2022年高中物理必修第一册3.1 重力与弹力 教案

探究实验探究弹力与形变的关系物理现象观察小明的爸爸是个警察，有一次他去找爸爸，刚好看到他爸爸与很多警察叔叔正在进行爬墙和跳围墙训练。只见一个警察叔叔在一高高的“围墙”前，站在特制的弹簧跳板上，用力连续的向下蹬了5、6下，“嗖”的一声就跳上了围墙。提出问题1．如果警察叔叔站在跳板上只蹬一下他能跳上围墙吗？2．弹簧跳板对警察叔叔产生的弹力与弹簧形变量（压缩量）是       关系吗？猜想与假设1．只蹬一下不一定能跳上围墙。经验依据：                         。2．弹簧产生的弹力与其发生的形变量成正比。经验依据：                         。设计实验1．实验目的：探究弹力与形变的关系；计算弹簧的劲度系数。 1．实验器材：铁架台（带铁夹、横梁）、弹簧或弹簧秤（带挂钩）、已知质量为ｍ的钩码一盒（相等）、直尺、托盘、长木板、天平。2．实验原理：弹簧产生的弹力与弹簧的伸长量或压缩量有关，弹簧产生的弹力就是对重物的拉力或支持力，重物    时，重物所受拉力或支持力F等于其重力G，即F＝G＝ｍｇ，当弹簧上所挂重物的质量不同时，弹簧伸长量不同，测出其相应伸长量，如果各次弹力之比F1：F2：F3：F4：F5等于各次伸长量之比X1：X2：X3：X4：X5，则可得出：                              。                        图（一）  图（二）进行实验              1．按图（一）装好铁架台和铁夹，将弹簧的一端挂在铁架台的横梁上。2．用直尺测出弹簧没有挂重物时的长度L0。3．在弹簧下端挂上一个钩码，并用直尺测出此时弹簧的长度L1，填入表（一）3．用同样的方法在弹簧的下端挂上2个、3个、4个、5个钩码，并用直尺测出弹簧相应的长度L2、L3、L4、L5，并填入表（一）。4．计算出X1＝L1－L0、X2＝L2－L0、X3＝L3－L0、X4＝L4－L0、X5＝L5－L0，并填入表（一）。5．求各次弹力之比F1：F2：F3：F4：F5和各次伸长量之比X1：X2：X3：X4：X5，并进行比较。6．用天平称出托盘的质量，记为ｍ0，按图（二）所示，将弹簧下端接在水平长木板上，上端放托盘。 1．按前面第3、4、5、6、7步聚，在托盘上分别放1、2、3、4、5个钩码，测出各次弹簧的压缩量Xｎ，，（注意：弹簧弹力Fｎ，＝ｎｍｇ＋ｍ0ｇ，Xｎ，＝L0－Lｎ，，其中ｎ＝1、2、3、……），并填入表格（二）中。2．求出比值F1，：F2，：F3，：F4，：F5，和X1，：X2，：X3，：X4，：X5，，并进行比较。3．换用不同的弹簧进行测量，并进行比较。4．整理仪器，分析表格，得出结论。      表（一）               表（二）次数弹 力（N）弹簧长度（ｃｍ）弹簧伸长量次数弹 力弹簧长度（ｃｍ）弹簧压缩量1F1＝L1＝X1＝1F1，＝L1，＝X1，＝2F2＝L2＝X2＝2F2，＝L2，＝X2，＝3F3＝L3＝X3＝3F3，＝L3，＝X3，＝4F4＝L4＝X4＝4F4，＝L4，＝X4，＝5F5＝L5＝X5＝5F5，＝L5，＝X5，＝ 其中：L0＝   ｃｍ，ｍ0＝   ｋｇ。分析与论证1．请把上面表格填写好。2．通过计算，你会发现，弹簧的弹力之比与弹簧的伸长量或压缩量之比    ，则可得出                               。 1．你可进一步计算出弹簧的劲度系数K，即弹簧的弹力与形变量之比，并可知K与            有关，与           无关。评估回顾以上操作，分析实验中操作错误的原因及影响实验结果的因素：1．一定要选用质量标准的钩码。2．用直尺和天平测量时，读数方法不恰当，会给计算结果带来直接影响。3．弹簧所挂钩码的总重力不能使弹簧超出其        。4．你在计算劲度系数K时最好用图像法，即根据表格画出F――X图像，求出图像的斜率就行。5．你在读数时必须保证           是静止的。交流与讨论1．如图（三），用一较长的薄钢板尺，支柱它的两头，在其上放一重物，钢板尺发生弯曲，再加一个重物，弯曲得更厉害，请说说其中的道理，并说明如果是桥梁，怎样使它更安全些。                  2．一根弹簧，不挂物体时长15ｃｍ，挂上0.6ｋｇ的物体时长18ｃｍ，这根弹簧的劲度系数有多大？（ｇ＝10N/ｋｇ）                 图（三）3．弹簧原长为18.0ｃｍ，在其下端挂一重为0.5ｋｇ的物体时长为25.5ｃｍ，现将两个一样的弹簧都挂上0.6ｋｇ的物体后，再串联起来，竖直吊在天花板上，静止时两弹簧的总长度为多少ｃｍ？如图（四）。（ｇ＝10N/ｋｇ）                          小实验探究1．用电子门铃制作火灾自动报警器             材料：电子门铃（内已装电池）一具、日光灯起辉器两个、     按钮开关一个、导线若干。                 图（四）方法；将起辉器的玻璃外壳敲破。把两个起辉器并联起来，然后接入电子门铃的按钮开关处（与开关并联）就行。见图（五）。        电子门铃2．自制转柄变阻器                         材料：150ｍｍ×100ｍｍ薄木板一块、              按钮开关废电炉丝一条、50ｍｍ×10ｍｍ薄铁板 一块（无锈）、标有1.2ｖ的带灯座的小    起辉器    图（五）灯泡一个、电池一节、导线、图钉、钉子。方法：如图（六）所示，将电炉丝用图钉分成数段固定在木板上，图钉作为触点，把薄铁板的一端用铁钉固定在木板上，使它成为转柄。这就成了转柄变阻器。将它用导线与电池、灯泡连起来就行。                          图（六）   参考答案：探究实验三《探究弹力与形变的关系》提出问题： 2．正比猜想与假设：1．警察叔叔上跳的高度与弹簧跳板对他产生的弹力有关。      2．弹簧压缩越厉害，警察叔叔跳得越高。设计实验： 3．静止， 弹簧产生的弹力与其形变量成正比。分析与论证：2．相等， 弹簧产生的弹力与其形变量成正比。  3．弹簧本身， 重物等其它因素。评估：   3．弹性限度。 5．弹簧与重物。交流与讨论：1．钢板尺上放重物时，其受到压力而产生形变向下弯曲。形变量的大小与其所受压力成正比，所以重物越多，弯曲越厉害。对于桥梁，为了保证安全，增大承受力而形变量要小，必须增大桥梁的强度，跨度不能太大，增大厚度，用抗压、抗拉能力大的材料建造。      2．解：弹簧原长L0＝15ｃｍ，挂上重物时，弹簧弹力F＝ｍｇ＝0.6×10＝6N，弹簧总长L＝18ｃｍ。∴弹簧伸长量X＝L－L0＝3ｃｍ＝0.03ｍ又 ∵F＝KX  ∴劲度系数K＝3．解：由题意可知，弹簧原长L0＝18ｃｍ，当弹力为F＝0.5×10＝5N时，弹簧伸长量为X＝25.5ｃｍ－18ｃｍ＝7.5ｃｍ。 弹簧的劲度系数为K＝当两弹簧挂上物体串联后，前一个弹簧的弹力为F1＝5N×2＝10N，后一个弹簧的弹力为F2＝5N。∴前一个弹簧的伸长量为X1＝，后一个弹簧的伸长量X2＝∴弹簧的总长L总＝2L0＋X1＋X2＝58.5ｃｍ小实验探究：1．当某处起火时，该处的起辉器的弯曲双金属片伸展，从而接通电路，门铃发出音乐，即报警。多个起辉器可以放在房间各个需要的地方，使房间任何角落发生火情时都能报警。按钮开关起手动作用。      2．使用时只要转动手柄，使手柄的活动端与各图钉触点接触，这样电路中的电阻发生变化，从而控制灯泡的亮度发生变化。