高中物理人教版必修1教案 弹力1

111弹力从容说课 本节教学总体可从展示宏观的形变引入，而演示微小的形变更为关键，可以根据各地不同的情况进行选取实验器材，使学生确信微小形变的存在，让学生认识任何物体受到外力作用后都会产生形变事实.对于几种常见的弹力的教学，弹力有无的判断和弹力方向的确定是两个难点，对于弹力的有无，要使学生掌握用假设的方法来进行判断，提高学生分析问题的能力，为以后受力分析打下良好的基础，对于弹力方向的教学，要注意支持力和重力方向的区别以及接触面形状不容易确定的物体表面间受到的弹力方向.对于胡克定律的教学，可以先从现实生活中获得具体的体验，然后再用实验验证弹力的大小和形变量大小之间的关系，注意区别弹簧的原长和弹簧的形变量，并能够应用胡克定律进行简单的计算.学习胡克定律之后，可以将“研究橡皮筋的弹力与橡皮筋的形变量之间的关系”作为学生研究性学习的课题，让学生体会其他物体产生的弹力与形变量的关系，研究一下这种关系是否满足胡克定律，如果不满足胡克定律，让学生想一想这种关系是否存在内在规律性.三维目标 知识与技能1.知道弹力产生的条件.2.知道压力、支持力、绳的拉力都是弹力，能在力的示意图中画出它们的方向.3.知道形变越大弹力越大，知道弹簧的弹力跟弹簧的形变量成正比，即胡克定律.会用胡克定律解决有关问题.过程与方法1.通过在实际问题中确定弹力方向的能力.2.自己动手进行设计实验和操作实验的能力.3.知道实验数据处理常用的方法，尝试使用图象法处理数据.情感态度与价值观1.真实准确地记录实验数据，体会科学的精神和态度在科学探究过程的重要作用.在体验用简单的工具和方法探究物理规律的过程中，感受学习物理的乐趣，培养学生善于把物理学习与生活实践结合起来的习惯.2.从任何物体都能发生形变入手，培养学生实事求是的世界观.认识事物本来面目，不被表面现象所迷惑.教学重点 1.弹力有无的判断和弹力方向的判断.2.弹力大小的计算.3.实验设计与操作.教学难点 弹力有无的判断及弹力方向的判断.教具准备 刻度尺、钢锯条、弹簧、泡沫塑料块、铜片、面团、白纸、墨水瓶（灌满红墨水）、通过橡皮塞插有细玻璃管的椭圆形玻璃瓶、激光光源、平面镜及支架（两套）、物理小车、橡皮筋、小螺旋桨、小球、演示胡克定律用的带刻度的木板、弹簧、钩码等等.课时安排 1课时教学过程 新课导入每小组分发一根细铁丝，让同学们自己动手绕制一个小弹簧.（可以让学生在家先做好）让学生拿起自己绕制的小弹簧，轻轻地拉一拉或压一压.师:在弹簧被拉伸的同时，有没有感觉到你的手受到一个力的作用？生:有.师:那么，这又是个什么力呢？它是怎样产生的，它的大小、方向各如何？带着这些问题我们一起来探究有关弹力的有关知识.新课教学一、弹性形变和弹力【实验演示】演示实验1:钢锯条在手的作用下弯曲.演示实验2:弹簧被拉长或压短.演示实验3:泡沫塑料块受力而被压缩、弯曲与扭转.演示实验4:铜片被弯成直角状.演示实验5:面团在重力作用下下坠，形状变化.演示实验6:纸张被手揉皱.学生观察思考什么是形变师:上面的几个实验非常容易做，大家可以在课下做这几个实验，同时也可以根据自己的思路设计出更好的实验.这几个实验共同的特征是什么？生1:它们的形状都发生了变化.生2:它们的体积有的发生了变化.师:物体形状或体积的变化叫做形变.物体的形变分为几种类型呢？请举例说明.生1:根据物体形变的程度，有一种形变是由于物体被弯曲造成的，比如说弯曲的直尺，弯曲的竹竿等等.生2:有的形变可能是由于物体被拉长而引起的，比如说拉长的橡皮筋、被拉长的弹簧等等.生3:弹簧还可以由于被压缩而产生形变，我们可以把这种形变叫做压缩形变，同样的例子还有被压缩的面包、海绵等等.生4:绳子被扭转后也会发生形变，我们可以称之为扭转形变，被扭转的金属也有这样的特征.师:（鼓励）刚才同学们总结得非常好，我们可以根据形变的不同状况把形变分为弯曲形变、拉伸或压缩形变以及扭转形变.刚才举的那些例子都很容易观察到，如果一本书放在桌面上，书和桌面发生形变了没有？生1:没有.生2:可能发生了形变，但是由于形变量太小，所以肉眼观察不出来.师:我们来看这样几个实验.【实验参考】如图321所示，用手压扁平瓶子的不同部位，细管中的液面上升或下降，通过观察液面的升降可以判断瓶子发生形变；在一个大桌上放两个平面镜，用小型激光源发射激光照射平面镜M，用力压桌面，让一束光依次被两面镜子反射，通过反光镜的放大原理可以使墙上的光点移动很大的距离.图321【演示实验】师:通过上面的实验，我们观察到什么样的实验现象?生:通过观察，我们发现原来不容易观察的瓶子和桌面也发生了形变.师:我们用了什么样的方法？生:微观放大的方法.师:可以得出什么样的结论？生:一切物体都可以发生形变.师:形变分为很多种类，有些物体在形变后能够恢复原状，这种形变叫做弹性形变.发生弹性形变的物体是不是在所有的情况下都可以恢复原状呢？实验演示橡皮筋在较大的力的作用下的断裂师:通过刚才的观察说明什么情况呢？生:发生弹性形变的物体要想恢复原状是有条件的，不能超过一定的限度.超过一定限度，即使撤去力的作用，也不会恢复原状.师:（微笑鼓励）刚才这位同学分析得非常好，这种限度叫做弹性限度.任何发生弹性形变的物体都有弹性限度，这也是为什么弹簧秤不能称量质量过大物体的原因，如果质量过大，会损坏弹簧秤.师:当发生弹性形变的物体要恢复原状就会对与它接触的物体有什么作用?生:将会对与它接触阻碍它恢复原状的物体有力的作用.师:我们把这种发生弹性形变的物体由于要恢复原状，对与它接触的物体产生力的作用，这种力叫做弹力.下面通过观察几个演示实验，大家来总结一下弹力产生的条件.实验方案参考1.弯曲的锯条将小球弹出.2.压缩弹簧将与之相毗邻的小车推出.3.伸长着的橡皮筋将与之相连的小车拉过来.学生讨论回答生:通过观察以上的几个实验，可以知道弹力产生的条件有两个:接触并且发生形变.师:力是一个矢量，弹力当然也是矢量，那么通过以上的实验，大家总结一下弹力的方向.生:弹力方向总是指向施力物体形变恢复的方向.【课堂训练】关于弹力的产生，下列说法中正确的是A.只要两物体相接触就一定产生弹力B.只要两物体相互吸引就一定产生弹力C.只要物体发生形变就一定有弹力产生D.只有发生弹性形变的物体才会对与它接触的物体产生弹力作用答案:D解析:此题根据弹力的产生条件，接触和弹性形变缺一不可.A、C都只有弹力产生条件的一个方面，而B只说“有相互吸引”，只能证明有力存在，不是弹力，故选项D正确.二、几种弹力师:让我们通过几种常见的弹力进一步来研究弹力问题.实验演示课本放在桌面上，绳子悬挂物体师:当把课本放在桌面上，根据我们以前所学的知识，课本和桌面之间的相互作用力是什么呢？生:是课本对桌面的压力和桌面对课本的支持力.师:它们是不是弹力？为什么？生:它们是弹力，因为它们符合弹力产生的条件，接触并且发生形变.师:压力和支持力的方向是怎样的呢？生:压力的方向是垂直于支持面并且指向被压的物体，支持力的方向是垂直于支持面指向被支持的物体.师:刚才我们演示了绳子拉物体的情形，绳子的拉力是不是弹力呢？它的方向又是如何规定的呢？生:绳子的拉力也是弹力，它的方向沿着绳指向绳收缩的方向.师:好的，下面我们通过具体的例子判断一下弹力的有无和方向.多媒体投影例题【参考例题】试分析图322中光滑小球受到的弹力的情况（小球放在水平面上静止），并画出小球受到的重力和弹力（示意图）.图322师:在这个例子中，倾斜的墙面对小球有没有弹力的作用呢？生1:墙和小球之间好像应该有弹力.生2:不好判断，因为二者虽然接触但是它们的形变情况从图中观察不出来.生3:产生弹力的必要条件是接触，充分条件是挤压产生形变.在上图中与小球相接触的有两点A和B，因此小球所受到的弹力只能来自这两点，但是有接触并不一定就产生弹力，必须要挤压才产生形变.对B点来说，小球一定与水平面挤压，因为假设没有水平面，小球在重力作用下一定掉下来，因此B点有弹力且方向垂直于B点的切面指向圆心；对于A点来说，假设受到侧壁的弹力F，则F将会使小球向右运动，这与题目（小球静止）相矛盾，所以侧壁对小球没有弹力，小球受力情况如图所示，两力大小相等、方向相反.师:刚才那位同学分析得非常好，这种方法我们以后经常用来判断力的有无，这种方法叫做假设法，就是假设这个力存在，看在这个力存在时作用效果是否与物体实际的运动状态相符合，如果确实符合，说明这个力确实存在，如果不相符合，可以判定这个力不存在.【课堂训练】1.请在图323中画出杆及球所受的弹力.图323（1）杆靠在墙上.（2）杆放在半球形的槽中.（3）球用细线悬挂在竖直墙上.（4）球放在两个等高的支座上.解析:（1）A图中杆在重力的作用下，对A、B两处都产生挤压的作用，故A、B两点处对杆有弹力，弹力的方向与接触点的平面垂直，如图324所示.图324（2）B图中杆对C、D两处有挤压作用，因C处是曲面，D处为支承点，所以，C处的弹力垂直其切面指向球心，D处的弹力垂直于杆斜向上.如图所示.（3）C图中球挤压墙面且拉紧绳子，所以墙对球的弹力与墙垂直，绳子对球的弹力沿绳斜向上.如图所示.（4）D图中球与两点接触并且挤压，球受的弹力F1、F2垂直于接触点的切面（虚线是切面），沿着半径方向指向球心.如图所示.2.在图325中，A、B两小球相互间一定有弹力作用的图是图325答案:B解析:我们可以用假设的方法来判断A、B之间是否有弹力.如果把其中的一个物体撤去，看另外一个物体运动状态是否发生变化，只有B选项中当其中一个物体去掉后另外一个物体将会运动.三、胡克定律师:下面我们大家设计一个实验，实验的目的是寻找与弹簧的弹力有关的因素.学生设计实验，然后分组实验参考实验案例如图326所示，用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，系统静止时，弹簧的弹力等于所悬挂钩码的总重；弹簧的长度及伸长量可由刻度尺测出.图326注意事项（1）本实验要求定量测量，因此要尽可能减小实验误差.标尺要竖直且紧靠指针以减小读数带来的误差，每次改变悬挂钩码个数后，要待系统稳定后再读数.（2）实验中所提供的米尺精确度为1 mm，应估读一位.（3）弹簧组的说明书已说明每个弹簧的弹性限度，注意不要超过它的弹性限度使用.建议做法:（1）选择器材:从弹簧组中选择一只弹簧（注意它的弹性限度）悬挂在铁架台的横杆上；实验桌上有200 g、50 g的钩码各一盒，选择50 g钩码来做这一实验.（想一想，为什么？）（参考答案:50 kg的钩码质量比较小，容易调节，另外增加一个不会损坏弹簧）（2）首先将实验装置调整妥当（如整个装置是否竖直平稳，标尺与弹簧的距离是否合适，标尺面与弹簧上的指针是否在同一平面内，是否便于读数等）.（3）读出弹簧自然下垂时指针所指刻度.（4）悬挂50 g钩码一个，待稳定后，读出弹簧上指针所指刻度并计算出弹簧的伸长量记入表格.（5）逐个增加钩码，重复第4步，至少做5组数据.初态指针对应刻度（cm）弹簧弹力（N）指针所指刻度（cm）弹簧伸长量（cm）（6）图象法处理数据:在下面的坐标纸上，以弹簧弹力为纵轴，弹簧伸长量为横轴建立坐标系，如图327所示.描出5个特殊点，以寻找弹簧弹力和弹簧伸长量之间的关系.图327拓展一步:常用的实验数据的处理方法有:计算法（求比值、求积、求和、求差等）和图象法两种.两者比较，图象法处理数据更为直观、更容易得出物理变化规律，且该种方法处理数据能更好地减小实验的偶然误差.师:通过以上的实验，我们可以得出怎样的结论？生:通过分析实验中的实验数据，我们可以得到弹簧弹力的大小与弹簧的形变量成正比.师:用一个公式来表示这种关系.生:F=kx.其中是弹簧受到的弹力大小，x是弹簧的形变量，既可以是弹簧的伸长量，又可以是弹簧的压缩量.师:这个公式实际上是一个定律，叫做胡克定律，是英国科学家胡克首先发现的，其中式子中的k是弹簧的劲度系数，单位是牛每米，符号是N/m.生活中常说有的弹簧“硬”，有的弹簧“软”指的就是它们的劲度系数不同.弹簧的劲度系数跟弹簧丝的粗细、材料、弹簧的直径、绕法、弹簧的长度等量有关，这个量反映了弹簧的特性.【课堂训练】如图328所示，为一轻质弹簧的长度和弹力大小的关系，根据图象判断，正确的结论是图328A.弹簧的劲度系数为1 N/mB.弹簧的劲度系数为100 N/mC.弹簧的原长为6 cmD.弹簧伸长0.2 m时，弹力的大小为4 N解析:弹簧处于原长时，弹簧的弹力应为0，由此可知弹簧原长为6 cm.由图象可知:当拉长2 cm时，弹力为2 N，可得劲度系数为100 N/m，因此答案为BC.小结在弹力的教学过程中，有这样几个难点需要突破，一是任何相接触的物体间都可能有弹力，弹力的产生条件是接触并且有形变，但是有些物体的形变量很小，不容易观察到，就会使学生产生这样的疑问:这种情况下弹力到底有没有?例如物体放在桌面上，压力和支持力不能通过形变来进行判断，解决这个问题的方法是微小形变的演示，通过演示，使学生确信任何两个接触的物体间都可以有弹力.另外一个难点是弹力有无的判断，解决这个问题可以用假设判断的方法，不仅让学生知道判断的方法，更应该让学生学会这些方法的迁移，例如假设的判断方法，也可以用到摩擦力有无的判断中去.一般弹力大小的判断要根据物体的实际情况判断，而弹簧弹力的判断可以根据胡克定律进行判断，让学生通过实验“发现”胡克定律，在发现中锻炼探究物理规律的能力.布置作业教材第59页问题与练习.课外训练1.关于弹力的产生，下列说法中正确的是A.木块放在桌面上受到向上的弹力，是由于木块发生微小形变而产生的B.木块放在桌面上受到向上的弹力，是由于桌面发生微小形变而产生的C.挂在悬线下的物体受到向上的拉力，是由于悬线发生微小形变而产生的D.挂在悬线下的物体受到向上的拉力，是由于物体发生微小形变而产生的 2.如图329所示，细绳竖直拉紧，小球和光滑斜面接触，则小球受到的力是图329A.重力、绳的拉力B.重力、绳的拉力、斜面的弹力C.重力、斜面的弹力D.绳的拉力、斜面的弹力3.一根弹簧在弹性限度内，对其施加30 N的拉力时，其长为20 cm，对其施加30 N的压力时，其长为14 cm，试求该弹簧的自然长度和它的劲度系数.4.在研究弹簧的形变与外力的关系的实验中，将弹簧水平放置测出其自然长度，然后竖直悬挂让其自然下垂，在其下端竖直向下施加外力F，实验过程是在弹簧的弹性限度内进行的.用记录的外力F与弹簧的形变量x作出的Fx图线如图所示，由图3210可知弹簧的劲度系数为_.图线不过原点的原因是由于_.图3210参考答案1.BC2.A3.答案:17 cm 10 N/cm解析:设弹簧的自然长度为x0，劲度系数为k，根据F=kx，x为弹簧伸长（或缩短）的长度，由此得30=k（20x0），30=k（x014），解此两方程即得x0=17 cm，k=200 N/m.4.答案:2 N/cm 弹簧自身有重力提示:根据图示倾斜直线可求出其斜率（注意切忌用量角器量角度的方法得到斜率），从而求出弹簧的劲度系数.从直线与坐标轴的交点可以看出，当弹簧的伸长量为0.5 cm时，向下施加的外力F为零，说明没加外力时弹簧已有一个伸长量，这主要是由于弹簧的自身重力作用造成的.板书设计2 弹力弹 力形 变概 念物体的形状和体积的改变特 点1.任何物体都能发生形变2.有的形变明显，有的形变极其微小分 类按形式分:拉伸（或压缩）形变、弯曲形变、扭转形变按效果分:弹性形变、非弹性形变弹 力概 念发生形变的物体由于要恢复原状，对跟它接触的物体间产生的力产生条件直接接触发生形变方 向1.压力的方向垂直于支持面指向被压的物体2.支持力的方向垂直于支持面指向被支持的物体3.绳的拉力方向总是沿着绳指向绳子收缩的方向大 小1.形变越大，弹力也越大2.形变消失，弹力也随之消失活动与探究 探究活动内容的主题:制作一个弹簧秤，用来粗略测量身边物体的重力.步 骤学生活动教师指导目的1选择材料，为制作弹簧秤作好物质准备介绍有关材料供学生选择1.培养学生自主设计小实验、小发明的能力，为发明创造打下基础2.体会物理学的作用，更加热爱这门学科2设计实验方案，并验证实验方案的可行性，写出实验报告指导学生设计实验方案，对实验方案进行点评3相互交流实验中的感受.用自己制作的弹簧秤称量身边物体的重力，体会成功的喜悦建议学生验证自己制作的弹簧秤的准确度，与学生一起分享快乐111