“探究彈性勢能的表達式”教學設計（精選2篇）

“探究彈性勢能的表達式”教學設計 篇1

　　【設計思想】

　　教育以人為本，學生是學習的主體，在課堂教學中讓學生帶著自己的問題去學習體現學生的主體性。

　　【教材分析】

　　這是節不包含實驗探究的探究課，本節是先引出什么是彈性勢能，然后以彈簧為例探究彈性勢能與什么因素有關，彈性勢能與拉力所做的功之間的關系以及如何計算拉力所做的功進而得到彈性勢能的表達式。從整體上看，內容的安排完全符合人們認識事物的思維過程。

　　【學情分析】

　　（1）思維基礎

　　根據新課程教學理念，從高一第一學期開始，在課堂教學過程中教師一直重視“過程與方法”的教學，學生已經初步有了探究事物的一般方法，即“是什么？──怎么樣？──為什么？”的思維方法。因此，本設計中就通過創設問題情景，激勵學生自己提出想要研究的問題。

　　（2）心理特點

　　依據20世紀最著名的發展心理學家皮亞杰的理論可知高一學生的認知發展過程是由具體運算階段向形式運算階段過渡，也是由直觀認識向邏輯推理、實驗推理過渡階段，因此在教學中，要遵循從感性到理性的認識規律，本節課抓住學生的心理特點進行--。

　　（3）已有知識

　　通過上一節《重力勢能》的學習，學生已經初步體驗到“研究重力勢能是從重力做功入手”以及“功是能量轉化的量度”，并且學生已具有一定的知識遷移能力了。因此可以讓學生通過類比，也從拉力做功入手來研究彈簧的彈性勢能。因為重力的功與重力和物體的位置變化有關，彈力做的功與彈力和彈簧的形變量有關，這樣的猜想是很容易想到的。關鍵的問題是如何研究拉力的功，同樣讓學生回憶并類比于研究勻變速直線運動的位移的方法，將彈簧的形變過程分成很多小段，每一小段中近似認為拉力是不變的，而且上一節課中研究當路徑是曲線的時候，研究重力所做的功也是將曲線分成很多近似認為是直線來處理的，這點學生也是容易想到的。

　　對于彈性勢能的概念及其產生的條件，通過事例和自己的經驗及教師的演示，學生可以比較容易理解，并猜想的到彈性勢能會與什么因素有關，以及彈性勢能與拉力之間的關系；但對于計算拉力所做的功時所用的類比方法和微積分思想則需要教師的引導。

　　【教學目標】

　　（一）知識目標

　　1.知道彈性勢能的概念及彈性勢能與哪些物理量有關

　　2.知道探究彈性勢能表達式的思路

　　（二）過程與方法

　　1.學會能提出問題，善于質疑，善于猜想

　　2.設計方案，檢驗推理猜想的正確性

　　3.經歷提出問題、猜想、邏輯推理和類比的方法探究彈性勢能

　　（三）情感態度與價值觀

　　1.通過自己提出問題，自己解決問題，提高對物理的學習興趣和信心，增進學習的樂趣

　　2.通過自評和互評調動學習的積極性和、增進同學友誼、懂得尊重

　　【重點難點】

　　重點：讓學生體驗探究的過程，體驗知識遷移、類比的推理方法。

　　難點：推導拉伸彈簧時，用微分思想和積分思想求解拉力所做功的表達式。

　　【教學策略與手段】

　　因為是探究型課，所以就安排讓學生自己提出想要知道的問題，然后大家一起解決問題，通過自評和互評的形式不斷完善結論。在探究過程中教師不斷鼓勵和給予肯定，增強學生的自信心。整堂課的思路是通過播放一短片，讓學生知道研究的內容是彈性勢能，然后鼓勵學生提出問題，大家一起解決問題，重點通過類比的方法探究彈性勢能的表達式。

　　【課前準備】

　　彈簧（兩根，勁度系數不同），兩小木塊，教師演示用多媒體及其課件（ppt）

　　【教學過程】

　　師：我們先來看個短片。

　　師：看完了短篇，你覺得我們今天要來研究什么？

　　生（異口同聲）：彈性勢能

　　師：關于彈性勢能，你想知道什么，想研究什么，就以問題的形式提出來，我們一起解決。大家先考慮兩分鐘。同桌、前后排的同學也可以相互討論下。

　　[學生活動]

　　學生1：彈性勢能是怎么產生的？

　　學生2：彈性勢能是誰發現的？

　　學生3：彈性勢能的大小與什么有關？

　　學生4：今天我們為什么要研究彈性勢能，它與其他形式的能有怎樣的關系，比如與電能，原子能等？

　　學生5：彈性勢能是不是跟重力勢能一樣有個公式，如果有，公式是怎樣的？怎樣得出來的？

　　學生6：彈性勢能有什么用？

　　學生7：彈性勢能的單位是什么？

　　學生8：彈性勢能與做功有什么關系？

　　學生9：彈性勢能是什么？

　　學生10：是不是所以的物體都有彈性勢能？

　　學生11：怎樣才能使彈性勢能變大？

　　……

　　（在此過程中千方百計的調動學生積極發言，對于發言的同學要求全班同學給予掌聲鼓勵，且將學生的問題一一寫到黑板上來，表示對學生的尊重和鼓勵）

　　師：我們今天要研究的是彈簧的彈性勢能。有問題我們大家一起來解決，接下來大家自己思考一下，你能不能幫助別人回答這些問題呢？

　　一兩分鐘后，鼓勵同學發言，一一解決上述問題，在學生回答的過程中，教師如發現學生的陳述有誤，及時讓其他同學或教師本人更正，整堂課充分通過學生自評和互評來完善。其中著重抓住如下四個問題：

　　（1）彈性勢能是什么？

　　引導學生通過短片自己來回答──發生彈性形變的物體的各部分之間，由于彈力的相互作用而具有的能，叫彈性勢能

　　（2）彈性勢能的大小與什么有關？

　　讓學生先猜想──我覺得彈性勢能跟彈簧本身的勁度系數和彈簧的形變量有關，然后給學生一定的時間設計一個實驗方案去驗證你的猜想，學生可以把自己的設計的方案畫在自己的草稿紙上，然后通過投影儀將自己設計的成功展示給全班同學看，同時要讓學生自評和互評教師對同學的展示給予鼓勵、評價，同時掌握好時間，演示的時間不宜長。

　　教師準備一個方案：兩根勁度系數不同的彈簧，兩塊小木塊。驗證彈性勢能與形變量有關──在一水平面上，同一彈簧，不同的形變量，拉同一木塊，釋放后木塊被彈出去的距離不同；驗證彈性勢能與勁度系數有關──兩勁度系數不同的彈簧，同樣的形變量，拉兩形狀質量相同的木塊。勁度系數大的彈簧彈出的木塊距離大。

　　（3）彈簧的彈性勢能與彈力做功有什么關系？

　　引導學生從力做功和能量變化關系思考

　　（4）彈性勢能的表達式是怎樣的？

　　師：大家不妨猜想一下，你覺得彈性勢能的表達是會是怎么樣的？

　　學生可能會猜想、                等等，對于每種猜想給予鼓勵。

　　引導學生類比于我們是如何得到重力勢能的？──從重力做功入手。得到研究彈性勢能也從拉力對彈簧做功入手。怎么計算拉力所做的功呢？能不能直接用？（結合ppt上的圖片，如圖所示）

　　學生：不能直接用此公式計算，由于拉力的大小是隨彈簧的形變量的變化而變化的。

　　師：請同學們畫出拉力f與彈簧形變量的關系圖。

　　（請一同學在黑板上展示自己的成果，如圖所示）

　　師：不能直接用公式求拉力所做的功，因為拉力是變力，那我們能不能想辦法把這個變力近似的變成不變的力呢？

　　學生a：將拉力細分成很多段的力，然后每一小段的力可以近似看做是不變的力。

　　師：為什么這樣做可以？你是從哪里聯想到的？

　　學生a：前面學的計算做曲線運動的物體重力所做的功時，我們是把曲線細分成很多段的直線，然后把物體在每個一小段的傾斜直線上所做的功算出來，然后把這些功全部相加就得到整個過程中重力所做的功。

　　師：（對學生a的回答給予評價），那同樣的方法我們怎么來計算拉力所做的功呢？

　　學生：把彈簧從a到b的過程分成很多小段

　　在各個小段上，拉力可近似認為是不變的

　　在各小段上，拉力做的功分別是

　　拉力在全過程中所做的功是

　　師：（鼓勵、評價）這種代數相加方法實際上好操作嗎？在數學上有沒有更直接可以操作的方法呢？

　　引導學生回憶起我們物理問題的解決中還有一種方法──利用圖像法解決問題

　　比如：

　　類比：

　　類比于勻加速直線運動的位移計算方法，在位移公式推導出來之前我們是通過怎樣的方法計算位移的方法？學生回答（如圖所示）

　　師引導學生巧妙運用f-l圖像求得變力f所做的功（如圖所示）

　　師：梯形所圍的面積代表什么呢？

　　學生：拉力f所做的功

　　師：拉力f所做的功求出來了，那么彈性勢能的表達式呢？

　　引導學生根據重力所做的功等于重力勢能的變化：

　　并說明功是能量變化的量度

　　得到拉力所做的功為：

　　進一步得到彈性勢能的表達式：

　　其中，k是彈簧的勁度系數，是彈簧的伸長量或壓縮量

　　小結

　　（一）對于上面的這些問題，通過同學們剛才的解決，其實我們可以歸納成這么幾個問題：

　　1.什么是彈性勢能？

　　2.彈簧彈性勢能的大小與什么因素有關？

　　3.彈簧彈性勢能與拉力做功有什么關系？

　　4.彈簧彈性勢能的表達式是怎樣的？

　　進而總結下研究事物時產生的問題一般分這么幾類：

　　①what？是什么？

　　②how？怎么樣的？

　　③why？為什么？

　　④有什么用？（或意義）

　　（二）科學探究的一般過程：

　　1.提出問題、建立假設、搜集證據、提出理論或模型、評價與交流

　　2.學會聯想和類比

　　3.體會微分和積分的思想

　　【板書設計】

　　彈性勢能

　　1.定義：發生彈性形變的物體的各部分之間，由于彈力的相互作用，而具有的能叫彈性勢能

　　2.研究內容：

　　⑴彈性勢能是怎么產生的？

　　⑵彈性勢能是誰發現的？

　　⑶彈性勢能的大小與什么有關？

　　⑷為什么要研究彈性勢能，它與其他形式的能有怎樣的關系，比如與電能，原子能等？

　　⑸彈性勢能的公式是怎樣的？怎樣得出來的？

　　⑹彈性勢能有什么用？

　　⑺彈性勢能的單位是什么？

　　⑻彈性勢能與做功有什么關系？

　　⑼彈性勢能是什么？

　　⑽是不是所以的物體都有彈性勢能？

　　⑾怎樣才能使彈性勢能變大？

　　3.問題歸類為：

　　⑴什么是彈性勢能？

　　⑵彈簧彈性勢能的大小與什么因素有關？

　　⑶彈簧彈性勢能與拉力做功有什么關系？

　　⑷彈簧彈性勢能的表達式是怎樣的？

　　【教學反思】

　　1.初次上這樣的課，著實讓人捏一把汗，因為怕學生提不出問題來，其實學生遠比預料的好，課堂進行的相當順利。這是堂探究型課，但也不乏教師的傳授式教學，在類比于研究變速直線運動中的位移來計算拉力所做的功時，學生顯得有點被動，全是由老師講解，究其原因有：①放開來讓學生思考，怕時間不夠；②可能是引導還不夠藝術。

　　2.因為整堂都是以學生為主的探究性學習，創設情景讓學生提出自己關心、想要知道的問題，解決問題的時候又主要是以學生自評和互評以及合作學習而得出結論的，所以在結論的得出或是結論的表述可能會不嚴密，難免缺少知識的系統性，因此如何處理和保持好探究性學習中知識的系統性是探究性學習中的值得我們去研究的問題。

　　3.探究型學習課給教師提出了很高了要求。在探究的第一個環節一定要千方百計的鼓勵學生提出問題，但由于學生之間存在差異性，不同的學生提出的問題層次各有不同，因此一定要因材施教，根據不同的學生創設不同的情景以及要運用不同的引導方法、激勵方法和評價方案；根據不同的學生，采用不同的方法激發學生的學習興趣和調動學生的積極性等等。這就給教師提出了很大的要求。又由于學生提出的問題的難預料，給課堂教學帶來了一定的難度。這就要求教師具有較強的引導和應變能力，同時教師必須要非常了解學生，教師平時多走進學生，關愛學生，了解學生，懂得學生的興趣點；尊重每一位學生，但不放縱學生等。對于教師本人，必須要有強烈的“以學生為主體”的意識，課堂應該是屬于學生的課堂，同時一要創設一個和諧、平等、民主的課堂氛圍。

　　參考資料：

　　1.人教版物理必修2《教師教學用書》，人民教育出版社，第8～9頁。

　　2.張大昌：《〈物理1〉〈物理2〉的編寫思想（續）》，《中學物理教學參考》XX年第4期，第1~5頁

　　3.邵曉明：《對高中物理“探究式課堂教學”探究程度的思考》，《物理教學探討》XX年第9期

“探究彈性勢能的表達式”教學設計 篇2

　　【教學目標】

　　一、知識與技能

　　1.理解彈性勢能的概念和物理意義。

　　2.學習計算變力做功的思想方法。

　　3.理解彈力的功與彈性勢能變化的關系。

　　4.知道彈性勢能具有相對性。

　　二、過程與方法

　　1.仿照重力勢能表達式的得出方法探究彈性勢能表達式，讓學生體會物理學中這種類比遷移的研究方法。

　　2.猜測彈性勢能表達式與什么有關，培養學生科學推斷能力。

　　3.又一次應用分割、求和、逼近的方法求變力的功，體會這種微積分思想在物理中的應用。

　　4.體會理論探究這種科學方法。

　　三、情感態度與價值觀

　　通過探究過程體會物理學的邏輯之美和方法之美，體會數理的巧妙結合，激發學生求知欲和學習興趣，享受成功的樂趣。

　　【教學重點】

　　1.再次體會功能關系。

　　2.探究的實施過程。

　　【教學難點】

　　1.解決彈簧拉力做功時如何想到用過的分割、求和、逼近的微積分方法。

　　2.如何用圖像最終解決問題。

　　【教學方法】

　　師生、生生對話討論的方式。

　　【教具準備】

　　彈簧；自制powerpoint幻燈片。

　　【課時安排】

　　1課時。

　　【教學過程】

　　一、復習并引入新課

　　師提問：什么叫勢能？什么叫重力勢能？

　　學生回答后，教師指出勢能概念中有兩個關鍵詞，一是“相互作用”，二是“位置”，在重力勢能概念中體現為重力和高度。

　　師：發生彈性形變的物體（如彈簧），各部分間有彈力作用，因此它也具有勢能，我們叫它彈性勢能。

　　教師拿出彈簧做壓縮、拉伸演示。

　　二、新課教學

　　板書：一、彈性勢能：發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能。

　　師：本節課我們就探究彈性勢能與哪些因素有關、是什么關系。

　　師提問：我們學過的重力勢能與哪些因素有關，什么關系？

　　學生回答后，教師強調出其中的高度是相對于參考平面的高度，即重力勢能有相對性。

　　師提問：我們可以肯定，彈性勢能也有相對性。研究重力勢能一般選地面為參考平面，即零重力勢能位置；那么你認為研究彈性勢能選哪一位置為參考位置，即零彈性勢能位置最好呢？

　　幾乎所有學生都會選原長為零位置，教師表示認可，可是不點評。但教師應該明白，學生是因為原長時彈力為零，才認為勢能為零，即他們認為原長時勢能就是零，而不是選定為零的，若時間允許，在本節課最后討論彈性勢能相對性時，可選取別的位置為參考位置，體會原長時勢能可以不為零。

　　師提問：那么猜一猜彈性勢能與哪些因素有關（以彈簧為例）

　　學生可能猜出：長度；伸長量；壓縮量；彈力；勁度系數；形變量；質量；材料；匝數；半徑；鋼絲粗細；匝密度等等；教師引導學生之間討論交流，最后形成一致意見：與勁度系數k和形變量（伸長量或壓縮量）l有關。

　　師提問：猜一猜是什么關系？

　　若學生猜到ep=kl，會有許多同學表示反對，引導同學之間討論得出論斷；若學生猜出kl再乘以l，即ep=kl2，讓他說出理由，并請其他同學判斷有無道理，若沒有人反駁，教師可引導，根據不同層次的學生水平，可從以下三種引導方式中選擇一種：（1）kl再乘以l，就是力乘以位移，要注意功計算式的使用條件是力為恒力。（2）直接告知彈簧從原長到拉長l的過程中彈力越來越大為變力。（3）不僅告知彈力越來越大為變力，還指明用末態的彈力kl代替過程中的彈力平均值偏大了。

　　引導得出不會是ep=kl2，應該比kl2小后，若學生不再提出新的觀點，則到此為止；若學生提出可用平均力kl乘以l，教師追問為什么除以2就是平均力？若學生們回答不出，可引導：“求平均速度不一定都可以用，只有在勻變速運動中才可以”引導學生發現彈力隨形變量均勻增大，所以可以這樣來求平均……

　　師：經過我們的猜測發現kl2是最可能的關系。說是猜測，也不是一點沒有根據的瞎說，從猜測過程來看，大家已經在使用一種思想：通過研究彈力做功來得出彈性勢能的表達式，這種通過功能關系來探究的方法我們在上一節得出重力勢能表達式過程中已經使用過。

　　師提問：仿照重力功與重力勢能改變的關系，你能得出彈力做功與彈性勢能改變關系嗎？

　　教師引導學生之間討論回答。并用彈簧演示在壓縮彈簧過程中，彈簧彈力做負功，彈性勢能增加；在拉伸彈簧過程中，彈簧彈力也做負功，彈性勢能也增加，說明兩種情況下，彈力功的絕對值都等于彈性勢能增加量。

　　師：問題是我們不是求彈性勢能變化量的表達式，而是彈性勢能的表達式，這怎么辦？

　　引導學生之間討論得出，從原長開始讓彈簧拉長（壓縮），由于規定原長時彈性勢能為零，所以彈力功的絕對值既是勢能增加量也是末態彈性勢能的值。

　　師：下面我們就通過研究從原長開始被拉長l的過程中，彈力做的功，對以上猜測結果進行證明，當然求彈力的功不能再用剛才取平均力的方法了，那用什么辦法？

　　針對不同層次的學生，教師可以從以下三種引導方式中選擇一種：（1）在必修1中，為了求勻變速直線運動的位移，或說成為了導出勻變速直線運動的位移公式，針對變速求位移我們曾經用過一種辦法……是什么辦法？怎樣用的？（2）直接告知在證明勻變速直線運動的v-t圖的面積代表位移的過程中我們用過一種辦法，它的思想是分割、求和、逼近。還記得怎樣用的嗎？（3）不僅直接告知什么時候用過，為了解決什么問題，叫什么方法，還復述一遍怎樣用的。

　　不論什么層次的學生，也不論何種引導方法，教師最后都要通過幻燈片打出f-l圖像，解釋分割、求和、逼近的過程。并最后通過面積求出ep=kl2，猜想得到證實。（以下4個圖依次出現在屏幕上）

　　建議將探究過程的流程以板書的形式給出。

　　板書：二、探究過程

　　1.通過探究彈力的功來探究彈性勢能表達式。

　　2.彈力功與彈性勢能變化的關系。

　　3.規定原長時勢能為零，從原長開始，求彈簧伸長l過程中彈簧彈力做的功。

　　4.思想：分割、求和、逼近，板圖如圖。

　　5.面積代表克服彈力做的功=彈性勢能增加量=末態彈性勢能（規定原長時彈性勢能為零）。

　　6.面積=。

　　7.結論：若規定原長時彈性勢能為零，則ep=kl2（l為形變量）。

　　如果時間允許，教師組織學生討論彈性勢能相對性問題，規定伸長后某位置勢能為零，組織討論原長時的勢能是不是零，是正還是負。

　　時間再允許，還可以討論重力為零時的重力勢能也不一定為零（取地面為零勢能參考平面，物體離地球非常遙遠時可認為重力為零，但重力勢能不是零）

　　板書：三、彈性勢能相對性

　　【課堂小結】

　　1.再次體會功能關系。

　　2.再次體會分割、求和、逼近的微積分思想。

　　【作業】

　　請利用彈性勢能與重力勢能的相互轉化設計出一個用實驗探究彈性勢能表達式的實驗方案。