速度減小了. 師:小車速度為什么減小了? 生1:這是因?yàn)樗龅搅藦椈?,彈簧?duì)它的作用力的方向與物體運(yùn)動(dòng)方向相反,所以物體速度減小了, 生2:從能量的角度來講,物體運(yùn)動(dòng)的速度減小,也就是物體的動(dòng)能減小,物體動(dòng)能的減少應(yīng)該對(duì)應(yīng)一種能量的增加. 師:這種能量與什么因素有關(guān)? 生:與彈簧彈力做功有關(guān). 師:通過上一節(jié)課的學(xué)習(xí)我們知道,物體重力做功對(duì)應(yīng)著重力勢(shì)能的變化,那么彈簧彈力做功也應(yīng)該對(duì)應(yīng)著一種能量的變化,我們把這種能量叫做什么能呢? 生:我們可以把這種能量叫做彈簧的彈性勢(shì)能. 師:(總結(jié))發(fā)生彈性形變的物體各部分之間,由于彈力的相互作用,也具有勢(shì)能,這種勢(shì)能叫做彈性勢(shì)能.我們今天這節(jié)課就來研究一下與彈簧彈性勢(shì)能有關(guān)的因素[新課教學(xué)] 師:大家現(xiàn)在來猜想一下彈簧的彈性勢(shì)能與什么因素有關(guān)。 生1:可能與彈簧的勁度系數(shù)有關(guān),勁度系數(shù)越大,彈簧的彈性勢(shì)能越大. 生2:我想應(yīng)該與彈簧的形變量有關(guān),形變量越大,彈力越大,彈性勢(shì)能越大。 師:要想驗(yàn)證剛才雨個(gè)同學(xué)的想法,我們應(yīng)該怎樣做? 生:可以通過實(shí)驗(yàn)先來粗略驗(yàn)證一下。 師:說一下你的思路. 生:對(duì)于第一個(gè)同學(xué)的猜想,我們可以重復(fù)剛開始做的那個(gè)實(shí)驗(yàn),把實(shí)驗(yàn)傲兩次,兩次分別用不同勁度系數(shù)的彈簧,使小車以相同的速度沖向靜止的兩個(gè)彈簧,看哪一個(gè)在相同的位移情況F速度減小得快。 師:好,我們可以通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這個(gè)同學(xué)的結(jié)淪. (實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證剛才這位同學(xué)的結(jié)論) 生:對(duì)于第二個(gè)同學(xué)的猜想,我們可以用這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證,讓同一根彈簧在壓縮量不同的情況下把質(zhì)量相同的靜止的小車推出,小車運(yùn)動(dòng)的距離越大說明彈簧對(duì)它做的功越多.彈簧原來具有的彈性勢(shì)能就越大。 師:好,現(xiàn)在我們通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證一下我們的結(jié)論。 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證剛才這位同學(xué)的結(jié)論,注意條件是相同的彈簧在不同的壓縮量的情況下推質(zhì)量相同的小車,并且小車在粗糙程度相同的木板上運(yùn)動(dòng). 師:剛才我們都是通過實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行驗(yàn)證的.能不能不通過實(shí)驗(yàn)的方法來進(jìn)行驗(yàn)證呢? 生(感到很驚奇,存在疑問),不通過實(shí)驗(yàn)也能行? 師:要研究彈性勢(shì)能的大小與什么因素有關(guān),我們應(yīng)該從什么地方人手呢?大家和重力勢(shì)能的研究對(duì)照一下。 生:重力勢(shì)能的研究是從重力做功人手的,重力做多少功重力勢(shì)能就變化了多少,所以研究彈簧彈性勢(shì)能應(yīng)該從彈力做功人手進(jìn)行研究. 師:當(dāng)彈力做正功時(shí),彈簧彈性勢(shì)能應(yīng)該怎樣變化? 生:彈簧彈力做正功時(shí)應(yīng)該是彈性勢(shì)能減少的過程. 師:那么彈力做負(fù)功呢? 生:應(yīng)該是彈性勢(shì)能增加的過程。 師;我們知道,重力勢(shì)能具有相對(duì)性,彈性勢(shì)能也應(yīng)該具有相對(duì)性,我們要選擇一個(gè)彈性勢(shì)能為零的位置,大家認(rèn)為哪個(gè)位置最合適呢? 生:我認(rèn)為彈簧處于原長(zhǎng)時(shí)是最合適的位置. 師:當(dāng)彈簧的長(zhǎng)度為原長(zhǎng)時(shí),它的彈性勢(shì)能為零.彈簧被拉長(zhǎng)或被壓縮后,就具有了彈性勢(shì)能.不管彈簧是被拉長(zhǎng)還是被壓縮,彈性勢(shì)能值都是大于零的,我們可以只研究彈簧拉長(zhǎng)的情況,彈簧被壓縮的情況和彈簧被拉長(zhǎng)的情況相似.那么彈簧被拉長(zhǎng)一段距離L時(shí)的彈性勢(shì)能應(yīng)該等于什么? 生:應(yīng)該等于這個(gè)過程中彈力做功的大小。 師(總結(jié)):我們就把求解某一位置處的彈性勢(shì)能問題轉(zhuǎn)化成求從原長(zhǎng)到這個(gè)位置彈力做功的問題了 . 師:對(duì)于彈簧彈力做功問題,你知道彈簧彈力做功應(yīng)該與什么因素有關(guān)呢? 生:當(dāng)然是與力的大小和位移的大小有關(guān)。 師:這里的位移是指的什么? 生:是指的彈簧的形變量. 師:力的大小與什么因素有關(guān)呢? 生:根據(jù)胡克定律,彈簧彈力的大小應(yīng)該與彈簧的勁度系數(shù)和彈簧的形變量有關(guān). 師:所以彈簧的彈性勢(shì)能應(yīng)該與彈簧的勁度系數(shù)和彈簧的形變量有關(guān),這和我們剛才的猜師:我們下面進(jìn)行推導(dǎo)彈簧被拉長(zhǎng)J時(shí)彈簧彈力做功的表達(dá)式.彈簧的彈力做功和物體受到的重力做功有什么區(qū)別? 生:在地面附近,重力的大小和方向都不發(fā)生變化,所以不管物體移動(dòng)的距離大小,重力的功可以簡(jiǎn)單地用重力與物體在豎直方向移動(dòng)距離的乘積來表示;對(duì)于彈力,情況要比重力做功復(fù)雜,這是因?yàn)楫?dāng)彈簧被拉伸時(shí),彈簧的拉力的大小會(huì)隨著拉伸距離的增大而增大.也就是說 彈力做功應(yīng)該是一個(gè)變力做功的問題. 師:拉力做功的問題比較復(fù)雜,下面大家通過討論,得出彈力做功的表達(dá)式. (學(xué)生分組討論,彈力做功應(yīng)該怎樣表達(dá),回答老師提出的問題) 師:變力做功應(yīng)該怎樣解決? 生:我們可以把變力做功問題轉(zhuǎn)化為恒力做功問題,具體的做法是這樣的:我們把拉伸的過程分為很多小段,它們的長(zhǎng)度是△l1,△l2,△L3……在各個(gè)小段上,拉力可以近似是不變的,它們分別是Fl,F(xiàn)2,F(xiàn)3……所以在各個(gè)小段上,拉力做的功分別是F1△l1,F(xiàn)2△l2,,F(xiàn)3△l3,……拉力在整個(gè)過程中做的功可以用它在各個(gè)小段做功之和來代表,F(xiàn)1△l1+F2△l2+F3△l3,…… 師(鼓勵(lì)):剛才這位同學(xué)分析得非常好,那么是什么給你啟示讓你用這種方法解決問題的呢? 生:我們?cè)谟?jì)算勻加速直線運(yùn)動(dòng)位移時(shí)曾經(jīng)用過這種方法,那時(shí)候想用速度和時(shí)間的乘積得到位移,但是速度是在不斷變化的,于是采用的方法是把整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程分成很多小段,每個(gè)小段中物體的速度的變化比較小,可以近似地用小段中任意一時(shí)刻的速度和這一小段時(shí)間間隔相乘得到這一小段位移的近似值,然后把各小段位移的近似值相加.當(dāng)各小段分得非常小的時(shí)候,得到的就是勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移表達(dá)式了. 師(再次鼓勵(lì)):這種方法叫做知識(shí)的遷移,以后大家還可以用這種方法解決未知問題.我們還是再回憶一下,在進(jìn)行勻變速直線運(yùn)動(dòng)位移的具體計(jì)算時(shí),我們采用了什么方法? 生:我們采用了圖象的方法求出了勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移公式. 師:那么應(yīng)該作一個(gè)什么樣的圖象來求拉力做功問題? 生:應(yīng)該作一個(gè)F—L圖象來求拉力做功的具體數(shù)值。 師:從彈簧原長(zhǎng)開始,拉力隨形變量變化的圖象應(yīng)該是什么樣的,大家在紙上把它畫出來. (投影展示學(xué)生作的圖象)參考圖例(如圖5.5—2) 師:通過作圖怎樣求解拉力F做的功呢? 生:在處理勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移時(shí),曾利用F—L圖象下梯形的面積來代表位移;這里利用F—L圖象下的面積來代表功. 師:那么這個(gè)“面積”的大小是多少呢? 生:三角形的面積很容易計(jì)算,當(dāng)物體從原長(zhǎng)被拉伸J長(zhǎng)度后,拉力做的功為:W=1/2kl2. 師:(總結(jié))根據(jù)我們剛才的推論,當(dāng)彈簧處于原長(zhǎng)、彈性勢(shì)能值為零時(shí),這個(gè)彈簧被拉長(zhǎng)L時(shí)彈力做的功就等于彈簧被拉長(zhǎng)L時(shí)彈簧彈性勢(shì)能的值,所以有Ep=1/2kl2,這就是我們這節(jié)課要得到的結(jié)論. [說一說] 在以上探究中我們規(guī)定,彈簧處于自然狀態(tài)下,也就是既不伸長(zhǎng)也不縮短時(shí)的勢(shì)能為零勢(shì)能.能不能規(guī)定彈簧任意某一長(zhǎng)度時(shí)的勢(shì)能為零?說說你的想法. 參考答案: 此問題可以類比重力勢(shì)能的參考平面的規(guī)定.如果我們規(guī)定了彈簧任意長(zhǎng)度時(shí)的勢(shì)能為零勢(shì)能,在彈簧從某一位置拉至零勢(shì)能位置的過程中,拉力所做的功就等于彈簧的彈性勢(shì)能. 顯然,這與規(guī)定自然長(zhǎng)度為零勢(shì)能時(shí),從該位置拉到零勢(shì)能的位置的功是不同的,所以,彈簧在某一位置時(shí)的彈性勢(shì)能是與零勢(shì)能位置的規(guī)定有關(guān)的. [小結(jié)] 這節(jié)課的難點(diǎn)是彈力做功公式的推導(dǎo)方法.所以知識(shí)的遷移就顯得非常重要,知識(shí)遷移的好壞直接影響到這節(jié)課是否能夠成功,所以可以建議學(xué)生在學(xué)這節(jié)課之前先復(fù)習(xí)第一冊(cè)中有關(guān)勻變速直線運(yùn)動(dòng)位移的推導(dǎo)公式,以便為這節(jié)課作好方法方面的準(zhǔn)備,在講解過程中學(xué)生可能一時(shí)不能把知識(shí)遷移到這上面去,教師要注意引導(dǎo)學(xué)生向這個(gè)方向考慮.對(duì)于彈簧壓縮狀態(tài)時(shí)彈性勢(shì)能的表達(dá)式.可以放在課下作為作業(yè),如果有時(shí)間的話,可以讓學(xué)生推導(dǎo)出來.對(duì)于同一個(gè)彈簧,如果彈簧的壓縮量和伸長(zhǎng)量相等的話,彈簧的彈性勢(shì)能應(yīng)該相等,這一個(gè)可以作為一個(gè)結(jié)論性的知識(shí)點(diǎn)直接應(yīng)用. 學(xué) 生 活 動(dòng) 作 業(yè) [布置作業(yè)] 1.橡皮筋在拉長(zhǎng)時(shí)也應(yīng)該具有彈性勢(shì)能,那么它的彈性勢(shì)能的表達(dá)式應(yīng)該怎樣進(jìn)行計(jì)算? 2.我們?cè)谡n堂上計(jì)算的是彈簧被拉伸時(shí)彈簧彈性勢(shì)能的表達(dá)式,請(qǐng)你推導(dǎo)出彈簧被壓縮時(shí)彈簧彈性勢(shì)能的表達(dá)式,并與拉伸時(shí)進(jìn)行比較,看它們之間有什么關(guān)系. 板 書 設(shè) 計(jì) 5.5探究彈性勢(shì)能的表達(dá)式 一、彈性勢(shì)能 定義:發(fā)生彈性形變的物體各部分之間,由于彈力的相互作用而具有的勢(shì)能. 二、彈性勢(shì)能的表達(dá)式Ep=1/2kl2,和重力勢(shì)能進(jìn)行比較. 教 學(xué) 后 記- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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