高中物理人教版必修1學(xué)案 實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律4(1)

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111 2.3彈力 教學(xué)設(shè)計思路： 彈力是力學(xué)中常見的三種性質(zhì)的力之一，也是生活中最常見的力，本節(jié)課是全章的基礎(chǔ)內(nèi)容之一，通過學(xué)習(xí)學(xué)生應(yīng)該知道彈力是由于物體發(fā)生形變而產(chǎn)生的；知道壓力、支持力、拉力都是彈力，能準(zhǔn)確畫出這些彈力的方向；知道彈力的大小與物體本身的性質(zhì)、形變量的大小有關(guān)，掌握胡克定律的內(nèi)容． 本節(jié)分為兩課時完成．教學(xué)設(shè)計以充分體現(xiàn)“學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體”為原則，增加學(xué)生活動的次數(shù)，提高學(xué)生活動的質(zhì)量．第一課時，學(xué)生通過體驗、觀察、討論來了解什么是形變、形變的種類，掌握彈力產(chǎn)生的條件及三種常見彈力的方向．第二課時，學(xué)生通過分組實驗，探究彈簧彈力與彈簧伸長量的關(guān)系，通過對實驗數(shù)據(jù)的分析與處理得出胡克定律． 學(xué)習(xí)任務(wù)分析： 1．學(xué)生憑借生活經(jīng)驗以及通過初中物理的學(xué)習(xí)，已經(jīng)知道彈力是種性質(zhì)的力之一．本節(jié)課通過學(xué)生體驗形變、觀察并分析彈力的產(chǎn)生條件、分析彈力的方向，可以加深學(xué)生對彈力概念的理解，進而提高學(xué)生的觀察能力、分析能力和語言表達能力． 2．通過學(xué)生親自實踐探究彈簧彈力與彈簧伸長量之間的關(guān)系，鍛煉學(xué)生的動手能力、分析能力、合作能力，同時讓學(xué)生體驗通過探究得出規(guī)律獲得成功的喜悅，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣． 學(xué)習(xí)者分析： 1．學(xué)生學(xué)完了力和重力的概念，并且了解了彈力的存在，但是對彈力的產(chǎn)生條件尤其是在實際問題中分析“哪個物體發(fā)生了形變”、“哪個物體受到什么樣的彈力”還說不清楚．讓學(xué)生通過小游戲觀察、體驗彈力的產(chǎn)生，有利于學(xué)生深入理解彈力的概念． 2．胡克定律本身并不難掌握，但實際應(yīng)用中學(xué)生往往容易誤將彈簧長度理解為形變量，本節(jié)課學(xué)生通過實驗探究胡克定律，可以有與彈簧“親密接觸”的機會，可以在實踐中領(lǐng)悟什么才是“形變量”，應(yīng)該怎樣求形變量．通過實驗尋找兩個物理量之間的關(guān)系是科學(xué)研究的一般方法，本節(jié)課的學(xué)習(xí)可以讓學(xué)生體驗這種方法，為終身學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)． 教學(xué)目標(biāo)： 1．知識與技能 （1）了解彈性形變和范性形變． （2）知道什么是彈力，理解彈力產(chǎn)生的條件；知道壓力、支持力、繩的拉力都是彈力；能畫出不同情況下上述彈力的方向． （3）知道常見的形變，能識別拉伸形變、壓縮形變、彎曲形變、扭轉(zhuǎn)形變和剪切形變． （4）通過實驗了解在彈性限度內(nèi)形變量越大彈力越大；通過實驗得出彈簧彈力與形變量成正比；知道胡克定律；掌握運用胡克定律計算彈簧彈力的方法． 2．過程與方法 （1）通過實驗“放大了的微小形變”，讓學(xué)生知道把微小變化量進行放大，是物理學(xué)中常用的方法． （2）在實驗探究彈簧彈力與形變量關(guān)系的過程中，鍛煉學(xué)生的動手能力、觀察能力和分析能力，使學(xué)生體會物理是一門實驗學(xué)科． 3．情感態(tài)度與價值觀 在探究彈簧彈力與彈簧伸長量的關(guān)系過程中，培養(yǎng)學(xué)生對待科學(xué)嚴(yán)謹、求實的態(tài)度；學(xué)生體驗自主探索物理規(guī)律的艱辛和喜悅；學(xué)生通過交流合作，提高協(xié)作的意識． 教學(xué)準(zhǔn)備： 1．學(xué)生實驗器材：鉤碼、勁度系數(shù)不同的兩個輕彈簧、鐵架臺、米尺、鐵夾等． 2．演示器材：彈簧拉力器、面團、海綿條、激光器、鐵架臺、小平面鏡、玻璃瓶（兩個，一個空的，一個灌滿紅墨水）等． 3．視頻資料：蹦床、撐桿跳高． 4．多媒體設(shè)備一套：可供課件播放． 教學(xué)過程： 教學(xué)內(nèi)容 學(xué)生活動 教學(xué)說明 第一課時 （形變、彈力的產(chǎn)生及方向） 引入新課 我們一起來做一個小游戲，老師發(fā)給每位學(xué)生一個橡皮筋，請同學(xué)們把紙巾揉成小團作為“子彈”，比一比誰能把“子彈”射得最遠． 提出問題：“子彈”是靠什么被發(fā)射出去的？ 那么什么是彈力？彈力是怎樣產(chǎn)生的呢？我們今天就來研究這個問題． 新課教學(xué) 提出問題： 我們手中的橡皮筋為什么會產(chǎn)生彈力呢？ 一、形變 提出問題：你能說說什么是形變嗎？還能不能再舉出一些形變的實例？ 教師出示一個玻璃瓶（如圖甲），用手壓玻璃瓶，提出問題：玻璃瓶發(fā)生形變了嗎？你能觀察出來嗎？ 通過什么方法能觀察出玻璃瓶發(fā)生的形變？ 演示： 玻璃瓶的微小形變（按壓注滿水的玻璃瓶）． 總結(jié)：形變就是物體形狀或體積發(fā)生改變，任何物體都能發(fā)生形變，只是有的物體形變明顯，有的物體形變不明顯． 對于不明顯的形變，我們要通過放大法才能觀察到． 演示或放錄像： 桌面的微小形變． 過渡： 我們知道物體都能發(fā)生形變，那么物體的形變有沒有區(qū)呢？ 演示：1．請一位學(xué)生上臺拉彈簧拉力器． 2．請另一位學(xué)生上臺拉一塊面團． 請同學(xué)們觀察：彈簧力器的形變與面團的形變有什么區(qū)別？ 總結(jié)： 1．彈性形變： 當(dāng)撤去外力后能恢復(fù)原狀的形變． 2．范性形變：當(dāng)撤去外力后不能恢復(fù)原狀的形變． 3．常見的 幾種形變有：拉伸形變，壓縮形變、彎曲形變、扭轉(zhuǎn)形變、剪切形變． 演示： 用海綿柱演示幾種常見的形變（參考教材第51 頁圖2-3-8）． 同學(xué)們能不能用身邊的東西演示一下上述幾種形變？ 二、彈力 教師： 剛才同學(xué)們在拉衣服、擰橡皮過程中有什么感覺？ 觀看視頻： 蹦床、撐桿跳高． 教師：像彈簧床、竹竿這些發(fā)生形變的物體由于要恢復(fù)原狀就會對跟它接觸的物體產(chǎn)生力的作用，這就是彈力． 提出問題： 你能分析出你的手與橡皮、尺子之間的彈力是如何產(chǎn)生的嗎？彈力大小與什么有關(guān)系呢？ 提出問題： 彈力的施力物體是什么呢？ 總結(jié)： 1．彈力產(chǎn)生的條件：兩物體接觸、發(fā)生形變 （彈力的施力物體——發(fā)生形變的物體）． 2．彈力的大小：與形變程度有關(guān)，形變量越大，彈力越大． 3．彈力的方向：與物體發(fā)生形變的方向相反（與物體恢復(fù)形變的方向一致）． 4．常見的三種彈力及其方向． 教師： 請同學(xué)們閱讀教材第49 — 50頁-- ，然后我們一起總結(jié)常見的彈力及它們的方向． 提出問題1： 一本書放在桌面上，書和桌面之間的彈力是怎樣產(chǎn)生的？ 提出問題2： 如果書靜止在斜面上，書和斜面之間的彈力是怎樣的呢？ 教師總結(jié)： 1．壓力和支持力——垂直于支持面，指向被壓或被支的持物體． 提出問題3： 一盞燈掛在電線下面，我們來分析一下燈和電線之間的彈力． 教師總結(jié)： 2．繩子的拉力—— 由于繩只能發(fā)生拉伸形變，因此繩的拉力只能沿繩指向繩收縮的方向． 提出問題4： 彈簧的彈力有什么特點？ 3．彈簧的彈力 —— 彈簧被拉伸時，對兩側(cè)物體有拉力；彈簧被壓縮時，對兩側(cè)物體有推力． 用自制“彈弓”射出小紙團． 思考并回答：皮筋的彈力． 回答：皮筋發(fā)生了形變． 學(xué)生1：形變就是物體形狀或體積發(fā)生了變化．用球拍擊球時，球拍發(fā)生了形變；運動員跳水時跳板發(fā)生了形變． 學(xué)生2：我用手掰尺子、擰橡皮，尺子和橡皮都發(fā)生形變． 學(xué)生1：玻璃瓶發(fā)生形變了，只是形變量太小我們看不見． 學(xué)生2：將瓶中注滿水，用手壓瓶子，細管中水面會上升． 觀察細管中水面高度的變化． 仔細觀察，體會形變． 觀察、思考并回答：在撤掉拉力后彈簧拉力器的形變能夠恢復(fù)，面團的形變不能恢復(fù)． 學(xué)生拉衣服，壓、擰、掰開橡皮，弄彎尺子…… 回答：感到一種反抗作用． 學(xué)生觀看視頻． 回答：手使橡皮、尺子發(fā)生形變，它們要恢復(fù)形變就要對手產(chǎn)生彈力．形變量越大，彈力越大． 回答：發(fā)生形變的物體． 學(xué)生閱讀教材． 思考并回答：書的重力壓迫桌面使書和桌面同時發(fā)生微小形變，書發(fā)生形變對桌面產(chǎn)生垂直桌面向下的壓力 F1 ；桌面發(fā)生形變對書產(chǎn)生垂直書向上 - 的支持力 F2． 學(xué)生分析書與斜面之間的彈力． 回答：燈的重力使它拉緊電線，電線發(fā)生形變對燈有向上的拉力，燈發(fā)生形變對電線有向下的拉力． 回答：彈簧彈力可以是拉力也可以是推力． 學(xué)生在游戲中體驗彈力的存在． 引導(dǎo)學(xué)生進行理性分析． 調(diào)動學(xué)生大腦中已有的物理表象為學(xué)習(xí)“形變”這一概念服務(wù)． 引導(dǎo)學(xué)生觀察、思考、開動腦筋想出將微小形變放大的方法． 教師明示“形”的概念，使學(xué)生實現(xiàn)理性的提升． 通過實驗強化微小形變放大的方法． 培養(yǎng)學(xué)生的觀察、分析能力． 學(xué)生聯(lián)系實際觀察、體驗各種形變． 從視覺上感受彈力并對一般現(xiàn)象進行理性思考． 教師明示“彈力的產(chǎn)生、大小”，使學(xué)生達到理性的提升． 培養(yǎng)學(xué)生的閱讀能力． 培養(yǎng)學(xué)生的分析能力和語言表達能力，使學(xué)生鞏固對彈力產(chǎn)生的條件的理解． 培養(yǎng)學(xué)生的分析能力和語言表達能力，使學(xué)生鞏固對彈力產(chǎn)生的條件的理解． 課堂鞏固練習(xí) 1．如圖所示，一根細繩上端拴在頂棚上，下端系一個鐵球，處于靜止?fàn)顟B(tài)，下面的說法中哪些正確？并把不正確的說法改正過來． A．球?qū)K的彈力是由于球的重力產(chǎn)生的 B．頂棚對繩的彈力是由于繩的形變產(chǎn)生的 C．繩對球的彈力是由于繩的形變產(chǎn)生的 D．頂棚對球沒有作用力 參考答案： CD 2．分析圖中籃球所受的彈力．（答案略） 3．畫出圖中物體 A 受到的重力和彈力的示意圖．（答案略） 第二課時 （探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系） 提問并引入新課 1．彈力是怎樣產(chǎn)生的？ 2．彈力大小與什么有關(guān)？ 過渡： 彈簧在與其他物體相互作用時，彈力大小隨形變程度的不同而改變，那么彈力大小與形變量之間的具體定量關(guān)系是怎樣的呢？今天我們就通過實驗進行研究． 新課教學(xué) 提出問題： 我們怎樣測定彈簧的彈力呢？ 提出問題： 什么叫彈簧的形變量？我們怎樣找到彈簧的形變量呢？ 提出問題： 如果我們測出了不同彈力 F 作用下彈簧的形變量x，我們怎樣尋找著兩個物理量之間的關(guān)系呢？ 教師： 下面我們利用實驗桌上的器材，探究彈力與彈簧伸長量之間的關(guān)系． 回答：兩物體接觸、發(fā)生彈性形變． 回答： 彈力大小與物體的形變量有關(guān)，在彈性限度內(nèi)，形變量越大，彈力就越大． 學(xué)生1： 在彈簧下面掛砝碼，當(dāng)砝碼靜止時，彈力應(yīng)該等于砝碼的重力． 學(xué)生2： 用彈簧秤拉彈簧，彈簧秤的拉力即為彈簧的彈力． 思考并回答：“形變量”是指彈簧的伸長量或縮短量；測出彈簧不受拉力時的原長 l0 ，再測出彈簧受拉力時的長度 l，形變量 Δx＝ l－l0． 學(xué)生1：可以觀察這兩個量的變化規(guī)律． 學(xué)生2： 可以做兩個物理量的關(guān)系圖像 F — x 圖像，通過圖像尋找函數(shù)關(guān)系． 學(xué)生在老師的指導(dǎo)下開始實驗． 培養(yǎng)學(xué)生的實驗、思考能力． 培養(yǎng)學(xué)生的分析能力． 培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力． 實驗步驟： 1．架好鐵架臺，掛上彈簧，白紙附在長木板上用夾子夾好，長木板固定在鐵架臺上（如圖）． 2．彈簧下面不掛任何物體，記錄彈簧頂端的位置和彈簧下端指針的位置，這一段就是彈簧的原長（也可用刻度尺測定彈簧的原長 l0）． 3．在彈簧下面掛上1個鉤碼，待鉤碼平衡后，記下彈簧指針的位置，并記下拉力 F1＝ m1G ，然后在彈簧下面分別掛2個、3個、4 個、5 個鉤碼，記錄對應(yīng)的彈簧指針的位置和相應(yīng)的拉力 F2、F3、F4、F5． 4．取下白紙，用刻度尺測量每一次彈簧的伸長量 x ，填入表格．根據(jù)實驗表格中測得的數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上以彈力 F 為縱軸，形變量 x為橫軸，描點并連線，作出 F—x圖像． 5．根據(jù)數(shù)據(jù)和圖像分析彈力和形變量之間的關(guān)系． 實驗數(shù)據(jù)記錄： 彈簧1 （長白）：彈簧原長 l0＝ m 鉤碼個數(shù) 1 2 3 4 5 砝碼質(zhì)量 /g 50 100 150 200 250 彈力 F/ N 5010-39.8 形變量 x＝ l－l0/m 彈簧2（短黑）：彈簧原長 l0＝ m 鉤碼個數(shù) 1 2 3 4 5 砝碼質(zhì)量 /g 20 40 60 80 100 彈力 F/ N 2010-39.8 形變量 x＝ l－l0/m 繪制 F—x 圖像 討論問題 1．從圖像觀察，彈力和形變量之間應(yīng)該是什么關(guān)系？ 2．彈簧1 和彈簧2的圖像斜率不同，你能說出斜率有什么物理意義嗎？ 3．通過實驗，我們能否得出彈簧的彈力和形變量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式？ 教師總結(jié)： 一、胡克定律：在彈性限度內(nèi)，彈力和彈簧形變量大小成正比． 二、胡克定律的表達式：F＝ kx x —— 彈簧的形變量， x＝︱l -l0︳ k —— 勁度系數(shù)，單位 N/m ，決定于彈簧本身的結(jié)構(gòu)（材料、匝數(shù)、直徑等） 思考并回答： 彈力—彈簧形變量圖像是一條過原點的直線，因此彈力與形變量成正比關(guān)系． 回答：圖像的斜率與彈簧本身有關(guān)，可能與這兩個彈簧的硬度、長短、材料有關(guān)． 回答：彈力與形變量成正比，F(xiàn)＝ kx． 培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、分析能力和語言表達能力． 例題分析 例： 某彈簧，上端掛在鐵架臺上，長度是 40mm ，在下面掛一個重 5N 的物體，彈簧的長度變?yōu)?48mm．求： （1）彈簧的勁度系數(shù)． （2）如果給該彈簧兩端各施加一個大小等于 2N 的壓力（不超過彈性限度），彈簧的長度是多少？ 解：（1）穩(wěn)定后，彈簧的彈力大小等于物體的重力，即 F＝ 5N ，彈簧伸長的長度 Δx＝ （48-40）mm＝8mm＝ 0.008m． 則彈簧的勁度系數(shù)＝625N/m． （2）給彈簧兩端各施加 2N 的壓力，平衡時，彈簧彈力 F＝ 2N， 彈簧縮短的長度 Δx＝＝ 0.0032m， 則彈簧的長度 x＝ x0－Δx＝ 0.040m－0.0032m＝ 0.0368m＝36.8mm． 鞏固練習(xí) 如圖所示，輕質(zhì)彈簧的勁度系數(shù)為 ，小球重 ，平衡時球在 處，今用力 壓球使彈簧縮短 ，球至 處，則此時彈簧的彈力為： A．kx 　B．kx＋G C．G－kx　 D．以上都不對 參考答案： B 課外探究活動：學(xué)生利用彈簧自制一個彈簧秤． 教學(xué)流程： 第一課時 （形變、彈力的產(chǎn)生及方向） 第二課時 （探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系） 學(xué)習(xí)效果評價： 第一課時 （形變、彈力的產(chǎn)生及方向）效果評價 1．關(guān)于彈性形變概念，下列理解正確的是： C A．物體形狀改變叫彈性形變 B．一根鐵絲用力折彎后的形變就是彈性形變 C．物體在外力停止作用后，能夠恢復(fù)原狀的形變叫彈性形變 D．物體在外力作用后形變叫做彈性形變 2．關(guān)于彈力產(chǎn)生的條件，下列說法正確的是： D A．只要兩個物體接觸就一定產(chǎn)生彈力 B．只要兩個物體發(fā)生形變它們之間就一定有彈力產(chǎn)生 C．只要兩物體相互吸引一定產(chǎn)生彈力 D．只有接觸且發(fā)生彈性形變的兩物體之間才產(chǎn)生彈力 3．有四位學(xué)生把斜面對重物的支持力3N ，分別畫成如下的四種情況，其中正確的是： A 4．如右上圖所示， A、B 兩物體靜止在地面上，下面的說法正確的是： BD A．地面受到 A和 B的壓力 B．地面受到 B的壓力 C．地面受到 A和 B的重力 D．B對地面的壓力大小等于 A、B 的重力大小趾初 5．關(guān)于壓力和支持力，下列說法正確的是： ACD A．壓力和支持力都是彈力 B．壓力和支持力是一對平衡力 C．壓力是物體對支持物體的彈力，方向總是垂直于接觸面而指向支持物 D．支持力是支持物體對被支持物體的彈力，方向總是垂直接觸面而指向被支持物 6．下圖中， A 物體的重力均為100N，A 物體受到 BC 面的彈力各是多少？方向如何？ 甲圖中彈力為 ，方向． 乙圖中彈力為 ，方向． 丙圖中彈力為 ，方向． 200N 豎直向上， 20N 豎直向上， 80N 水平向右 7 （選做）．如圖所示，條形磁鐵 A、B 質(zhì)量均為 m，C 為木塊，它們放在水平面上靜止時， B 對 A 的彈力為 F1，C 對 B 的彈力為 F2，則 F1、F2與重力 mg 的數(shù)量關(guān)系是： B 8．畫出下列各圖中 A 物體的受力示意圖 第二課時 （探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系）效果評價 1．關(guān)于彈力，下列說法正確的是： BD A．兩物體一接觸就會產(chǎn)生彈力 B．物體發(fā)生彈性形變是產(chǎn)生彈力的必要條件 C．彈簧的彈力總是與彈簧的長度成正比 D．壓力、支持力、繩子拉力都屬于彈力 2．關(guān)于彈簧的勁度系數(shù)，下列說法中正確的是： C A．與彈簧所受拉力大小有關(guān)，拉力越大， k 值也就越大 B．與彈簧發(fā)生形變的大小有關(guān)，形變越大， k值越小 C．由彈簧本身決定，與彈簧所受拉力大小及形變程度無關(guān) D．與彈簧本身特性、所受拉力的大小、形變大小都有關(guān) 3．將一根原長為 50cm、勁度系數(shù)是 200N/m 的彈簧拉長到 70cm ，則彈簧的彈力大小是： B A．100N B．40N C．140N D．240N 4．如圖所示，滑輪與繩子間的摩擦及滑輪的質(zhì)量忽略不計．物體 A 重 4N ，物體 B 重1N ，以下說法正確的是：AB A．地面對 A 的支持力為3N B．測力計的讀數(shù)為 2N C．物體 A 受地面的支持力為 2N D．測力計的讀數(shù)為3N 5．圖中所示是探究某根彈簧的伸長量 x 與所受拉力 F 之間的關(guān)系圖，下列說法中正確的是： BC A．彈簧的勁度系數(shù)是 2N/m B．彈簧的勁度系數(shù)是2103N/m C．當(dāng)彈簧受力 F2＝800N 時，彈簧伸長量為 x＝ 40cm D．當(dāng)彈簧伸長為 x1＝ 20cm ，彈簧產(chǎn)生的拉力為 F1＝2800N 教學(xué)反思： 本節(jié)課突出了學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位，無論是彈力的產(chǎn)生條件還是胡克定律，都是在學(xué)生親身體驗、獲得感性認識的基礎(chǔ)上經(jīng)過理性分析得出的．同學(xué)們在學(xué)習(xí)過程中積極參與觀察、體驗、分析、交流、討論，在自主學(xué)習(xí)的氛圍中理解、掌握知識，進而提高發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、解決問題的能力，為終身學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)． 111