2022-2023學(xué)年高中物理 第3章 3.2 彈力教案 新人教版必修1

2022-2023學(xué)年高中物理 第3章 3.2 彈力教案 新人教版必修1教 學(xué) 目 標(biāo)知識與技能 1知道彈力產(chǎn)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(guān)問題過程與方法 1通過在實(shí)際問題中確定彈力方向的能力 2自己動手進(jìn)行設(shè)計實(shí)驗(yàn)和操作實(shí)驗(yàn)的能力 3知道實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理常用的方法，嘗試使用圖象法處理數(shù)據(jù)情感態(tài)度與價值觀 1真實(shí)準(zhǔn)確地記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，體會科學(xué)的精神和態(tài)度在科學(xué)探究過程的重要作用在體驗(yàn)用簡單的工具和方法探究物理規(guī)律的過程中，感受學(xué)習(xí)物理的樂趣，培養(yǎng)學(xué)生善于把物理學(xué)習(xí)與生活實(shí)踐結(jié)合起來的習(xí)慣 2從任何物體都能發(fā)生形變?nèi)耸?，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的世界觀認(rèn)識事物本來面目，不被表面現(xiàn)象所迷惑教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn) 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(shí)驗(yàn)設(shè)計與操作 教學(xué)難點(diǎn) 彈力有無的判斷及彈力方向的判斷教 學(xué) 方 法 探究、講授、討論、練習(xí)教 學(xué) 手 段教具準(zhǔn)備 刻度尺、鋼鋸條、彈簧、泡沫塑料塊、銅片、面團(tuán)、白紙，墨水瓶(灌滿紅墨水)、通過橡皮塞插有細(xì)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、鉤碼等等教 學(xué) 活 動新課導(dǎo)入 每小組分發(fā)一根細(xì)鐵絲，讓同學(xué)們自己動手繞制一個小彈簧(可以讓學(xué)生在家先做好)讓學(xué)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(chǎn)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(guān)彈力的有關(guān)知識新課教學(xué) 一、彈性形變和彈力 實(shí)驗(yàn)演示 演示實(shí)驗(yàn)1：鋼鋸條在手的作用下彎曲 演示實(shí)驗(yàn)2：彈簧被拉長或壓短 演示實(shí)驗(yàn)3：泡沫塑料塊受力而被壓縮、彎曲與扭轉(zhuǎn) 演示實(shí)驗(yàn)4：銅片被彎成直角狀、 演示實(shí)驗(yàn)5：面團(tuán)在重力作用下下墜，形狀變化 演示實(shí)驗(yàn)6：紙張被手揉皺 學(xué)生觀察思考什么是形變 師：上面的幾個實(shí)驗(yàn)非常容易做，大家可以在課下做這幾個實(shí)驗(yàn)，同時也可以根據(jù)自己的思路設(shè)計出更好的實(shí)驗(yàn)。這幾個實(shí)驗(yàn)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(jù)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(chǎn)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(zhuǎn)后也會發(fā)生形變，我們可以稱之為扭轉(zhuǎn)形變，被扭轉(zhuǎn)的金屬也有這樣的特征 師：(鼓勵)剛才同學(xué)們總結(jié)得非常好，我們可以根據(jù)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(zhuǎn)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(shí)驗(yàn) (實(shí)驗(yàn)參考，如圖321所示，用手壓扁平瓶子的不同部位，細(xì)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(diǎn)移動很大的距離(演示實(shí)驗(yàn))師：通過上面的實(shí)驗(yàn)，我們觀察到什么樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象? 生：通過觀察，我們發(fā)現(xiàn)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(jié)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(fù)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(fù)原狀呢? 實(shí)驗(yàn)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(fù)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(fù)原狀 師：(微笑鼓勵)剛才這位同學(xué)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(zhì)量過大物體的原因，如果質(zhì)量過大，會損壞彈簧秤 師：當(dāng)發(fā)生彈性形變的物體要恢復(fù)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(fù)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(fù)原狀，對與它接觸的物體產(chǎn)生力的作用，這種力叫做彈力下面通過觀察幾個演示實(shí)驗(yàn)，大家來總結(jié)一下彈力產(chǎn)生的條件 實(shí)驗(yàn)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?yán)^來 學(xué)生討論回答 生：通過觀察以上的幾個實(shí)驗(yàn)，可以知道彈力產(chǎn)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(dāng)然也是矢量，那么通過以上的實(shí)驗(yàn)，大家總結(jié)一下彈力的方向。 生：彈力方向總是指向施力物體形變恢復(fù)的方向 課堂訓(xùn)練 關(guān)于彈力的產(chǎn)生，下列說法中正確的是( ) A.只要兩物體相接觸就一定產(chǎn)生彈力 B.只要兩物體相互吸引就一定產(chǎn)生彈力 C只要物體發(fā)生形變就一定有彈力產(chǎn)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(chǎn)生彈力作用 答案：D 解析：此題根據(jù)彈力的產(chǎn)生條件，接觸和彈性形變?nèi)币徊豢葾、C都只有彈力產(chǎn)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(xiàng)D正確 二、幾種彈力 師：讓我們通過幾種常見的彈力進(jìn)一步來研究彈力問題 實(shí)驗(yàn)演示課本放在桌面上，繩子懸掛物體 師：當(dāng)把課本放在桌面上，根據(jù)我們以前所學(xué)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?yàn)樗鼈兎蠌椓Ξa(chǎn)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322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) 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l：墻和小球之間好像應(yīng)該有彈力 生2：不好判斷，因?yàn)槎唠m然接觸但是它們的形變情況從圖中觀察不出來 生3：產(chǎn)生彈力的必要條件是接觸，充分條件是擠壓產(chǎn)生形變在上圖中與小球相接觸的有兩點(diǎn)A和B，因此小球所受到的彈力只能來自這兩點(diǎn)，但是有接觸并不一定就產(chǎn)生彈力，必須要擠壓才產(chǎn)生形變對月點(diǎn)來說，小球一定與水平面擠壓，因?yàn)榧僭O(shè)沒有水平面，小球在重力作用下一定掉下來，因此B點(diǎn)有彈力且方向垂直于B點(diǎn)的切面指向圓心；對于A點(diǎn)來說，假設(shè)受到側(cè)壁的彈力F，則F將會使小球向右運(yùn)動，這與題目(小球靜止)相矛盾，所以側(cè)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(xué)分析得非常好，這種方法我們以后經(jīng)常用來判斷力的有無，這種方法叫做假設(shè)法，就是假設(shè)這個力存在，看在這個力存在時作用效果是否與物體實(shí)際的運(yùn)動狀態(tài)相符合，如果確實(shí)符合，說明這個力確實(shí)存在，如果不相符合，可以判定這個力不存在 課堂訓(xùn)I練 1請在圖323中畫出桿及球所受的彈力 (1)桿靠在墻上 (2)桿放在半球形的槽中 (3)球用細(xì)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(chǎn)生擠壓的作用，故A、B兩點(diǎn)處對桿有彈力，彈力的方向與接觸點(diǎn)的平面垂直，如圖324所示 (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(diǎn)，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(diǎn)接觸并且擠壓，球受的彈力F1、F2垂直于接觸點(diǎn)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325中，A、B兩小球相互間一定有彈力作用的圖是( ) 答案；B 解析：我們可以用假設(shè)的方法來判斷A、月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(yùn)動狀態(tài)是否發(fā)生變化，只有B選項(xiàng)中當(dāng)其中一個物體去掉后另外一個物體將會運(yùn)動 三、胡克定律 師：下面我們大家設(shè)計一個實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的目的是尋找與彈簧的彈力有關(guān)的因素 學(xué)生設(shè)計實(shí)驗(yàn)，然后分組實(shí)驗(yàn) 參考實(shí)驗(yàn)案例 如圖326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 注意事項(xiàng) (1)本實(shí)驗(yàn)要求定量測量，因此要盡可能減小實(shí)驗(yàn)誤差標(biāo)尺要豎直且緊靠指針以減小讀數(shù)帶來的誤差，每次改變懸掛鉤碼個數(shù)后，要待系統(tǒng)穩(wěn)定后再讀數(shù) (2)實(shí)驗(yàn)中所提供的米尺精確度為1 mm，應(yīng)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(shí)驗(yàn)桌上有200g、50g的鉤碼各一盒，選擇50g鉤碼來做這一實(shí)驗(yàn)(想一想，為什么?)(參考答50kg的鉤碼質(zhì)量比較小，容易調(diào)節(jié)，另外增加一個不會損壞彈簧) (2)首先將實(shí)驗(yàn)裝置調(diào)整妥當(dāng)(如整個裝置是否豎直平穩(wěn)，標(biāo)尺與彈簧的距離是否合適，標(biāo)尺面與彈簧上的指針是否在同一平面內(nèi)，是否便于讀數(shù)等) (3)讀出彈簧自然下垂時指針?biāo)缚潭?(4)懸掛50g鉤碼一個，待穩(wěn)定后，讀出彈簧上指針?biāo)缚潭炔⒂嬎愠鰪椈傻纳扉L量記入表格 (5)逐個增加鉤碼，重復(fù)第4步，至少做5組數(shù)據(jù) 初態(tài)指針對應(yīng)刻度(cm) 彈簧彈力(N) 指針?biāo)缚潭?cm) 彈簧伸長量(cm)(6)圖象法處理數(shù)據(jù)：在下面的坐標(biāo)紙上，以彈簧彈力為縱軸，彈簧伸長量為橫軸建立坐標(biāo)系，如圖32?所示描出5個特殊點(diǎn)，以尋找彈簧彈力和彈簧伸長量之間的關(guān)系 拓展一步：常用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)更為直觀、更容易得出物理變化規(guī)律，且該種方法處理數(shù)據(jù)能更好地減小實(shí)驗(yàn)的偶然誤差 師：通過以上的實(shí)驗(yàn)，我們可以得出怎樣的結(jié)論? 生：通過分析實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，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(guān)系 生：FKX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(shí)際上是一個定律，叫做胡克定律，是英國科學(xué)家胡克首先發(fā)現(xiàn)的，其中式子中的A是彈簧的勁度系數(shù)，單位是牛每米，符號是Nm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(shù)不同彈簧的勁度系數(shù)跟彈簧絲的粗細(xì)、材料、彈簧的直徑、繞法、彈簧的長度等量有關(guān)，這個量反映了彈簧的特性 課堂訓(xùn)練 如圖328所示，為一輕質(zhì)彈簧的長度和彈力大小的關(guān)系根 據(jù)圖象判斷，正確的結(jié)論是 ( ) A彈簧的勁度系數(shù)為1 Nm B彈簧的勁度系數(shù)為100 Nm C彈簧的原長為6 cm D彈簧伸長02 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(yīng)為o，由此可知彈簧原長為6cm.由圖象可知：當(dāng)拉長2 cm時，彈力為2 N，可得勁度系數(shù)為100 Nm，因此答案為BC小結(jié) 在彈力的教學(xué)過程中，有這樣幾個難點(diǎn)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(chǎn)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(xué)生產(chǎn)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(jìn)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(xué)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(diǎn)是彈力有無的判斷，解決這個問題可以用假設(shè)判斷的方法，不僅讓學(xué)生知道判斷的方法，更應(yīng)該讓學(xué)生學(xué)會這些方法的遷移，例如假設(shè)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(jù)物體的實(shí)際情況判斷，而彈簧彈力的判斷可以根據(jù)胡克定律進(jìn)行判斷，讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)“發(fā)現(xiàn)”胡克定律，在發(fā)現(xiàn)中鍛煉究物理規(guī)律的能力 學(xué) 生 活 動作 業(yè)布置作業(yè) 教材第59頁問題與練習(xí)板 書 設(shè) 計 概念物體的形狀和體積的改變 特點(diǎn)1任何物體都能發(fā)生形交形變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(zhuǎn)形變按效果分：彈性形變、非彈性形變 概念發(fā)生形變的物體由于?；謴?fù)原狀，對跟它接觸的物體問產(chǎn)生的力彈力 產(chǎn)生條件直接接觸發(fā)生形變彈力1壓力的方向垂直乎支持面指向被壓的物體 方向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I，形變越大，強(qiáng)力也越大2形變消失，彈力也隨之消失教學(xué)后記