高中物理 探究弹性势能的表达式导学案 新人教版必修2.docx

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高中物理探究弹性势能的表达式导学案新人教版必修2

高一物理WL-WL-B2-10-01-025

2019-2020年高中物理探究弹性势能的表达式导学案新人教版必修2

班级组别组名姓名

【学习目标】

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。

【学习重点难点】

推导拉伸弹簧时，用图像方法求解拉力所做功的表达式

探究弹性势能公式的过程和所用方法

【学习方法】

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。

【知识链接】

重力势能与重力做功的关系速度-时间图像

【学习过程】

导入：

通过上节课的学习，我们知道力对物体做功，物体就会有相应的能量变化，例：

物体重力做功对应着           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             。

这是由于发生弹性形变的物体个部分之间，由于弹力的相互作用所具有的能量。

我们今天就一起来探究弹簧弹性势能的有关因素。

问题1：

弹簧的弹性势能与什么因素有关？

提示1：

甲、乙两个小车在光滑的水平面上分别压缩劲度系数不同的两根弹簧，甲压缩劲度系数大的弹簧，乙压缩劲度系数小的弹簧，松开手以后，哪一个小车的速度会大一些？

                 如何比较小车的速度？

猜想1：

弹簧的弹性势能可能与                有关，             大，弹簧的弹性势能就越大。

提示2：

让同一根弹簧在压缩量不同的情况下把质量相同的静止的小车甲、乙分别推出，小车运动的距离越大说明弹簧对它做的功      ，弹簧原来具有的弹性势能就       。

猜想2：

弹簧的弹性势能可能与             有关，        越大，弹性势能越大。

问题2：

如何用公式表示出弹簧的弹性势能？

提示：

上节课的结论，功是能量变化的量度，一个力做了多少功就对应着某种能量发生了多少变化

类比：

重力势能

弹性势能

从重力做功入手，重力做了多少功重力势能就变化了多少。

类比：

从弹力做功入手，弹力做了多少功弹性势能就变化了多少。

重力势能具有相对性，一般选地面为重力势能为零的位置。

类比：

弹性势能也具有相对性，一般选弹簧长度为原长时为弹性势能为零的位置。

把求重力势能的问题转化为求重力做功的问题。

WG＝Gh，在地面附近，重力大小和方向都不发生变化，是恒力做功的问题，功可以简单地用重力与物体在竖直方向上移动的距离的乘积来表示。

把求弹性势能的问题转化为求弹力做功的问题。

WN＝Fl，对于弹力，当弹簧被拉伸或被压缩时，弹力的大小会随着拉伸或压缩距离的变化而变化，也就是说弹力做功是一个变力做功的问题。

变力做功应该怎样解决？

变力做功的解决思路：

把变力做功问题转化为恒力做功问题。

类比迁移：

速度－时间图象

力－位移图像

 计算匀加速直线运动位移时，用速度和时间的乘积得到位移，但速度是不断变化的，采用的方法是把整个运动过程分成许多小段，每个小段中物体的速度的变化比较小，可以近似地用小段中任意一时刻的速度和这一小段时间间隔相乘得到这一小段位移的近似值，然后把各个小段位移的近似值相加。

当各个小段分得非常小的时候，得到的就是匀变速直线运动的位移表达式

来源：

（-§7.5探究弹性势能的表达式导学案_物理组_新浪博客

变力做功的解决办法：

把拉伸过程分为许多小段，长度分别是Δl1，Δl2，Δl3，……在各个小段上，拉力可以近似看成是不变的，它们分别是F1，F2，F3……所以在各个小段上，拉力做的功分别是F1Δl1，F2Δl2，F3Δl3，……拉力在整个过程中做的功可以用它在各个小段做功的代数和来表示，F1Δl1＋F2Δl2＋F3Δl3，……

位移求解方法：

利用图象与t轴所围成的图形的面积来代表位移的大小。

功的求解方法：

探究结论：

根据我们的推论，当弹簧处于原长、弹性势能      时，这个弹簧被拉长l时弹力做的功就等于弹簧被拉长l时       的值，所以弹性势能的表达式为           。

问题3：

弹力做功与弹簧弹性势能的关系。

提示1：

如果弹力做正功，那么弹簧的弹性势能怎么变化？

                                                                             。

请举例论证。

提示2：

如果弹力做负功，那么弹簧的弹性势能怎么变化？

                                                                             。

请举例论证。

小组讨论：

见课本第64页“说一说”

回答：

【归纳小结】

【课堂检测】

1.当弹簧的弹性势能，下列说法中正确的是：

（        ）

A. 当弹簧变长时，它的弹性势能一定增大

B. 当弹簧变短时，它的弹性势能一定减小

C. 若选弹簧自然长度时的势能为0，则其他长度的势能均为正值

D. 若选弹簧自然长度的势能为0，则伸长时弹性势能为正值，压缩时弹性势能为负值

2.如图所示，在光滑水平面上有一物体，它的左端连一弹簧，弹簧的另一端固定在墙上，在力F作用下物体物体处于静止状态。

当撤去力F后，物体将向右运动。

则在物体向右运动的过程中，下列说法中正确的是：

（       ）

弹簧对物体做正功

弹簧对物体做负功

弹簧先对物体做正功，后对物体做负功

弹簧先对物体做负功，后对物体做正功

【课后反思】

来源：

（-§7.5探究弹性势能的表达式导学案_物理组_新浪博客

2019-2020年高中物理机械波的描述教案沪科版

实践一：

实践二：

思考实践三：

一列振幅是2.0cm、频率是4.0Hz的简谐波，以32cm/s的速度沿图中的x轴方向传播，在某时刻，x坐标为-7.0cm处的媒质质点正好经平衡位置且向y轴负方向运动。

（1）请计算这列波的波长λ=__________________cm。

（2）请在下图中画出此时刻的波形图（要求至少画两个波长）。

机械波的描述

控江中学吴群英

【教学目标】

知识能力目标：

1．研究波的产生和运动过程，理解波形图和波的传播规律

2．结合波的产生过程，利用波形图理解波的周期和频率、波长和波速计算

方法过程目标：

利用学习过的频闪照片方法，研究波形运动，培养实验探究能力

情感态度目标：

培养观察现象、分析问题的探究精神

【教学重点】

1．机械波的传播规律

2．机械波的描述物理量：

波长、波速和周期频率

【教学难点】

1．机械波传播过程中的波形变化规律

2．波形运动与波上质点运动的区分

【教学流程】

【教学过程】

课题引入：

上节课同学们初步研究了波的产生过程。

通过学习认识到，机械波是机械振动在介质中的传播。

这节课我们将以横波为研究对象，进一步探究在物理中用那些物理量来描述机械波，以及这些物理量之间存在怎样的关系。

学生实验观察：

利用筷子和细绳制造一列绳波，观察波形与波形运动。

（实验方法：

一位同学将绳子一端固定，另一位同学用筷子在桌面上左右振动，形成绳波。

一、波的图像：

学生观察实验视频，归纳实验现象：

（1）有上下起伏的波浪线

（2）波浪线在向前移动着

问题1：

实验中波形运动的很快，如何看清某个时刻的波形呢？

由问题一引出波形图。

学生回答：

牌照（定格）。

通过通过快照记录下波的图形就是波形图。

波形图记录了某个时刻波上每个质点相对于平衡位置的位移。

●波形图记录了某一时刻波上每个质点的相对平衡位置的位移。

问题2：

波形图图形有何特点？

学生回答：

不断重复（周期性图像）

二、波的描述物理量

1．波长（λ）：

（1）波形图中，两个相邻波峰（波谷）间的距离。

学生通过观察横波演示仪：

波形的产生过程对应着振动的传递过程。

当波源转动一次时，质点链上恰好形成一个完整的波形。

学生归纳波长的定义：

波源振动一个周期，波向前推进的距离。

同时观察到波源振动一个周期，波向前传播一个波长的距离，半个周期波传播半个波长的距离。

问题3：

波的传播是匀速的吗？

如何验证这一结论？

学生回答：

利用频闪照片研究，若在相同时间内，波传播的距离相同，则波的传播是匀速的。

学生实践1：

学生研究四张波形照片，测量任意一点的运动路程，发现相同时间内运动路程相同，可以证明波的传播是匀速的。

时间间隔1/25秒。

2．波速（v）：

通过实验研究，我们发现在均匀介质中的传播是匀速的。

问题4：

波形在传播过程中是上下起伏的吗？

（1）孤波演示：

通过观察一列孤波的传播过程，学生发现，波在传播过程中，波形并未如想象的一般上下起伏变化。

而是保持形状向前运动（整体平移）

（2）通过慢放实验视频，观察波形的平移。

体会波形传播与生活错觉的差异。

（3）实验中之所以容易产生波形上下起伏的错觉，原因在于我们既观察到了波源的上下振动，有注意到向前运动的波形，将两者的运动错误的融合在一起而形成的错觉。

问题5：

波长与波速之间有何关系？

学生回答：

由于波源振动一个周期时间里，波传播的距离是一个波长，对比匀速直线运动公式，s=vt，所以λ=vT。

（1）由于在振源振动一个周期（T）的时间内，波前进的距离为一个波长（λ），所以根据匀速直线运动速度公式：

（2）机械波在介质中的传播速度由介质本身的性质决定，不同的介质中波速不同。

问题6：

波长与波速关系式中的周期和频率是指什么运动？

学生回答：

质点振动的周期和频率。

3．频率和周期：

所谓波的频率和周期，就是波形上每一个支点的振动周期和频率。

由于波上的每一个质点都是在前一质点的带领下做受迫振动，所以所有质点的振动周期和频率均和波源相同。

学生实践2：

下图是实验中的一张照片，若波源刚振动了一个周期，试画出波源再振动T/4后的波形。

学生实践3：

上图中质点A的运动方向？

方法一：

质点A是在前一个质点的带动下运动的，由于前一个质点在A点上面，所以A点将向上运动。

方法二：

根据上一题中所画的T/4之后的波形，可以发现质点A已经运动到波峰位置，所以A向上运动。

课堂总结：

今天我们学习了描述波的几个物理量，请同学简单归纳一下。

学生回答：

学习了波长、波速和周期、频率。

这几个物理量之间存在的关系。

课后作业：

练习册“波的描述”B组。

来源：