【全程方略】2012-2013版高中物理 7.5 探究弹性势能的表达式课后巩固作业 新人教版必修2

探究弹性势能的表达式【教学目标】（一）知识与技能理解弹性势能的概念及意义，学习计算变力做功的思想方法。

（二）过程与方法1．猜测弹性势能的表达式与哪些因素有关。

2．体会计算拉力做功的方法，体会微分思想和积分思想在物理学上的应用。

（三）情感、态度与价值观通过对弹性势能公式的探究过程和所用方法，培养学生探究知识的欲望和学习兴趣。

【教学重点】1．探究弹性势能公式的过程和所用方法。

2．理论探究的方法。

【教学难点】1．推导拉伸弹簧时，用微分思想和积分思想求解拉力所做功的表达式。

2．图象方法解决问题。

【教学方法】探究、讲授、讨论、练习。

【教学准备】弹簧（两根，劲度系数不同）、小物块、多媒体。

【课时安排】1课时【教学过程】一、新课引入实验演示：一个弹簧自然伸长，一个小车在光滑的水平面上从弹簧的左侧向弹簧运动，当它遇到弹簧后减速，让学生注意观察实验现象。

师：刚才大家观察到什么样的实验现象呢？生：小车速度减小了。

师：小车速度为什么减小了？生1：这是因为它遇到了弹簧，弹簧对它的作用力的方向与物体运动方向相反，所以物体速度减小了。

生2：从能量的角度来讲，物体运动的速度减小，也就是物体的动能减小，物体动能的减少应该对应一种能量的增加。

师：这种能量与什么因素有关？生：与弹簧弹力做功有关。

师：通过上一节课的学习我们知道，物体重力做功对应着重力势能的变化，那么弹簧弹力做功也应该对应着一种能量的变化，我们把这种能量叫做什么能呢？生：我们可以把这种能量叫做弹簧的弹性势能。

师：发生弹性形变的物体各部分之间，由于弹力的相互作用，也具有势能，这种势能叫做弹性势能。

我们今天这节课就来研究一下与弹簧弹性势能有关的因素。

二、新课讲解弹性势能的大小与哪些因素有关、弹性势能的表达式（板书）师：大家现在来猜想一下弹簧的弹性势能与什么因素有关。

生1：可能与弹簧的劲度系数有关，劲度系数越大，弹簧的弹性势能越大。

生2：我想应该与弹簧的形变量有关，形变量越大，弹力越大，弹性势能越大。

教学设计学情分析在认知基础上，学生通过恒力功的学习已经掌握了恒力功的相关计算，初步知道功与能之间的关系。

通过重力势能的学习掌握了重力做功量度重力势能的大小，在过程与方法上，通过探究木块速度随时间变化的规律和探究加速度与力、质量的关系这两个探究课题，已经掌握了探究的环节。

基于已有的知识基础，如何引导学生自主形成探究的问题意识，如何引导学生形成探究的方法，这对于定向探究具有积极的指导意义。

为此从方法上加以引导，才能使学生逐步认识并深刻体验到探究的方法，增强学生解决问题的能力，形成良好的习惯。

学生刚进行高中物理知识的学习，不仅对生活中物理现象的知识准备不足，更重要的是思维方法和运用数学工具表述物理过程，进行理性思维的方式与教学要求存在一定的差距。

为此教学中必须借助于探究实验和具体理论推理的学习方式，这是实现向更高层次抽象思维的过渡性转化的关键。

对学生来说，本节探究结论不是最重要的，学会探究方法才是最重要的。

效果分析一、实验探究效果分析：三个实验内容源于教材又高于教材,因此,过程不仅深化了学生对弹性势能表达式的认识,而且大大拓展了课堂教学的空间,完成了知识落实与能力提高的双重任务.实验探究的过程是对课堂教学的补充。

实验探究对学生物理概念和规律的建立有着不可替代的作用.通过实验探究,有利于培养学生思维的严密性,抓住物理现象内在规律性的东西,从而深刻地理解物理概念和规律的本质.而实验研究是学生比较薄弱的环节.新课程教材中设计了许多探究性实验,与老教材相比,不仅实验内容明显增多,更注重了实验过程中学生亲身的体验.所以,这个课题的研究成功,也增强了学生对实验研究的信心.设计性的实验探究课题,激发了学生创造的潜能.问题的开放性大大激发了学生创造的潜能,通过对用实验探究弹性势能与弹簧形变量的关系!这样一个实际问题的研究,不仅培养了学生的创新精神和实践能力,更重要的是对学生形成科学的自然观和严谨求实的科学态度,逐步树立可持续发展的思想,有着深远的意义。

探究弹性势能的表达式【教学重点】1．探究弹性势能公式的过程和所用方法。

2．理论探究的方法。

【教学难点】1．推导拉伸弹簧时，用微分思想和积分思想求解拉力所做功的表达式。

2．图象方法解决问题。

【教学目标】1．理解重力势能。

2．知道重力势能的变化与重力做功的关系。

3．通过实验，验证机械能守恒定律。

理解机械能守恒定律。

用机械能守恒定律分析生活和生产中的有关问题。

4．了解自然界中存在多种形式的能量。

知道能量守恒是最基本、最普遍的自然规律之一。

5．通过能量守恒以及能量转化和转移的方向性，认识提高效率的重要性。

了解能源与人类生存和社会发展的关系，知道可持续发展的重大意义。

【教学过程】探究弹性势能科学探究在于通过学生自主的探索行为，变未知为已知。

其中是否会有实验，不是本质特征。

关于弹性势能表达式的探究，就不含实验。

这一探究活动意在检验以下两点：第一，既然已经知道功可能是能量变化的量度，而且重力势能的表达式确实是通过重力做功的分析得出的，那么能否想到弹性势能的表达式有可能通过弹力做功的分析而得出；第二，是否从前面利用极限思想的实例中受到启发而产生认知的迁移。

对212E kx P 的计算则无任何要求。

弹性势能的改变在射箭比赛中，运动员的手一松开，拉满弦的弯弓在恢复原状时就把利箭发射出去。

可见，发生弹性形变的物体在恢复原状的过程中能够做功，说明它具有能量。

物理学中，把物体因为发生弹性形变而具有的能叫做弹性势能（elastic potential energy ）：拉开弹弓、上紧钟表的发条等，都是让物体具有弹性势能；在弹簧被拉长或被压缩时，弹簧中就存储了弹性势能；弹簧在恢复原状的过程中，它就对外做功。

经验告诉我们，弹性形变越大，在恢复原状时它对外做的功越多，具有的弹性势能就越大。

对于弹性势能的教学，通过具体实例让学生认识发生弹性形变的物体具有弹性势能，弹性势能与形变程度有关；通过迷你小实验体验弹性势能的变化是由弹力做功决定的，这与重力势能具有相同的特点。

《探究弹性势能的表达式》教学设计一、教学目标1.知识目标（1）知道弹性势能的概念及弹性势能与哪些物理量有关。

（2）知道探究弹性势能表达式的思路。

2.过程与方法（1）学会提出问题，善于质疑，善于猜想。

（2）设计方案，检验推理猜想的正确性。

（3）经历提出问题、猜想、逻辑推理和类比的方法探究弹性势能。

3．情感态度与价值观体验类比和逻辑推理的乐趣,提高分析问题解决问题的能力。

二、教学重点难点重点：让学生体验探究的过程，体验知识迁移、类比的推理方法。

难点：推导拉伸弹簧时，用微分思想和积分思想求解拉力所做功的表达式。

三、教学方法实验观察法、分析归纳法、迁移法、类比法。

四、课前准备1．学生的学习准备：预习实探究弹性势能的表达式。

2．教师的教学准备：多媒体课件制作；准备教具：不同弹簧，小物块等。

五、课时安排：1课时六、教学过程（一）知识回顾、总结疑惑回顾弹力、胡克定律等知识，检查落实学生的预习情况并了解学生的疑惑，使教学具有了针对性。

（二）情景导入、展示目标多媒体展示图片（卷紧的发条、撑杆跳高、张弓射箭、拉伸或压缩的弹簧），创设情景，引出问题，激发学生的兴趣，使学生明确学习目标。

老师：这类图片的共同特征是什么？学生：杆、弓和弹簧都发生形变，产生了弹力，存储了一些能量，在恢复形变的过程中将能量释放出来了。

即：发生弹性形变的物体的各部分之间，由于有弹力的相互作用，也具有势能，这种势能叫做弹性势能。

（多媒体展示弹性势能的概念）教师拿出弹簧做压缩、拉伸演示。

教师：这节课我们就来以弹簧被拉伸为例对弹性势能的表达式进行探究。

然后展示探究的第一个问题，弹性势能与哪几个物理量有关、是什么关系？（三）合作探究、精讲点拨。

探究一：弹性势能与哪些物理量有关？师提问：那么猜一猜弹性势能与哪些物理量有关（以弹簧为例）？学生分组，利用不同的弹簧及小车帮助猜想学生可能猜出：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；教师引导学生之间讨论交流，最后形成一致意见：与劲度系数K和形变量（伸长量或压缩量）L有关。

5 探究弹性势能的表达式文本式教学设计整体设计学习科学探究方法，发展自主学习能力，养成良好的思维习惯，能运用物理知识和科学探究方法解决一些问题是课程标准总目标中对学生在科学探究方面提出的要求.本节课的教学重点应该是通过科学探究来落实过程与方法、情感态度与价值观的要求.通过探究方案的设计，让学生进行自主探索，激发学生的创造潜能，启发学生的思维，把学生真正地融入到教学中来，发挥其主体作用.本节就是按照物理课程标准要求，不要求学生用弹簧的弹性势能的表达式解决相关问题，而是让学生经历一次理论探究的过程，属于逻辑推理任务型.学生的科学探究并不意味着只是动手操作，进行实验活动.因此，本节教材在教学中重点放在物理方法的教学及加深学生对科学探究的理解上.本节课的探究是在学生原有认知基础上，通过猜想与假设，运用已掌握的物理规律,从理论上推导出新的物理规律，它注重理论推导.在实际的教学中，由于对弹性势能的理解学生存在一定的困难，教师可以引导学生采用类比方法，弹性势能类比重力势能、弹力类比重力，引导学生回忆研究重力势能时从重力做功入手，因此，研究弹性势能应该从弹力做功开始.然而弹簧的弹力是一个变力，如何研究弹力做功是本节的一个难点，要引导学生对比匀变速直线运动位移的求法，进行知识迁移，利用微元法得到弹簧的弹性势能的表达式，逐步把微分和积分的思想渗透到学生的思维中.本节课不要求用弹性势能的表达式解题，而是要着重让学生体会探究的过程和所用的方法，所以在整个教学过程中，教师作为一个引导者，要创设情境，激发学生的学习欲望，要让全体学生都主动参与探究的全过程，成为学习的主体，同时，教师作为参与者，在探究过程中，要及时进行点拨，引导学生去发现问题，并启发学生寻找解决问题的方法，让学生体验到探索自然规律的艰辛和喜悦.教学重点1.利用微元法和图象法计算变力做功的问题.2.运用逻辑推理得出弹力做功与弹性势能的关系.教学难点1.理解微元法把变力做功转化为恒力做功.2.理解利用力—位移的图象计算变力做功的依据.课时安排1课时三维目标知识与技能1.理解拉力做功与弹簧弹性势能变化的关系.2.进一步了解功和能的关系.过程与方法1.用与重力势能类比的方法，猜测决定弹性势能大小的因素.2.通过知识与技能的迁移过程，自主探究弹性势能的表达式.3.让学生经历由猜测到理论探究，再到实验证实的一般的科学发现过程.情感态度与价值观1.通过讨论与交流等活动，培养学生与他人进行交流与反思的习惯.发扬与他人合作的精神，分享探究成功后的喜悦.2.体味弹性势能在生活中的意义，提高物理在生活中的应用意识.课前准备自制课件、橡皮筋、弹簧、滑块等.教学过程导入新课实验导入装置如图所示：将一木块靠在弹簧上，压缩后松手，弹簧将木块弹出.分别用一个硬弹簧和一个软弹簧做上述实验，分别把它们压缩后松手，学生认真观察实验现象并叙述.现象一：同一根弹簧，压缩程度越大时，弹簧把木块推得越远.现象二：两根等长的软、硬弹簧，压缩相同程度时，硬弹簧把木块弹出得远.师生共同分析，得出结论：上述实验中，弹簧被压缩时，要发生形变，在恢复原状时能够对木块做功，因而具有能量，这种能量叫做弹性势能.图片导入大屏幕投影展示撑竿跳、张弓射箭、各类弹簧的图片.教师提出问题：压缩的弹簧可以把小球弹出很远、拉开的弓可以把箭射出、撑竿跳高运动员可以借助手中的弯曲的杆跳得很高……这些现象说明什么？他们存在哪些共同的地方？学生思考、讨论、回答,引出本课内容.问题导入2004年8月20日举行的奥运会女子蹦床比赛，让中国观众认识了这项既好看又惊险的运动.中国选手黄珊汕摘取铜牌后，国家蹦床队总教练卓贤麟表示，尽管中国开展蹦床运动只有6年的时间，但是中国已经确立了在2008年奥运会上冲击男女两块金牌的目标，黄姗汕的铜牌，则成为实现这一目标的第一步.蹦床的核心部件就是一张四周都固定的弹簧网.1.运动员在网上是怎样跳起来的？2.对同一运动员的同一个动作来说，弹簧网下陷的“深度”与哪些因素有关？3.运动员能被弹到较高的高度，这说明形变的肌肉和形变的弹簧床具有什么性质？推进新课大屏幕投影展示撑竿跳、张弓射箭、各类弹簧的图片.学生观察：压缩的弹簧可以把小球弹出很远、拉开的弹弓可以把弹丸射出、撑竿跳高运动员可以借助手中弯曲的杆跳得很高.师生共同分析，得出结论：上述现象中，弹簧等装置被压缩或拉伸时，发生了弹性形变，由于弹力的作用，弹簧等装置在恢复原状时能够对外做功，因而具有能量，这种能量叫做弹性势能.问题：通过重力势能一节的学习我们知道了重力势能的表达式mgh和两个影响因素：物体的质量和高度.影响弹性势能的因素有哪些？是怎样影响的？请举出生活中的一些弹性势能的例子来总结分析说明.参考：1.弓拉得越满，箭射出去得越远.2.弹弓的橡皮筋拉得越长，弹丸射出得越远.3.玩蹦床游戏时，把蹦床压得越深，人被反弹的高度越高.猜想总结：弹性势能跟形变量的大小有关，而且通过以上例子可以猜想，弹性势能随形变量的增大而增大.4.在拉弓射箭时，弓的“硬度”越大，拉相同的距离，“硬度”大的，箭射出的距离越远.5.压缩同样长度的弹簧到相同的位置，“粗”弹簧压缩得要困难些.6.同样长度的橡皮筋制作的弹弓，拉开相同的距离，“粗”橡皮筋的弹弓打出的弹丸远.猜想总结：在形变量相同的情况下，劲度系数大的，弹性势能大.猜想归纳：弹簧的弹性势能大小的影响因素是：弹簧的形变量和弹簧的劲度系数.类比思考：根据重力势能的表达式E p=mgh,我们知道重力势能跟高度h成正比，弹性势能也跟形变量成正比吗？对比说明：不一定，因为要举起同一个重物，所用的力并不随高度变化，但是对于同一个弹簧，拉得越长，所用的力越大，所以我们不能肯定弹性势能跟形变量成正比，只能说明随形变量的增大而增大.【问题探究】弹性势能与形变量和劲度系数的定量关系是怎样的？如何设计实验来探究呢？通过问题的提出，激发学生探究的热情，促使学生设计提出探究实验方案，并说明过程方法. 方法提示：根据前面的探究型课题的学习，探究过程的一般方法：1.提出探究课题;2.设计实验方案;3.进行实验,记录数据;4.作出速度—时间图象;5.得出结论.教师启发：物体具有做功的本领，我们称之为物体具有能.弹簧既然有弹性势能，肯定具有对外做功的本领，根据功能关系，弹簧对外做的功就等于它所具有的弹性势能.通过教师启发，使学生突破思维障碍，让学生继续设计实验方案，完成对弹簧弹性势能表达式的探究.并提醒学生，当弹簧处于原长时，拉长或压缩弹簧，弹簧的弹性势能都增加，我们可以设弹簧处于原长时，弹簧的弹性势能为零，从弹簧处于原长时开始研究.对此，教师直接提示，使学生少走弯路.弹簧的形变，有拉长和压缩两种情况，研究弹簧拉长或压缩情况均可，我们先选择一种情况研究.对于两种影响因素的探讨，学生已经掌握了控制变量法，在此不作提示.设计方案：利用如图所示的装置，弹簧一端固定，滑块靠在弹簧的另一端，用滑块压缩弹簧，弹簧具有了弹性势能，释放滑块，滑块在弹力的作用下向右滑动，在摩擦力的作用下最终停下，从开始运动到静止的距离为L.根据功能关系，弹簧释放的弹性势能转化为滑块的内能W，内能可以用F f L 来计算，即内能与L 成正比，即E p =W=F f L,把不能直接测量的弹性势能转换为滑块克服摩擦力做功.只要我们探究出L 与形变量x 、劲度系数k 的关系，就知道E p 与形变量x 、劲度系数k 的关系.1.保持k 一定，研究形变量x 与滑块的位移L 的关系.2.保持x 不变，研究劲度系数k 与滑块的位移L 的关系.多次试验并记录数据，填入设计的表格：弹簧的形变量(m) 滑块的位移L(m) x x x 1234劲度系数（N/m ） 滑块的位移L(m) 1k 1 2k 2 3 k 3 指导学生将数据录入电脑利用Excel 进行处理，通过图象法找出各量之间的关系.实验结论：弹性势能与形变量的平方x 2成正比,E p ∝x 2.弹性势能与劲度系数k 成正比,E p ∝k.通过上面的实验，我们已经证实了弹性势能与形变量和劲度系数有关，但是他们之间的具体定量关系又如何呢？提出问题：如何求弹性势能？如何求弹力所做的功？如何把变力转化为不变的力？思路点拨：设计一个缓慢的拉伸过程，整个过程中拉力始终等于弹力，用拉力的功来替代弹力的功.由于弹力是一个变力，计算弹力的功不能用W=Fs,设弹簧的形变量为x ，则弹力F=kx.指导学生回顾研究匀加速直线运动位移的方法.学生利用微元法求解：可以把变力功问题转化为恒力功问题来解决.把拉伸的过程分为很多小段，它们的长度是Δx 1、Δx 2、Δx 3……在各个小段上，拉力可以近似认为是不变的，它们分别是F 1、F 2、F 3……所以，在各个小段上，拉力做的功分别是F 1Δx 1、F 2Δx 2、F 3Δx 3……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W 总=F 1Δx 1+F 2Δx 2+F 3Δx 3……学生自己画出F-x 图象，并与vt 图象比较.由v-t 图象下的面积来代表位移，通过思考、讨论和交流，可以得出F-x 图象下的面积能表示弹力所做的功.多媒体投影学生的推导过程，回答学生可能提出的问题：弹力做功等于阴影部分面积W=2212kx kx x . 思路总结：利用“无限分割”法来计算弹簧发生微小形变时弹力做的功，再利用图象法来计算各段微小形变弹力做功之和，从而确定弹性势能.总结：表达式：E p =21kl 2式中E p:弹性势能k:弹簧劲度系数l:弹簧形变量提出问题：上面我们已经推导出了弹性势能的表达式，弹性势能跟弹力做功之间有什么关系？先请学生回顾复习重力势能跟重力做功的关系:重力做正功，重力势能减少，例如做自由落体运动的小球;重力做负功，重力势能增加，例如竖直上抛的小球.设计情景引导学生推导：如图所示，滑块以初速度v冲向固定在竖直墙壁的弹簧，并将弹簧压缩.在弹簧压缩的过程中，弹簧给滑块的力F与速度的方向相反，滑块克服弹簧弹力做功，即弹簧弹力做负功，弹簧被压缩了，弹性势能增加了.在弹簧恢复形变，从最大压缩量向原长恢复的过程中，弹簧给滑块的力F向右，弹簧弹力做正功，弹簧的形变减小，弹性势能减小.总结：弹力做功与弹性势能变化的关系:1.弹力做正功，弹性势能减少;2.弹力做负功，弹性势能增大.学生自主完成弹力做功与弹性势能的关系的探究过程，体会探究的乐趣和成功的喜悦.例题如图所示，表示撑竿跳运动的几个阶段：助跑、撑杆起跳、越横杆.试定性地说明在这几个阶段中能量的转化情况.引导学生分析问题，多找几个学生，倾听他们的思想，让他们各抒己见，培养学生自由表达的能力.解答：运动员的助跑阶段，身体中的化学能转化为人和杆的动能；起跳时，运动员的动能和身体中的化学能转化为人的重力势能和撑竿的弹性势能，随着人体的继续上升，撑竿的弹性势能转化为人的重力势能，使人体上升至横杆以上；越过横杆后，运动员的重力势能转化为动能.课堂小结本节主要学习了弹性势能的概念，势能是个比较难以理解的物理量，所以我们采用了类比重力势能的方法来学习弹性势能.这节课通过探究的方法主要讨论了三个问题：①弹性势能的表达式可能与哪几个物理量有关；②弹簧的弹性势能与拉力所做的功有什么关系；③怎样计算拉力所做的功.在讨论的过程中我们运用了类比法、实验观察法、分析归纳法、迁移法等方法.推导出了弹性势能的影响因素以及弹性势能表达式，并且用本节所学知识解决了一些问题.布置作业1.在本节“说一说”中提到“能不能规定弹簧的任意长度势能为零势能？”的问题，有能力的同学课后可以小组讨论一下.2.橡皮筋拉长时也有弹性势能，那么它的弹性势能表达式应该怎样进行计算？板书设计5.探究弹性势能的表达式1.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.2.弹性势能表达式：E p =21kl 2 （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：(1)影响弹性势能的因素：①形变量 ②劲度系数(2)类比：①重力做功：研究重力势能 ②弹力做功：研究弹性势能(3)变力做功的处理方法：①微元法 ②图象法活动与探究主题:短跑运动员为什么要用蹲踞式起跑？它比竘立式起跑有哪些好处？过程:课下在操场尝试起跑的蹲踞式和站立式,注意体会其区别,然后交流、讨论.结论:短跑运动员采用蹲踞式起跑时，腿弯曲，重心前移，起跑时腿用力蹬地，将弹性势能转化为身体的动能，使运动员获得一个较大的初速度，比站立式起跑时初速度大.设计点评弹性势能是一个比较难以理解的概念，学生在一节课内不容易全面理解和掌握.因此本节在设计上，先以学生熟悉的撑竿跳高、射箭、弹簧压缩小球等例子，引发学生学习弹性势能的积极性,降低学习弹性势能的门槛.然后利用学生已知的知识作基础，利用类比的方法探究弹性势能的影响因素，从分析重力势能入手，降低了学习弹性势能的难度.在本教学设计中引导学生利用熟悉的控制变量法来讨论弹性势能与形变量和劲度系数的具体定量关系.利用了微元法和图象法来处理变力做功.因为今后学习中要接触更多势能概念如分子势能、电势能等时，实际教学中可以进一步总结势能特点，深入对它的理解.本节教学设计，通过探究的方法解决了“弹性势能的表达式”的导出问题,使学生真正体会探究式学习的全过程,即提出问题、猜想、设计和进行实验、数据处理、分析和推理的过程.。

示：
将一木块靠在弹簧上，压缩后松手，弹簧将木块弹出.
分别用一个硬弹簧和一个软弹簧做上述实验，分别把它们压缩后松手，观察现象.
结合手中的弹簧，压缩或者拉伸弹簧，感受一下弹簧中存储的能量展示实验
现象一：
压缩程度越大时，弹簧把木块推得越远．现象二：
硬弹簧，压缩相同程度时，硬弹簧把木块弹出得远．
得出结论：弹性势能可能与劲度系数、形变量有关。

即：
1）弹簧的形变量Δl有关。

2）弹簧的劲度系数k有关。

讨论老师提出的问题，回忆研究过的重力势能与重力做功的关系，弹性势能也是势能，能否通过类比来得出弹力做功与弹性势能的关系呢？引导学生进行现象分析，小组讨论，得出结论
弹性势能可能和弹簧的形变量
的劲度系数
提出问题：弹簧的弹性势能和
有什么样的关系呢？
重力做功G W mgh =
弹簧的弹力与弹簧的形变量有关
= 弹∆F k l 可见拉动弹簧随着形变量的改变弹力是改变的， 缓慢拉弹簧可知 拉弹=F F 由G P = -∆W E
若取弹簧原长时弹簧弹性势能为零可知克服弹簧弹力做功即拉力做功与弹簧的弹性势能相等即：
P 拉=E W
不能直接用lcos W
F α=来求拉W
思考、讨论如何求弹簧弹力（变力）做功
提出问题：重力做功有什么特点？弹簧的弹力有什么特
点？
如何求变力的功呢？能否直接用
W W
引导学生发现新问题，并鼓励学生提出
见解。

75《探究弹性势能的表达式》导案【习目标】1．知道什么是弹性势能。

2．解探索规律的过程和方法【重点难点】探究弹性势能的物方法和思维过程【法指导】认真阅读教材，体会弹性势能的物意义，体会弹力做功和弹性势能变的关系。

【知识链接】1．什么是重力势能？2．重力势能的变与重力做功之间有什么关系？【习过程】1．弹性势能[]发生________的物体的各部分之间，由于有______的相互作用，也具有势能，这种势能叫做弹性势能。

可见，物体具有弹性势能的条件是发生了_________。

2．弹性势能表达式中相关物量的猜测弹性势能的表达式可能与哪些物量有关呢？①可能与弹簧被拉伸（或压缩）的_______有关。

这是因为，与重力势能相类比，重力势能与物体被举起（或下降）的高度有关，所以弹性势能很可能与弹簧被拉伸（或压缩）的________有关。

重力势能与高度成正比，但是弹性势能与弹簧被拉伸（或压缩）的_______则不一定成正比，因在地球表面附近可认为重力不随高度变，而弹力在弹簧形变过程中则是______力。

②可能与弹簧的___________有关。

这是因为，不同弹簧的“软硬”程度不同，即____________不同，使弹簧发生相同长度的形变所需做的功也不相同。

3．弹性势能与拉力做功的关系弹性势能与重力势能都是物体凭借其位置而具有的能。

在讨论重力势能的时候，我们从对重力做功的分析入手。

同样，在讨论弹性势能的时候，则要从对______做功的分析入手。

弹力做功应是我们研究弹性势能的出发点。

他们总的原：功是____________的量度。

例如，重力对物体做了100J的功，物体的重力势能______(增加、减少)100J；重力对物体做了－100J的功，物体的重力势能______(增加、减少)100J；类比以上，若弹力做了－100J的功，则弹簧的弹性势能_______(增加、减少)100J4 如何计算拉力所做的功？在拉伸弹簧的过程中，拉力是随弹簧的形变量的变而变的，拉力还因弹簧的不同而不同。

《探究弹性势能的表达式》教案（全文5篇）第一篇：《探究弹性势能的表达式》教案《探究弹性势能的表达式》教案1一、课前预习，填好提纲，并作出练习。

二、针对预习疑问，设置相应的知识板块及讲解思路，以供学生解决时使用。

三、具体操控如下：1、出示学习目标。

2、提问重力势能相关内容，以利于总结弹性势能（1）重力做功与经过的路径无关（2）重力势能表达式Ep=mgh,具有相对性，是个标量。

（3）重力做功与重力势能变化的关系（具体）（4）重力做功与重力势能的变化与零势能面的选择无关，只与高度差有关。

（5）重力势能是由于地球的吸引和与地球相对位置决定的能。

3、提出本节需解决的问题：（1）举出物体发生弹性形变的例子，分析弹力的产生，说明什么是弹性势能。

弹簧具有的能量越多，物体弹出越远。

（2）根据事实猜想弹性势能可能与什么有关？（由学生上台讲解）得出结论：形变量越大，劲度越大，势能越多。

（控制变量）学生的问题：软硬弹簧的意思（3）本节探究的问题与重力势能探究有无共同之处？是否可以沿用上节的探究思路？谈谈你的想法（都是势能，本节不要求探究出结果，只需学会探究方法，制定探究方案等；可以，以类比的方法谈谈重力势能的探究过程，知道弹力做功，弹性势能会进行转化，从而确定探究的入手之处--弹力的功）（4）本节属于理论上的实验探究课程，请提出探究的具体方案。

（给出模型，交代相应的量）说出探究过程中要解决的主要问题，你是怎样解决的？数据如何处理？探究结果如何？用到那些思想方法？（化变为恒的思想，图想法，极限，类比等）（5）怎样进行评估？学生提出的问题：弹性势能也具有相对性吗？是标量吗？弹性势能也是系统共有的吗？（否）弹力的功与弹性势能变化的关系是什么？弹力功的正负如何判断？4、讨论后总结本节知识与方法。

回顾目标5、交流预习答案，解决错误，评讲3、4题。

反思：学生的问题很大，主要是提出的几个问题，还有数据的处理不是很明白，这里最好老师重复一下。

探究弹性势能的表达式》教学设计杨静和教材分析】1．物理思维: 与老教材相比，《探究弹性势能的表达式》在新教材中单独成为一节，强化了功是能量变化的量度的思想，是学习重力势能后的进一步拓展，让学生在变力作用的情景下进行功和能关系的探究，再一次感受功和能的紧密联系，同时通过对弹性势能本质特征的认识过程，为后面的动能定理和机械能守恒定律的学习打下基础。

2．数学思维：统观新教材在研究运动的即时速度、曲线的切线的问题、图像中曲线围成的面积（用v - t 图象推出匀变速运动位移公式）、向心加速度的推导等内容都渗透了极限的思想，本节课再次向学生渗透了以极限思想为基础的微积分原理，运用类比和迁移的科学方法，让学生探究，利用图象怎样计算变力做功，从而推导出弹性势能的表达式；教材对重要物理方法的教学进行系统化、结构化构思，极限的思想、“不变与变”的思想从速度的概念拓展到力的概念。

无论从物理学发展史和数学发展史角度考虑，教材的这种系统化布局是非常符合学生思维发展和认知过程的。

3．探究方式：在高中物理课程标准中，弹簧弹性势能的表达式未做要求（即不要求学生掌握弹簧弹性势能的表达式，以及用弹簧的弹性势能的表达式解决相关问题。

）本节内容是让学生经历一次理论探究的过程。

《探究弹性势能的表达式》在探究类型中属于逻辑推理任务型。

学生的科学探究并不意味着只是动手操作，进行实验活动，凡是有利于学生“构建知识” 、形成“科学观念” 、领悟“科学研究方法”的各种活动都属于科学探究范畴。

本节课的探究是在学生原有的认知基础上，通过猜想，运用已掌握的物理规律，采用类比和迁移的科学方法，利用微积分的数学原理从理论上推导出新的物理规律，它注重理论推导过程和思想认识过程，突出科学探究对学生的影响。

【学情分析】学生已经具备了一定的物理思维能力，对“研究重力势能是从重力做功入手”以及“功是能量转化的量度” 思想等有了初步的理解；对极限思想在运动学中的渗透也有一定的了解，并且具有一定的知识迁移能力。

7.5 探究弹性势能的表达式教学目标一、知识与技能理解弹性势能的概念及意义，学习计算变力做功的思想方法。

二、过程与方法1．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．体会计算拉力做功的方法，体会微分思想和积分思想在物理学上的应用。

三、情感、态度与价值观通过对弹性势能公式的探究过程和所用方法，培养学生探究知识的欲望和学习兴趣，体会弹性势能在生活中的意义，提高物理在生活中的应用意识。

教学重点探究弹性势能公式的过程和所用方法。

教学难点推导拉伸弹簧时，用微分思想和积分思想求解拉力所做功的表达式。

教学过程一、引入新课实验导入装置如图所示：将一木块靠在弹簧上，压缩后松手，弹簧将木块弹出。

分别用一个硬弹簧和一个软弹簧做上述实验，分别把它们压缩后松手，学生认真观察实验现象并叙述。

现象一：同一根弹簧，压缩程度越大时，弹簧把木块推得越远。

现象二：两根等长的软、硬弹簧，压缩相同程度时，硬弹簧把木块弹出得远。

师生共同分析，得出结论：上述实验中，弹簧被压缩时，要发生形变，在恢复原状时能够对木块做功，因而具有能量，这种能量叫做弹性势能。

教师：弹性势能的大小与哪些因素有关？弹性势能的表达式应该是怎样的？这节课我们就来探究这些问题。

二、新课教学教师：我们在学习重力势能时，是从哪里开始入手进行分析的？这对我们讨论弹性势能有何启示？学生思考后回答：学习重力势能时，是从重力做功开始入手分析的。

讨论弹性势能应该从弹力做功入手分析。

教师点评：通过知识的迁移，找到探究规律的思想方法，形成良好的思维习惯。

教师：当弹簧的长度为原长时，它的弹性势能为零，弹簧被拉长或被压缩后，就具有了弹性势能，我们类比重力势能猜测一下：弹性势能与哪些因素有关？学生思考讨论，教师点拨归纳：（1）重力势能与高度h成正比，弹性势能是否也与弹簧的伸长量（或缩短量）有关？若有关，是否是简单的正比关系？（2）重力做功，重力势能发生变化，重力做功在数值上等于重力势能的变化量。

新课标物理学讲义----力学 第七章 机械能守恒定律 1 第五节 探究弹性势能的表达式
一、探究弹性势能的表达式
1、弹性势能：发生弹性形变的物体的各部分之间，由于弹力的相互作用而具有的势能。

2、猜想相关量：k 、x
3、步骤：（弹簧弹力做功与弹簧伸长量之间的关系）
①结论：弹簧弹力做正功，弹性势能减小；弹簧弹力做负功，弹性势能增大。

②弹簧弹力做功等于弹性势能变化的负值。

p F E W ∆-=
③研究弹簧弹力做功
4、弹力做功分析：
面积法（平均作用力法）：
()()()()()
222212212111221x x k x x kx kx W x x F F W F F --=-+-==-+-= ()12212221222
1212P P P E E kx kx x x k W E -=-=-=-=∆ 5、结论：22
1kx E P = 二、弹性势能
1、表达式：22
1kx E P = 2、理解：
①弹簧的弹性势能只与k 、x 有关，与研究对象的运动情况等都无关。

②弹性势能为一状态量，即某时刻发生形变量时弹簧具有的能量。

③弹性势能为相对量，表达式选取的势能零点为原长。

（一般与原长为势能零点） ④弹性势能为标量，如果取原长为势能零点，则弹性势能具有非负性。

⑤同一根弹簧，拉伸或压缩同样的形变量，弹性势能相同。

⑥使用范围：弹簧。

无特殊说明橡皮筋也适用。

⑦弹性势能具有系统性，即它是发生弹性形变的物体各部分由于弹力而共同具有的能量。

3、小球在弹簧弹力作用下的做功能量分析：
O →A
A →O
O →B
B →O。

7.5《探究弹性势能的表达式》教学设计【课程目标】1．知识与技能：巩固和应用重力势能的概念；了解弹性势能的概念和特点；会利用提供的器材对弹性势能作实验探究。

2．过程与方法：用类比的方法了解弹性势能，尝试利用图象和实验分别对弹性势能的表达式进行理论和实验两方面的探究，从而认识科学探究的意义，了解物理学的研究方法在物理学发展过程中的作用。

3．情感态度与价值观：发展对科学的好奇心与求知欲，培养与他人合作的精神，体验探索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认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密切相关，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。

2．阅读材料二（课本第62～63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）弹性势能的变化与弹力所做的功有什么关系？（功是能量变化的量度）复习利用匀变速直线运动的v-t图象求位移，思考怎样利用F-/图象计算弹力这个变力所做的功？…由功能关系可知，如果对弹簧做功，弹簧的弹性势能就增加。

7.5探究弹性势能的表达式高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

2．选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。

3．请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。

4．保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。

一、单项选择题1．水平地面上有O、A、B三点，OA=AB，从O点正上方高h0处以速度v0水平抛出一个小球，恰好落在A 点。

若抛出点的高度改变为h和初速度为v，小球落点会发生变化，下列不能使小球落到B点的是（）A．h=h0，v=2v0B．h=2h0，v=v0C．h=4h0，v=v0D．h=h0，v=4v02．实验表明：光子与速度不太大的电子碰撞发生散射时，光的波长会变长或者不变，这种现象叫康普顿散射，该过程遵循能量守恒定律和动量守恒定律。

如果电子具有足够大的初速度，以至于在散射过程中有能量从电子转移到光子，则该散射被称为逆康普顿散射，这一现象已被实验证实。

关于上述逆康普顿散射，下列说法正确的是（）A．相对于散射前的入射光，散射光在介质中的传播速度变大B．若散射前的入射光照射某金属表面时能发生光电效应，则散射光照射该金属时，光电子的最大初动能将变大C．散射后电子的速度一定变大D．散射后电子的能量一定变大3．如图所示，在半径为R的圆形区域内有垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场，在磁场区域的上方有一水平放置的感光板MN。

从磁场区域最左端Q垂直磁场射入大量的电荷量为q、质量为m、速率为v的粒子，且速率满足，最后都打在了感光板上。

不考虑粒子间的相互作用力和粒子的重力，关于这些粒子，下列说法中错误的是A．这些粒子都带正电B．对着圆心入射的粒子，其射出方向的反向延长线一定过圆心C．只有对着圆心入射的粒子，射出后才垂直打在感光板MN上D．沿不同方向入射的粒子射出后均可垂直打在感光板MN上4．我国选手谢思埸在2018年国际泳联世界跳水系列赛北京站夺得男子三米跳板冠军，如图所示为谢思埸（可视为质点）参加跳板跳水比赛时，其竖直方向的速度随时间变化的图象，以他离开跳板时为计时起点，不计空气阻力，则（）A．时刻开始进入水面B．时刻开始进入水面C．时刻达到最高点D．时间内速度方向竖直向上5．如图所示，质量为 4 kg 的小球 A 和质量为 1 kg 的物体 B 用弹簧相连后，再用细线悬挂在升降机顶端，当升降机以加速度 a=2 m/s2，加速上升过程中，剪断细线的瞬间，两小球的加速度正确的是（重力加速度为 g=10 m/s2）A．B．C．D．6．如图(a)所示，在电梯箱内轻绳AO、BO、CO连接吊着质量为m的物体，轻绳AO、BO、CO对轻质结点O 的拉力分别为F1、F2、F3.现电梯箱竖直向下运动，其速度v随时间t的变化规律如图(b)所示，重力加速度为g，则( )A．在0～t1时间内，F1与F2的合力等于F3B．在0～t1时间内，F1与F2的合力大于mgC．在t1～t2时间内，F1与F2的合力小于F3D．在t1～t2时间内，F1与F2的合力大于mg二、多项选择题7．下列说法正确的是______A．单晶体有固定的熔点，多晶体和非晶体没有固定的熔点B．石墨和金刚石的物理性质不同，是由于组成它们的物质微粒排列结构不同C．在合适的条件下，某些晶体可以转化为非晶体，某些非晶体也可以转化为晶体D．固体可以分为晶体和非晶体两类，有些晶体在不同的方向上有不同的光学性质E．烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明蜂蜡是晶体8．分子动理论以及固体、液体的性质是热学的重要内容，下列说法正确的是（）A．用吸管将牛奶吸入口中是利用了毛细现象B．同温度的氧气和氢气，它们的分子平均动能相等C．荷叶上的小露珠呈球形是由于液体表面张力的作用D．彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点E. 两分子间的分子势能一定随距离的增大而增大9．如图所示，A物体质量为m，B质量为2m，用一轻绳相连，将A用一轻弹簧悬挂于天花板上，系统处于静止状态，此时弹簧的伸长量为x，弹性势能为E p，已知弹簧的弹性势能与形变量的平方成正比，且弹簧始终在弹性限度内．现将悬线剪断，则在以后的运动过程中，A物体的（）A．最大动能为B．最大动能为C．速度达到最大时，弹簧弹力做功为D．速度达到最大时，弹簧弹力做功为10．如图所示，直角三角形ABC区域中存在一匀强磁场，比荷相同的两个粒子（不计重力）沿AB方向射入磁场，分别从AC边上的P、Q两点射出，则（）A．从P点射出的粒子速度大B．从Q点射出的粒子速度大C．从Q点射出的粒子在磁场中运动的时间长D．两个粒子在磁场中运动的时间一样长三、实验题11．质量为m的人站在电梯里，当电梯以加速度a加速上升时，求人对地板的压力F是多大?12．水平地面上的木箱质量为20 kg，用大小为100 N的水平力推木箱，恰好能使木箱匀速前进；若用同样大小的力与水平方向成37°角向上拉木箱，如图所示，木箱的加速度为多大？(取g＝10 m/s2，sin 37＝0.6，cos 37°＝0.8)四、解答题13．一汽缸竖直放在水平地面上,缸体质量M=10 kg,一轻质活塞横截面积为S=2×10-3 m2,活塞上面的汽缸内封闭了一定质量的理想气体,下面有气孔O与外界相通,大气压强p0=1.0×105 Pa,活塞下面与劲度系数k=2×103N/m的轻弹簧相连。

探究弹性势能的表达式一、学习目标 (一)知识与技能1.知道弹性势能的概念及弹性势能与哪些物理量有关2.知道探究弹性势能表达式的思路 (二)过程与方法1.学会能提出问题,善于质疑,善于猜想2.设计方案,检验推理猜想的正确性3.经历提出问题、猜想、逻辑推理和类比的方法探究弹性势能 (三)情感态度与价值观通过自己提出问题,自己解决问题,提高对物理的学习兴趣和信心,增进学习的兴趣教学过程： 一、复习导入什么叫势能，势能产生的两个原因？阅读教材55页和66页最后一段小字 学生思考并答： 1、相互作用----存在力 2、位置----发生相互作用的物体间有相对位置进一步提问：什么 叫重力势能 ？依据重力势能产生的两个原因分析，势能的影响因素1、物体与地球间--重力2、物体与地球间的相对距离---高度h 总结出：E p 与mg 、h 有关 二、观察图片、引入概念。

观察三幅图片，运动员撑杆跳过程中弯曲的杆、手紧握圆环时的圆环和跳水运动员起跳过程弯曲的起跳板。

观察教师手中弹簧的拉伸，学生体会自己手中的橡皮筋拉长。

提出问题：这些物体的共同特点是什么？学生思考，抽取个别学生回答。

以上物体共同点： 发生了弹性形变（非塑性形变）教师从势能产生的原因分析：从力的角度，有弹力； 物体各部分之间发生相对位置---形变 ；满足势能产生条件，故具有势能。

引入弹性势能概念：发生弹性形变的物体的各部分之间，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 三、提出猜想1、猜一猜弹性势能与那些物理量有关？ 粗略的估计只是猜测，这种方法得出的结论不可靠，但实际与什么有关，需要更科学的推理、论证。

复习重力势能的制约因素：mg 、h ，从势能产生的两个原因类比：相互作用的力和相对位置。

弹性势能：E p ，与F 弹、物体各部分间相对位置—形变Δl 有关， 学生思考：F 弹公式： F 弹 =k Δl, 并分析综合得E p 与k 、 Δl 有关 2、再猜：类比重力势能,弹性势能是否有相似的表达式？以举重为例，分析规律：1、举高重物，mg 不变,h 增大， E p 增大， E p 与h 成正比。