高中物理人教版必修1教案 彈力1

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111 彈力 從容說課 本節(jié)教學總體可從展示宏觀的形變引入，而演示微小的形變更為關鍵，可以根據各地不同的情況進行選取實驗器材，使學生確信微小形變的存在，讓學生認識任何物體受到外力作用后都會產生形變事實.對于幾種常見的彈力的教學，彈力有無的判斷和彈力方向的確定是兩個難點，對于彈力的有無，要使學生掌握用假設的方法來進行判斷，提高學生分析問題的能力，為以后受力分析打下良好的基礎，對于彈力方向的教學，要注意支持力和重力方向的區(qū)別以及接觸面形狀不容易確定的物體表面間受到的彈力方向.對于胡克定律的教學，可以先從現實生活中獲得具體的體驗，然后再用實驗驗證彈力的大小和形變量大小之間的關系，注意區(qū)別彈簧的原長和彈簧的形變量，并能夠應用胡克定律進行簡單的計算.學習胡克定律之后，可以將“研究橡皮筋的彈力與橡皮筋的形變量之間的關系”作為學生研究性學習的課題，讓學生體會其他物體產生的彈力與形變量的關系，研究一下這種關系是否滿足胡克定律，如果不滿足胡克定律，讓學生想一想這種關系是否存在內在規(guī)律性. 三維目標 知識與技能 1.知道彈力產生的條件. 2.知道壓力、支持力、繩的拉力都是彈力，能在力的示意圖中畫出它們的方向. 3.知道形變越大彈力越大，知道彈簧的彈力跟彈簧的形變量成正比，即胡克定律.會用胡克定律解決有關問題. 過程與方法 1.通過在實際問題中確定彈力方向的能力. 2.自己動手進行設計實驗和操作實驗的能力. 3.知道實驗數據處理常用的方法，嘗試使用圖象法處理數據. 情感態(tài)度與價值觀 1.真實準確地記錄實驗數據，體會科學的精神和態(tài)度在科學探究過程的重要作用.在體驗用簡單的工具和方法探究物理規(guī)律的過程中，感受學習物理的樂趣，培養(yǎng)學生善于把物理學習與生活實踐結合起來的習慣. 2.從任何物體都能發(fā)生形變入手，培養(yǎng)學生實事求是的世界觀.認識事物本來面目，不被表面現象所迷惑. 教學重點 1.彈力有無的判斷和彈力方向的判斷. 2.彈力大小的計算. 3.實驗設計與操作. 教學難點 彈力有無的判斷及彈力方向的判斷. 教具準備 刻度尺、鋼鋸條、彈簧、泡沫塑料塊、銅片、面團、白紙、墨水瓶（灌滿紅墨水）、通過橡皮塞插有細玻璃管的橢圓形玻璃瓶、激光光源、平面鏡及支架（兩套）、物理小車、橡皮筋、小螺旋槳、小球、演示胡克定律用的帶刻度的木板、彈簧、鉤碼等等. 課時安排 1課時 教學過程 ［新課導入］ 每小組分發(fā)一根細鐵絲，讓同學們自己動手繞制一個小彈簧.（可以讓學生在家先做好）讓學生拿起自己繞制的小彈簧，輕輕地拉一拉或壓一壓. 師:在彈簧被拉伸的同時，有沒有感覺到你的手受到一個力的作用？ 生:有. 師:那么，這又是個什么力呢？它是怎樣產生的，它的大小、方向各如何？帶著這些問題我們一起來探究有關彈力的有關知識. ［新課教學］ 一、彈性形變和彈力 【實驗演示】 演示實驗1:鋼鋸條在手的作用下彎曲. 演示實驗2:彈簧被拉長或壓短. 演示實驗3:泡沫塑料塊受力而被壓縮、彎曲與扭轉. 演示實驗4:銅片被彎成直角狀. 演示實驗5:面團在重力作用下下墜，形狀變化. 演示實驗6:紙張被手揉皺. 學生觀察思考什么是形變 師:上面的幾個實驗非常容易做，大家可以在課下做這幾個實驗，同時也可以根據自己的思路設計出更好的實驗.這幾個實驗共同的特征是什么？ 生1:它們的形狀都發(fā)生了變化. 生2:它們的體積有的發(fā)生了變化. 師:物體形狀或體積的變化叫做形變.物體的形變分為幾種類型呢？請舉例說明. 生1:根據物體形變的程度，有一種形變是由于物體被彎曲造成的，比如說彎曲的直尺，彎曲的竹竿等等. 生2:有的形變可能是由于物體被拉長而引起的，比如說拉長的橡皮筋、被拉長的彈簧等等. 生3:彈簧還可以由于被壓縮而產生形變，我們可以把這種形變叫做壓縮形變，同樣的例子還有被壓縮的面包、海綿等等. 生4:繩子被扭轉后也會發(fā)生形變，我們可以稱之為扭轉形變，被扭轉的金屬也有這樣的特征. 師:（鼓勵）剛才同學們總結得非常好，我們可以根據形變的不同狀況把形變分為彎曲形變、拉伸或壓縮形變以及扭轉形變.剛才舉的那些例子都很容易觀察到，如果一本書放在桌面上，書和桌面發(fā)生形變了沒有？ 生1:沒有. 生2:可能發(fā)生了形變，但是由于形變量太小，所以肉眼觀察不出來. 師:我們來看這樣幾個實驗. 【實驗參考】 如圖3－2－1所示，用手壓扁平瓶子的不同部位，細管中的液面上升或下降，通過觀察液面的升降可以判斷瓶子發(fā)生形變；在一個大桌上放兩個平面鏡，用小型激光源發(fā)射激光照射平面鏡M，用力壓桌面，讓一束光依次被兩面鏡子反射，通過反光鏡的放大原理可以使墻上的光點移動很大的距離. 圖3－2－1 【演示實驗】 師:通過上面的實驗，我們觀察到什么樣的實驗現象? 生:通過觀察，我們發(fā)現原來不容易觀察的瓶子和桌面也發(fā)生了形變. 師:我們用了什么樣的方法？ 生:微觀放大的方法. 師:可以得出什么樣的結論？ 生:一切物體都可以發(fā)生形變. 師:形變分為很多種類，有些物體在形變后能夠恢復原狀，這種形變叫做彈性形變.發(fā)生彈性形變的物體是不是在所有的情況下都可以恢復原狀呢？ 實驗演示橡皮筋在較大的力的作用下的斷裂 師:通過剛才的觀察說明什么情況呢？ 生:發(fā)生彈性形變的物體要想恢復原狀是有條件的，不能超過一定的限度.超過一定限度，即使撤去力的作用，也不會恢復原狀. 師:（微笑鼓勵）剛才這位同學分析得非常好，這種限度叫做彈性限度.任何發(fā)生彈性形變的物體都有彈性限度，這也是為什么彈簧秤不能稱量質量過大物體的原因，如果質量過大，會損壞彈簧秤. 師:當發(fā)生彈性形變的物體要恢復原狀就會對與它接觸的物體有什么作用? 生:將會對與它接觸阻礙它恢復原狀的物體有力的作用. 師:我們把這種發(fā)生彈性形變的物體由于要恢復原狀，對與它接觸的物體產生力的作用，這種力叫做彈力.下面通過觀察幾個演示實驗，大家來總結一下彈力產生的條件. 實驗方案參考 1.彎曲的鋸條將小球彈出. 2.壓縮彈簧將與之相毗鄰的小車推出. 3.伸長著的橡皮筋將與之相連的小車拉過來. 學生討論回答 生:通過觀察以上的幾個實驗，可以知道彈力產生的條件有兩個:接觸并且發(fā)生形變. 師:力是一個矢量，彈力當然也是矢量，那么通過以上的實驗，大家總結一下彈力的方向. 生:彈力方向總是指向施力物體形變恢復的方向. 【課堂訓練】 關于彈力的產生，下列說法中正確的是 A.只要兩物體相接觸就一定產生彈力 B.只要兩物體相互吸引就一定產生彈力 C.只要物體發(fā)生形變就一定有彈力產生 D.只有發(fā)生彈性形變的物體才會對與它接觸的物體產生彈力作用 答案:D 解析:此題根據彈力的產生條件，接觸和彈性形變缺一不可.A、C都只有彈力產生條件的一個方面，而B只說“有相互吸引”，只能證明有力存在，不是彈力，故選項D正確. 二、幾種彈力 師:讓我們通過幾種常見的彈力進一步來研究彈力問題. 實驗演示課本放在桌面上，繩子懸掛物體 師:當把課本放在桌面上，根據我們以前所學的知識，課本和桌面之間的相互作用力是什么呢？ 生:是課本對桌面的壓力和桌面對課本的支持力. 師:它們是不是彈力？為什么？ 生:它們是彈力，因為它們符合彈力產生的條件，接觸并且發(fā)生形變. 師:壓力和支持力的方向是怎樣的呢？ 生:壓力的方向是垂直于支持面并且指向被壓的物體，支持力的方向是垂直于支持面指向被支持的物體. 師:剛才我們演示了繩子拉物體的情形，繩子的拉力是不是彈力呢？它的方向又是如何規(guī)定的呢？ 生:繩子的拉力也是彈力，它的方向沿著繩指向繩收縮的方向. 師:好的，下面我們通過具體的例子判斷一下彈力的有無和方向. 多媒體投影例題 【參考例題】 試分析圖3－2－2中光滑小球受到的彈力的情況（小球放在水平面上靜止），并畫出小球受到的重力和彈力（示意圖）. 圖3－2－2 師:在這個例子中，傾斜的墻面對小球有沒有彈力的作用呢？ 生1:墻和小球之間好像應該有彈力. 生2:不好判斷，因為二者雖然接觸但是它們的形變情況從圖中觀察不出來. 生3:產生彈力的必要條件是接觸，充分條件是擠壓產生形變.在上圖中與小球相接觸的有兩點A和B，因此小球所受到的彈力只能來自這兩點，但是有接觸并不一定就產生彈力，必須要擠壓才產生形變.對B點來說，小球一定與水平面擠壓，因為假設沒有水平面，小球在重力作用下一定掉下來，因此B點有彈力且方向垂直于B點的切面指向圓心；對于A點來說，假設受到側壁的彈力F，則F將會使小球向右運動，這與題目（小球靜止）相矛盾，所以側壁對小球沒有彈力，小球受力情況如圖所示，兩力大小相等、方向相反. 師:剛才那位同學分析得非常好，這種方法我們以后經常用來判斷力的有無，這種方法叫做假設法，就是假設這個力存在，看在這個力存在時作用效果是否與物體實際的運動狀態(tài)相符合，如果確實符合，說明這個力確實存在，如果不相符合，可以判定這個力不存在. 【課堂訓練】 1.請在圖3－2－3中畫出桿及球所受的彈力. 圖3－2－3 （1）桿靠在墻上. （2）桿放在半球形的槽中. （3）球用細線懸掛在豎直墻上. （4）球放在兩個等高的支座上. 解析:（1）A圖中桿在重力的作用下，對A、B兩處都產生擠壓的作用，故A、B兩點處對桿有彈力，彈力的方向與接觸點的平面垂直，如圖3－2－4所示. 圖3－2－4 （2）B圖中桿對C、D兩處有擠壓作用，因C處是曲面，D處為支承點，所以，C處的彈力垂直其切面指向球心，D處的彈力垂直于桿斜向上.如圖所示. （3）C圖中球擠壓墻面且拉緊繩子，所以墻對球的彈力與墻垂直，繩子對球的彈力沿繩斜向上.如圖所示. （4）D圖中球與兩點接觸并且擠壓，球受的彈力F1、F2垂直于接觸點的切面（虛線是切面），沿著半徑方向指向球心.如圖所示. 2.在圖3－2－5中，A、B兩小球相互間一定有彈力作用的圖是 圖3－2－5 答案:B 解析:我們可以用假設的方法來判斷A、B之間是否有彈力.如果把其中的一個物體撤去，看另外一個物體運動狀態(tài)是否發(fā)生變化，只有B選項中當其中一個物體去掉后另外一個物體將會運動. 三、胡克定律 師:下面我們大家設計一個實驗，實驗的目的是尋找與彈簧的彈力有關的因素. 學生設計實驗，然后分組實驗 參考實驗案例 如圖3－2－6所示，用懸掛鉤碼的方法給彈簧施加拉力，系統(tǒng)靜止時，彈簧的彈力等于所懸掛鉤碼的總重；彈簧的長度及伸長量可由刻度尺測出. 圖3－2－6 注意事項 （1）本實驗要求定量測量，因此要盡可能減小實驗誤差.標尺要豎直且緊靠指針以減小讀數帶來的誤差，每次改變懸掛鉤碼個數后，要待系統(tǒng)穩(wěn)定后再讀數. （2）實驗中所提供的米尺精確度為1 mm，應估讀一位. （3）彈簧組的說明書已說明每個彈簧的彈性限度，注意不要超過它的彈性限度使用. 建議做法: （1）選擇器材: 從彈簧組中選擇一只彈簧（注意它的彈性限度）懸掛在鐵架臺的橫桿上；實驗桌上有200 g、50 g的鉤碼各一盒，選擇50 g鉤碼來做這一實驗.（想一想，為什么？）（參考答案: 50 kg的鉤碼質量比較小，容易調節(jié)，另外增加一個不會損壞彈簧） （2）首先將實驗裝置調整妥當（如整個裝置是否豎直平穩(wěn)，標尺與彈簧的距離是否合適，標尺面與彈簧上的指針是否在同一平面內，是否便于讀數等）. （3）讀出彈簧自然下垂時指針所指刻度. （4）懸掛50 g鉤碼一個，待穩(wěn)定后，讀出彈簧上指針所指刻度并計算出彈簧的伸長量記入表格. （5）逐個增加鉤碼，重復第4步，至少做5組數據. 初態(tài)指針對應刻度（cm） 彈簧彈力（N） 指針所指刻度（cm） 彈簧伸長量（cm） （6）圖象法處理數據:在下面的坐標紙上，以彈簧彈力為縱軸，彈簧伸長量為橫軸建立坐標系，如圖3－2－7所示.描出5個特殊點，以尋找彈簧彈力和彈簧伸長量之間的關系. 圖3－2－7 拓展一步:常用的實驗數據的處理方法有:計算法（求比值、求積、求和、求差等）和圖象法兩種.兩者比較，圖象法處理數據更為直觀、更容易得出物理變化規(guī)律，且該種方法處理數據能更好地減小實驗的偶然誤差. 師:通過以上的實驗，我們可以得出怎樣的結論？ 生:通過分析實驗中的實驗數據，我們可以得到彈簧彈力的大小與彈簧的形變量成正比. 師:用一個公式來表示這種關系. 生:F=kx.其中Ｆ是彈簧受到的彈力大小，x是彈簧的形變量，既可以是彈簧的伸長量，又可以是彈簧的壓縮量. 師:這個公式實際上是一個定律，叫做胡克定律，是英國科學家胡克首先發(fā)現的，其中式子中的k是彈簧的勁度系數，單位是牛每米，符號是N/m.生活中常說有的彈簧“硬”，有的彈簧“軟”指的就是它們的勁度系數不同.彈簧的勁度系數跟彈簧絲的粗細、材料、彈簧的直徑、繞法、彈簧的長度等量有關，這個量反映了彈簧的特性. 【課堂訓練】 如圖3－2－8所示，為一輕質彈簧的長度和彈力大小的關系，根據圖象判斷，正確的結論是 圖3－2－8 A.彈簧的勁度系數為1 N/m B.彈簧的勁度系數為100 N/m C.彈簧的原長為6 cm D.彈簧伸長0.2 m時，彈力的大小為4 N 解析:彈簧處于原長時，彈簧的彈力應為0，由此可知彈簧原長為6 cm.由圖象可知:當拉長2 cm時，彈力為2 N，可得勁度系數為100 N/m，因此答案為BC. ［小結］ 在彈力的教學過程中，有這樣幾個難點需要突破，一是任何相接觸的物體間都可能有彈力，彈力的產生條件是接觸并且有形變，但是有些物體的形變量很小，不容易觀察到，就會使學生產生這樣的疑問:這種情況下彈力到底有沒有?例如物體放在桌面上，壓力和支持力不能通過形變來進行判斷，解決這個問題的方法是微小形變的演示，通過演示，使學生確信任何兩個接觸的物體間都可以有彈力.另外一個難點是彈力有無的判斷，解決這個問題可以用假設判斷的方法，不僅讓學生知道判斷的方法，更應該讓學生學會這些方法的遷移，例如假設的判斷方法，也可以用到摩擦力有無的判斷中去.一般彈力大小的判斷要根據物體的實際情況判斷，而彈簧彈力的判斷可以根據胡克定律進行判斷，讓學生通過實驗“發(fā)現”胡克定律，在發(fā)現中鍛煉探究物理規(guī)律的能力. ［布置作業(yè)］ 教材第59頁問題與練習. ［課外訓練］ 1.關于彈力的產生，下列說法中正確的是 A.木塊放在桌面上受到向上的彈力，是由于木塊發(fā)生微小形變而產生的 B.木塊放在桌面上受到向上的彈力，是由于桌面發(fā)生微小形變而產生的 C.掛在懸線下的物體受到向上的拉力，是由于懸線發(fā)生微小形變而產生的 D.掛在懸線下的物體受到向上的拉力，是由于物體發(fā)生微小形變而產生的 2.如圖3－2－9所示，細繩豎直拉緊，小球和光滑斜面接觸，則小球受到的力是 圖3－2－9 A.重力、繩的拉力 B.重力、繩的拉力、斜面的彈力 C.重力、斜面的彈力 D.繩的拉力、斜面的彈力 3.一根彈簧在彈性限度內，對其施加30 N的拉力時，其長為20 cm，對其施加30 N的壓力時，其長為14 cm，試求該彈簧的自然長度和它的勁度系數. 4.在研究彈簧的形變與外力的關系的實驗中，將彈簧水平放置測出其自然長度，然后豎直懸掛讓其自然下垂，在其下端豎直向下施加外力F，實驗過程是在彈簧的彈性限度內進行的.用記錄的外力F與彈簧的形變量x作出的F－x圖線如圖所示，由圖3－2－10可知彈簧的勁度系數為________.圖線不過原點的原因是由于_______________. 圖3－2－10 參考答案 1.BC 2.A 3.答案:17 cm 10 N/cm 解析:設彈簧的自然長度為x0，勁度系數為k，根據F=kx，x為彈簧伸長（或縮短）的長度，由此得30=k（20－x0），30=k（x0－14），解此兩方程即得x0=17 cm，k=200 N/m. 4.答案:2 N/cm 彈簧自身有重力 提示:根據圖示傾斜直線可求出其斜率（注意切忌用量角器量角度的方法得到斜率），從而求出彈簧的勁度系數.從直線與坐標軸的交點可以看出，當彈簧的伸長量為0.5 cm時，向下施加的外力F為零，說明沒加外力時彈簧已有一個伸長量，這主要是由于彈簧的自身重力作用造成的. 板書設計 2 彈力 彈 力 形 變 概 念 物體的形狀和體積的改變 特 點 1.任何物體都能發(fā)生形變 2.有的形變明顯，有的形變極其微小 分 類 按形式分:拉伸（或壓縮）形變、彎曲形變、扭轉形變 按效果分:彈性形變、非彈性形變 彈 力 概 念 發(fā)生形變的物體由于要恢復原狀，對跟它接觸的物體間產生的力 產生條件 直接接觸 發(fā)生形變 方 向 1.壓力的方向垂直于支持面指向被壓的物體 2.支持力的方向垂直于支持面指向被支持的物體 3.繩的拉力方向總是沿著繩指向繩子收縮的方向 大 小 1.形變越大，彈力也越大 2.形變消失，彈力也隨之消失 活動與探究 探究活動內容的主題:制作一個彈簧秤，用來粗略測量身邊物體的重力. 步 驟 學生活動 教師指導 目的 1 選擇材料，為制作彈簧秤作好物質準備 介紹有關材料供學生選擇 1.培養(yǎng)學生自主設計小實驗、小發(fā)明的能力，為發(fā)明創(chuàng)造打下基礎 2.體會物理學的作用，更加熱愛這門學科 2 設計實驗方案，并驗證實驗方案的可行性，寫出實驗報告 指導學生設計實驗方案，對實驗方案進行點評 3 相互交流實驗中的感受.用自己制作的彈簧秤稱量身邊物體的重力，體會成功的喜悅 建議學生驗證自己制作的彈簧秤的準確度，與學生一起分享快樂 111