资源简介

2.3 弹力
整体设计
设计思想
　　高一新生正处于从初中物理向高中物理跨越阶段的特点，本节教材在文字叙述上非常简洁并配有大量的插图。内容直观、感性，较易为学生接受，加上学生们在初中时对弹力已有了一定的感性认识与理论基础，若只是照本宣科，教学会很空泛。教师觉得“没戏可唱”，学生则有“炒冷饭”之感。因此将弹力这节课设计成了探究性学习课，采用了“参与──体验──内化──外延”的物理课堂教学模式，由教师创设情景，让学生自己提出想要知道的问题，在教师的引导下，通过全班同学的讨论，自评和互评来不断完善。教师在教学中通过具体的实例、实验，激发学生的求知欲望，让学生主动参与到探究的过程，成为学习的主体，积极主动地获取知识和能力，使原本平淡的课堂教学变得充实、饱满、有声有色。
　　
教材分析
《弹力》是高中物理新课程（必修1）第三章第二节的内容，是力学的核心内容之一，在整个高中物理中占有相当重要的地位，是以后正确进行受力分析的基础。其重点是弹力产生的原因及弹力的方向，难点是常见的弹力方向的确定。教材从物体的明显形变引入，继而通过放大的思想演示“微小形变”的过程中，用实例引出了形变、弹性形变和弹力的概念。并通过研究形变来探究弹力产生的原因、弹力的方向和作用点，探究支持力、压力和绳子的拉力这几种弹力产生的原因和方向。对于胡克定律的教学，要先让学生亲身经历体验，然后引导学生设计实验“探索弹力的大小与形变量大小之间的关系”，这种先从感性认识出发，上升到理性认识，再通过实验检验并进行具体运用的研究办法十分重要，在教学过程中应注意渗透。
学情分析
通过前面的对“重力及相互作用”的学习，学生已经对力的三要素及作用效果等有了一定的了解。而且在初中阶段的学习过程中，也对弹力有了初步感性的认识和一定的理念基础。在高中教学中要进一步帮助学生深化对弹力的理解。弹力产生的原因及其方向的判定，是学生普遍感到难以把握的问题。为此，在这节课的教学中要精心设计实验，通过形象直观的实验教学帮助学生突破难点，并让学生在亲历探究的过程中，体验到探究未知世界的乐趣，领悟科学探究的真谛。
教学目标
　（一）知识与技能
　　1．知道形变和弹性形变，能识别常见的形变。知道任何物体都会发生形变。
　　2．知道弹力及弹力产生的原因和条件。
3．知道压力、支持力、和绳的拉力都是弹力，会判断弹力的方向，能正确画出弹力的示意图。
4．通过实验探究弹力和弹簧型变量的关系，理解胡克定律，了解科学研究方法。
　（二）过程与方法
1、通过实验“微小形变的放大”让学生知道此方法在物理学中的重要作用。
2、经历实验探究的过程，感受弹力产生的条件。
3、通过弹力大小与形变量关系的实验探究,体验用图像法处理数据，得出实验结论.
　（三）情感态度与价值观
观察和了解形变的有趣现象，感受自然界的奥秘，培养对科学的好奇心和求知欲。
教学重点
弹力产生的条件及弹力方向的判定，胡克定律的内容及应用。
　
教学难点
接触的物体是否会发生形变及弹力方向的确定。
教学策略与手段
以探究式教学模式为主，结合问题法、演示法、启发法、归纳法、多媒体辅助法等教学方法。
课前准备
　　细钢丝、钢锯条、弹簧、海绵、橡皮泥、白纸，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）、小车、橡皮筋、气球、、纤维板、演示胡克定律用的米尺、弹簧、钩码、等等。
教学过程
感知导入
学生分成几个小组，每组分发一根细铁丝，让大家自己动手制作成一个小弹簧，然后轻轻地拉一拉或者压一压，并说出自己的感受。
总结：当手拉或压弹簧时，都要给弹簧一个力的作用，也就是说手都要受到弹簧的力的作用。
【思考】那么，这又是什么力呢？它是怎样产生的呢？它的大小、方向各如何呢？
这节课我们就来探究这些问题。
推进新课
一、弹性形变和弹力
实验演示1：用手弯曲竹片、拉伸或压缩弹簧、挤压海绵、面团、手揉纸片
师：大家能明显地观察到什么现象？
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
学生实验1： 1、拉伸弹簧1
2、拉伸弹簧2(自制铁丝绕成)
现象：弹簧1在形变后能够恢复到原状，弹簧2(自制铁丝绕成)形变后不能够恢复到原来的形状。
讨论交流：物体的形变有两种情况：一种是物体在形变后能够恢复到原状，这种形变叫做弹性形变，如弹簧的形变、竹片的形变等；另一种是物体在形变后，撤去外力物体也不能够恢复到原来的形状，这种形变叫做非弹性形变。
学生实验2：鼓励学生使劲拉一下弹簧1，看能观察到什么现象？
生：弹簧被拉直，不能回复原长。
师：如果形变过大，超过一定的限度，撤去外力后，物体就不能完全恢复原来的形状，这个限度叫做弹性限度。
师：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．
实验演示2：
如图3—2—1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．
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：一切物体在力的作用下都会发生形变
实验演示3：被压缩的弹簧上放一黑板擦，放手，黑板擦被弹起；被弯曲的竹片上放一粉笔头，放手，粉笔头被弹起。
师：为什么黑板擦、粉笔头被弹起？
生：形变的物体要恢复原状，对和它接触的物体有力的作用，就被弹起。
师：发生弹性形变的物体由于要恢复原状，对与它接触的物体会产生力的作用，这种力叫做弹力。
师：如果粉笔头、黑板擦与形变物不接触，会受到这个力吗？
生：不接触一定不会受到这个力
师：弹力的产生需两个条件：直接接触并且发生弹性形变。
例1：如图，下列a、b两物体间一定有弹力的是（ ）
师:互相接触的物体之间是否存在弹力，取决于是否存在形变。有些物体形变明显，如弹簧的伸长或缩短，很容易判断出是否有弹力；有些接触物体间形变不明显，判断有无弹力可用假设法。即假设把相接触的某个物体撤去，看研究对象的运动状态有无改变：若无改变，则无弹力作用；若发生改变，则有弹力存在。
师：力是一个矢量，弹力当然也是矢量，下面我们就学习一下几种常见的弹力及他们的方向。
二、几种弹力及其方向
师：通常所说的拉力、压力、支持力等，实质上都是弹力。因为它们符合弹力产生的条件，接触并且发生形变．
　　演示实验4：A．装水气球与纤维板间相互挤压。
B．书本与桌面间相互挤压，并让学生完成表格中的内容（加括号的内容）。
　　
　　
内容 弹力方向 施力物体 施力物体形变的方向 施力物体恢复形变的方向 受力物体形变的方向
书本对桌面的压力 （向下） （书本） （向上） （向下） （向下）
桌面对书本的支持力 （向上） （桌面） （向下） （向上） （向上）
结论：压力、支持力都是弹力。压力的方向总是垂直于支持面而指向被压的物体，支持力的方向总是 垂直于支持面而指向被支持的物体。（压力、支持力的方向总是垂直于支持面而指向受力物体）
师：“支持面”就是两物的接触面。深入考察一般物体的接触情况，大致有以下几种：
A．平面与平面接触：弹力与平面垂直；
B．点与平面接触：弹力通过接触点垂直于平面；
C．点与曲面接触：弹力通过接触点垂直于过点的切面；
D．曲面与曲面接触：弹力通过接触点垂直于公切面(相当于点与点接触)。
　演示实验5：
　A．用橡皮筋悬挂着的电灯泡
B.用电线悬挂着的电灯泡 ,完成表格中的内容（加括号的内容）。
　　
内容 弹力方向 施力物体 施力物体形变的方向 施力物体恢复形变的方向 受力物体形变的方向
电灯对电线的拉力 （向下） （电灯） （向上） （向下） （向下）
电线对电灯的拉力 （向上） （电线） （向下） （向上） （向上）
结论：拉力是弹力，方向总是沿着绳而指向绳收缩的方向。
例2．请在图3—2—3中画出杆及球所受的弹力．
(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3—2—4所示．
(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．
三、胡克定律
演示实验6：三个弹簧，两个一样。不一样的两个弹簧上挂一个质量相同的钩码，另一个挂两个钩码。
师：弹簧弹力的大小与哪些因素有关？
生：与形变量有关，与弹簧本身有关。
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3—2—6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．
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
200g、50g的钩码各一盒，选择50g钩码来做这一实验．(想一想，为什么 )(参考答50kg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50g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3—2— 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．
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F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A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．
例3．一根轻质弹簧，当它受到10N的拉力时，长度为12cm，当它受到25N的拉力时长度为15cm，问弹簧不受力时的自然长度为多少？该弹簧的劲度系数为多少？当受到20N的压力时，其长度为多少？（均在弹性限度内）
　　解析：有些同学往往把弹簧的原长、弹簧的长度、弹簧伸长的长度混淆起来。有的同学还把弹簧被压缩时的弹簧形变量与弹簧伸长量混淆起来。帮助学生形成认真审题、仔细分析的解题习惯，养成规范解题格式的习惯。
[课堂训练]
☆关于弹力产生的原因
1、下列说法正确的是
A、木块放在桌面上受到向上的支持力，这是木块发生微小形变而产生的
B、用一根细竹竿拨动水中的木头，木头受到竹竿的推力，这是由于木头发生形变而产 生的
C、绳对物体的拉力方向总是竖直向上
D、挂在电线下面的电灯受到向上的拉力，是由于电线发生微小形变而产生的
2、放在水平桌面上的书，在重力的作用下与桌面互相接触，由于书发生了微小的形变，产生了 对 的 力，其方向 。
☆弹力产生的条件
3、已知物体甲和乙之间有弹力的作用，那么
A、物体甲和乙必定直接接触，且都发生形变
B、物体甲和乙不一定直接接触，但必定都发生形变
C、物体甲和乙必定直接接触，但不一定都发生形变
D、物体中和乙不一定直接接触；也不一定都发生形变
☆对弹力的理解
4、关于弹力的下列说法中，正确的是
A、只有发生形变的物体，才会对它接触的物体产生弹力
B、只有受弹簧作用的物体才受到弹力
C、通常所说的压力、支持力和绳子的拉力都是弹力
D、压力和支持力的方向总是垂直接触面
5、画出图中物体受力的示意图
☆对胡克定律的应用
6、 如图3—2—8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 …………………………………( )
A．弹簧的劲度系数为1 N／m B．弹簧的劲度系数为100 N／m
C弹簧的原长为6 cm D．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o，由此可知弹簧原长为6cm.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，在发现中锻炼究物理规律的能力．
课堂小结 理清思路
　　引导学生在小组分析讨论的基础上进行总结，帮助学生形成知识纲要，提高学习的水平。
　　【总结】a． 形变和弹性形变
　　b．弹力的概念
　　b．弹力的有无与弹力方向的
　　d．胡克定律的表达式，劲度系数的单位、符号及物理意义
　　e．确定弹簧弹力大小的计算
作业设计
1、阅读课文，回顾总结本节所学内容。
2、本节“问题与练习”：课后动手完成第1题；将2、3、4题完成在作业本上。
板书设计
教学后记
本节课通过实验探究，完成了弹力的产生条件和弹力与形变的关系的教学任务，课前准备的实验器材丰富了学生探究活动，给学生创造了更多的参与教学活动的机会。特别是弹力与形变关系的实验探究教学，实验器材的巧妙设计，大大增加了教学的趣味性，充分激发了学生探究的兴趣与欲望，达到了事半功倍的良好效果，使我认识到：真正完成好一节课的物理教学，必须增强实验意识，积极探索实验设计构思，使课堂教学真正符合新课程标准的思想和教学理念。
本节课留给学生充分的探究活动的时间，所以完成教学任务比较紧张，如果有关形变、弹力产生的条件和弹力方向的教学能更加紧凑，教学效果会更好。
九、教学反思
　　上完这一节课，回顾一下，有以下几点值得思考：
　　1．加强和改进实验教学，激发学生学习物理的兴趣
　　实验过程是学生积极观察、思考和探索的过程。通过实验，模拟物理知识发现的过程，让学生受到物理思想方法的教育。通过趣味、新奇的物理实验，激发学生发好奇心理，从而激发他们的思索的欲望。本课中设计了多个学生实验，演示实验和自主探究实验，将原本较为抽象、枯燥的思维活动转化为生动活泼、兴趣昂然的学习体验，让学生在以小课题研究为载体的研究性活动中，获得了知识、能力和情感方面的提升和发展。
　　2．巧妙设置问题，将课堂引向深入
　　教师的课堂提问是将知识引向深入的重要渠道，从引入新课到课后小结，尽力设计适当的问题。创造物理情境，进行有意识的引导，点拨，激发学生的求知欲，在本课的教学中，有几个关键性的设问对课堂内容的展开起到了推波助澜的作用。如力的作用效果有哪些：弹簧和橡皮泥的形变有什么不同之处：坚硬的物体会发生形变吗？如何观察桌子的微小形变？弹簧的劲度系数与哪些因素有关等。
　　3．学生自主、探究和合作学习能力的培养
　　本教学设计充分注重对生活的挖掘，积极贯彻新课程“从生活走向物理，从物理走向社会”的理念，也充分地注意从学生身边或社会实践活动中选取典型的素材，紧密结合学生已有的生活经验，使抽象的物理概念变成生动形象的认知对象，从而有效地降低了学习的难度。课堂教学中，由于学生自主探究的时间较难驾驭。因此，这节课的授课中在时间的调控上显得尤为重要，对教师的课堂驾驭能力提出了很高的要求。
B
b
a
a
b
a
b
A
a
b
b
a
b
a
b
D
C
B
§3 弹力
一、弹力产生的条件：
弹性形变的物体，要恢复原状对接触物的力。
接触
产生条件
形变（弹性形变）
二、弹力的三要素
1、 作用点：
2、 方向：与施力物体形变方向相反，指向恢复原状的方向。
3、 大小：
弹簧在弹性限度内，弹力与形变量成正比----胡克定律。即：F=kx
K：劲度系数，简称劲度 单位：N/m 反映弹簧的软硬程度，由弹簧本身决定。
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