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科学探究：弹力
【教材分析】
“弹力”是力学中三种基础力之一，是力学的核心内容之一，掌握好“弹力”是受力分析的基础。本节内容是在初中“弹力”的基础上的进一步深化与拓展，学好弹力既可以巩固加深对力的理解，同时又可以为学好摩擦力做好铺垫。本节从展示弹簧被拉伸和压缩的实例引入，让学生体会弹力产生的原因和条件；通过研究形变来探究弹力的几种表示形式及弹力的方向；引导学生设计“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验，得出胡克定律。
【教学目标与核心素养】
【物理观念】能了解弹力和胡克定律的内涵，能利用弹力的概念与规律说明生产生活中的相关现象。
【科学思维】能在熟悉的情境中运用轻弹簧模型解决问题；能对物体受力情况进行分析和推理，获得结论。
【科学探究】能完成“探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系”实验；能根据已有实验方案，使用弹簧测力计、刻度尺等器材收集数据；通过做图或其他方法分析数据形成初步的结论。
【科学态度与责任】通过对弹力的探究，能认识实验对物理研究的重要性；有学习物理的兴趣，知道实事求是和与他人合作的重要性。
【教学重难点】
【教学重点】弹力产生的条件及方向；胡克定律的实验探究
【教学难点】弹力的有无及方向的判断
【教学过程】
【导入新课】
图片引出形变。
【新课讲授】
一、形变与弹力
（一）形变的定义及分类
总结形变特点，得到形变定义，“我们把物体发生的伸长、缩短、弯曲等形状的变化称为形变（deformation）。”
思考：坚硬的物体会不会也发生形变？
观察用激光演示桌面的微小形变和演示大玻璃瓶的微小形变的实验。得出“坚硬物体也会发生形变”的结论。
观察图片并思考：撤去外力后，这些物体能否恢复原状？得到弹性形变的概念。
弹性形变：某些发生形变的物体在撤去外力后能恢复原状，这种物体称为弹性体，对应的形变称为弹性形变（elastic
deformation），如压缩的弹簧、拨动的琴弦等。
观察图片并思考：撤去外力后，这些物体能否恢复原状？得到范性形变的概念。
范性形变：有些物体发生形变后不能恢复原状的形变
思考：当用较小的拉力拉弹簧时，撤去拉力，弹簧能否恢复原状？
当用很大的力把弹簧拉直时，撤去拉力，弹簧能否恢复原状？
通过引导学生思考这两个问题，得出弹性限度的概念。
弹性限度：弹性体的形变不能无限增大，若超过一定的限度，撤去外力时物体就不能恢复原状，这个限度称为弹性限度。
（二）弹力的概念
手压弹簧，弹簧发生压缩形变
弹簧向右恢复原长
弹簧对小球有一个向右的弹力
得到弹力的定义：相互接触的物体发生弹性形变时，由于物体要恢复原状，物体会对与它接触的另一物体产生力的作用，这种力称为弹力。
解读弹力的定义，得出施力物体、受力物体和产生原因。
并得出弹力的方向：弹力的方向总是与物体形变的方向相反。
产生条件：①物体间相互接触
②物体间发生弹性形变
例1．关于弹力的产生下列说法（
）
A．只要两物体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．只要两物体发生形变就一定产生弹力
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
通过例1对所学弹力知识进行评价、巩固。
（三）弹力的有无
思考：圆球是否受到弹力？
根据弹力的产生条件：接触；有形变。圆球与墙壁属于坚硬物体，形变与否不易直接观察，所以难点在于“如何判断弹力的有无”。针对这一难点问题，结合PPT动画展示介绍
“撤除法”和“假设法”。
撤除法
把与研究对象接触的物体撤除，看其运动状态是否发生变化，若其运动状态变化说明存在弹力，若不变化说明弹力不存在。
(
球不动
)
(
球向下运动
)
(
撤除下方墙壁
)
(
撤除左侧墙壁
)
(
有弹力
)
(
无弹力
)
2．假设法
假设与研究对象接触的物体对其有弹力作用，分析研究对象在弹力作用下的运动状态与其实际运动状态是否相符，如一致，则受到弹力作用；如不同，则无该弹力。
(
球不可能保持静止
)
(
对球受力分析
)
(
假设球与物块之间有弹力
)
(
球与物块无弹力
)
(
光滑球静止在水平地面
上
)
练习：
下列各图中A物体在O点是否受弹力？（接触面全光滑）
(
A
O
)
(
A
o
)
(
A
0
)
（四）几种弹力和方向
根据弹力的几种表现形式，按照其效果可分为“拉力”、“支持力”、“压力”。其方向根据“弹力的方向总是与物体形变的方向相反”得出。
1．拉力：由于桶的作用使绳被拉伸，绳子要恢复原状，而对所拉物体产生的弹力，通常称为拉力。
方向：沿绳收缩方向（竖直向上）的拉力
轻绳的受力特点：1．只能拉不能压；2．轻绳的拉力一定沿绳方向；3．同一根绳子张力处处相等。
2．支持力：由于物块的挤压使桌面发生形变，桌面要恢复原状，对物块产生的弹力，通常称为支持力。
方向：垂直于接触面指向被支持物体
3．压力：由于物块发生形变，对桌面产生的弹力，称为压力。
方向：垂直于接触面指向被压物体
练习、小球静止于光滑的接触面，画出小球所受力的示意图
二、探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系
引导学生根据实验目的和所提供的【实验器材】自主设计实验并进行数据处理，得出结论。
实验目的：（1）探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系。
（2）了解弹簧测力计的工作原理。
【实验器材】铁架台、带挂钩的弹簧、钩码、刻度尺。
学生猜想：弹簧弹力与伸长量的大小成正比
实验设计：根据实验目的和【实验器材】设计实验
实施实验：测量并记录弹力F与形变量x大小
钩码质量m/g
?
弹簧弹力F/N
?
?
?
?
?
弹簧长度l/cm
?
?
?
?
?
弹簧伸长量x/（cm）
?
?
?
?
?
数据处理：建立F-x坐标系，描点、连线
得出结论：实验结论
（1）弹簧的弹力随伸长量的增大而
。
（2）在误差允许范围内，弹簧的弹力大小与
成正比。
讨论
（1）实验图像是否经过所有数据点？若不是，请分析误差来源。
（2）与其他实验小组交换实验数据、图像及结论，看看是否存在差异，并分析导致差异的原因。
（3）为什么弹簧测力计可测力的大小？为什么其刻度是均匀的？
【误差分析】
1．系统误差：
钩码标值不准确和弹簧自身重力的影响造成系统误差。
2．偶然误差：
（1）弹簧长度的测量造成偶然误差，为了减小这种误差，要尽量多测几组数据。
（2）作图时的不规范造成偶然误差，为了减小这种误差，画图时要用细铅笔作图，所描各点尽量均匀分布在直线的两侧。
【规律方法】数据处理技巧
（1）测量有关长度时，应区别弹簧原长L0、实际总长L及伸长量x，明确三者之间的关系。
（2）建立平面直角坐标系时，两轴上单位长度所代表的物理量的值要适当，不可过大，也不可过小。描线的原则：尽量使各点落在一条直线上，少数点分布于直线两侧，描出的线不应是折线，而应是平滑的直线。
三、胡克定律
胡克定律：大量实验研究表明：在弹性限度内，弹簧弹力F的大小与弹簧伸长（或压缩）的长度x成正比，即F=kx。式中的比例系数k称为弹簧的劲度系数（coefficient
of
stiffness）。若力的单位用牛顿（N），长度单位用米（m），则劲度系数k的单位是牛顿每米（N/m）。
F=kx
观察两根不同弹簧的F-X图像，得“不同弹簧的k值不同是因为弹簧的软硬不同。”
总结：k是弹簧的劲度系数，由弹簧自身结构有关。
观察下列两幅图片，加深对k值得理解。
例题2．如图所示，一根轻弹簧长度由原来的5.00cm伸长为6.00cm时，手受到的弹力为10.0N。那么，当这根弹簧伸长到6.20cm时（在弹性限度内），手受到的弹力有多大？
通过该例题，训练学生对胡克定律的使用，体会“只要在弹性限度内，对于同一根弹簧，无论其形变量有多大，劲度系数不变。”
【课堂演练】
1．2018年跳水世界杯，施廷懋三米板夺冠。如图是运动员踩下跳板的图片，下列说法正确的是（
）
A．跳板面受到弹力的作用，是因为运动员的脚发生了形变
B．跳板面受到弹力的作用，是因为跳板发生了形变
C．运动员踩跳板，跳板先发生形变，运动员的脚后发生形变
D．运动员受向上的弹力，是因为运动员的脚发生了形变
2．（2019·南安高一检测）如图所示，一个球形物体静止于光滑水平面上，并与竖直光滑墙壁接触，A、B两点是球跟墙和地面的接触点，则下列说法中正确的是（
）
A．物体受重力、B点的支持力、A点的弹力作用
B．物体受重力、B点的支持力、地面的弹力作用
C．物体受重力、B点的支持力作用
D．物体受重力、B点的支持力、物体对地面的压力作用
3．台球以速度v0与球桌边框成θ角撞击O点，反弹后速度为v1，方向与球桌边框夹角仍为θ，如图所示。OB垂直于桌边，则下列关于桌边对小球的弹力方向的判断中，正确的是（
）
A．可能沿OA方向
B．一定沿OB方向
C．可能沿OC方向
D．可能沿OD方向
4．由实验测得某弹簧的长度L和弹力F的关系如图所示，求：
（1）该弹簧的原长为多少？
（2）该弹簧的劲度系数为多少？
【课堂小结】
一、形变
弹性形变：能恢复到原来形状的形变
范性形变：不能恢复到原来形状的形变
二、弹力及产生条件
1．定义：相互接触的物体发生弹性形变时，由于物体要恢复原状，物体会对与它接触的另一物体产生力的作用，这种力称为弹力。
弹力的方向：弹力的方向总是与形变物体的方向相反。
2．产生条件：①物体间相互接触
②物体间发生弹性形变
三、弹力的分类及方向
1．拉力
方向：沿绳收缩方向（竖直向上）的拉力
2．支持力
方向：垂直于接触面指向被支持物体
3．压力
方向：垂直于接触面指向被压物体
四、胡克定律
胡克定律：在弹簧的弹性限度内，弹力F与形变量x的大小成正比。
F=kx
k是弹簧的劲度系数，由弹簧自身结构有关。
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