高中物理人教版必修第一册3.1 重力与弹力 教案

2019-2020年人教版必修一3.2《弹力》WORD教案2★教学目标(一)知识与技能1.知道弹力是接触力，本质是电磁力。2.知道形变、弹性形变的概念，理解弹性限度3.知道什么是弹力，掌握弹力产生的条件4.知道压力、支持力、绳的拉力都是弹力，会确定它们的方向5.知道弹簧形变与弹力的关系，掌握胡克定律(二)过程与方法6.观察演示实验，把看到的现象与已有的经验结合起来，细细体会弹力的产生。7.通过观察桌面微小形变的演示实验，体会物理研究中的放大思想。8.在实验中学会数据的处理能力。(三)情感态度与价值观9.在探究物理规律的过程中，感受学习物理的乐趣，把亲自探究出的规律与平时对弹力的认识相结合，体会物理规律的价值10.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★教学重点1.弹力产生的条件及方向的判定2.胡克定律★教学难点1.弹力有无的判断及弹力方向的判断★教学过程设计思路：1、据上节内容复习形变概念；2、提问什么样的物体能发生形变及手压桌面、推墙是否有形变；3、 演示实验：放大桌面微小形变；逻辑推理结合实验给出结论：任何物体均能发生形变；1、根据生活观察归纳总结出弹性形变与范性形变。2、提问什么物体发生的弹性形变，演示手拉直弹簧引出弹性限度。提问橡皮泥上放蚂蚁体会弹性限度；3、感觉体会三个实验，得出弹力概念，并总结弹力产生的条件；4、弹力产生的实验分析；5、通过让学生到黑板创作图，纠正物体同时受支持力与弹力的错误观点，总结日常所说的压力、支持力、拉力等从性质上讲均为弹力；6、弹力有无及弹力方向的判断；7、实验探究得出胡克定律并运动；8、提出疑问并总结弹力与四大基本作用力的有关系。一、形变师：前面的学习中我们已经了解到力可以使物体发生形变，大家还记得什么是形变吗？生：如果物体的形状或体积发生变化，那么我们说物体发生了形变。师：很好！大家都知道了形变的概念，那大家知道什么样的物体能发生形变吗？学生思考回答，大部分答案都是我们日常生活中见到的能发生明显形变的物体师：刚才大家举了好多例子，那我来问大家一个问题：如果你用手去压桌面或推墙面，桌面和墙面会发生形变吗？生：不知道，看不出来。师：好，现在我来做一个演示实验，请大家仔细观察，告诉我通过这个实验，你能发现些什么？演示实验：演示桌面微小形变（没有仪器也可以简单一点：用激光灯照射桌面上的一块小镜子，挤压桌面，会发现被反射到天花板上的亮点有明显的移动。）师：刻度尺上的光点为什么会上下移动呢？有同学能画出实验中激光的光路图吗？让几个学生上黑板画光路图，其余学生在各自座位上作图，教师巡视并指导。 师：原来是桌面发生了形变导致平面镜倾角发生了变化，平面镜角度变化致光点上下移动。由此可见：我们用手压桌面时，桌面是发生了形变，只不过形变比较微小，肉眼看不出来，刚才的这个演示实验可以把这个微小变化进行放大。播放视频文件及原理解析动画师：将微小的变化放大，是物理学研究问题中常用的方法，大家还可以看课本中“有机玻璃的形变”这张图，多多体会放大思想，在以后的探究实验中学会运用这种思想。课后思考：当你用力握一个圆底玻璃瓶时，玻璃瓶发生形变了吗？如果发生了形变，你可以设计一种方法把这肉眼看不见的形变放大吗？解决方法：取一只玻璃瓶（圆底），里面盛满水，用穿有透明细管的橡皮塞封口，使水面位于细管中，用手捏玻璃瓶，可以看到透明细管中水面上升，说明玻璃瓶在手的作用下发生了形变。观看视频演示师：通过刚才的演示实验，我们应该可以得到一个结论：任何物体均能发生形变，不能发生形变的物体是不存在的。只不过有的物体形变比较明显，有的则比较微小，不容易观察。对于不易观察的微小形变，我们可以设计实验将微小变化放大。师：其实对于微小形变，大家也可以根据日常生活经验，运用逻辑思维进行体会，如： 把一个小铁块放在一把塑料尺上，塑料尺的两端担在书上，则很明显地看到了塑料尺的形变，如果现在把铁块质量减小，则形变会小些，继续减小，则形变会越来越小，当质量小到一定程度时塑料尺的形变就看不出来了，但我们知道只要物体有质量，塑料尺就有形变，只不过很微小罢了。师：下图让我们一起来看看日常生活中一些常见的形变。多媒体展示图片师：我们来看下面的两个形变：1、人走在木板上，木板会弯曲，人走后，木板恢复原状。2、人脚踩在湿泥地上，留下一个脚印，人走后，不会恢复原状。师：这两个形变之间有什么区别呢？生：一个发生形变后能够恢复原状，一个不能恢复原状。弹性形变：撤去使物体发生形变的外力后，物体能够恢复原状的形变叫做弹性形变（如木板）。不能完全恢复原状的形变叫做范性形变(或塑性形变)（如泥地上的脚印）。让学生举例生活中其它的弹性形变和范性形变弹性限度：师：那我问大家一个问题：弹簧发生的形变是什么形变呢？弹性形变还是范性形变？生：应该是弹性形变吧？师：我想大部分人都是这个答案，大家都看到了，弹簧发生形变后能够恢复形变。但大家有没有想过这样一种情况，如果我用很大的力去拉弹簧并且把弹簧拉直了。那弹簧还能恢复原状吗？生：不能了！师：那这个现象说明什么呢？生：说明物体发生弹性形变有个范围，如果超过这个范围就会发生范性形变弹性限度：物体能够发生弹性形变的最大限度叫做弹性限度。师：橡皮泥发生的形变是什么形变呢？生：范性形变，捏变形了就恢复不过来了。师：如果我在橡皮泥上放一只蚂蚁，则橡皮泥肯定有形变，那蚂蚁爬过之后，橡皮泥这个微小形变能恢复吗？ ………………总结：1、每个物体都能发生弹性形变和范性形变，只不过它们的弹性限度不同。2、在我们研究的问题中一般认为物体的形变就是弹性形变。二、弹力感受体会1师：我们现在一起来进行下面的操作：用手扯住弹簧的两端，在弹簧的弹性限度范围内拉动弹簧，使弹簧发生形变。在操作的同时，用心体会一下手与弹簧之间的相互作用。师：根据力的定义，我们知道弹簧与左右手之间有力的作用，那同学们知道弹簧对左手的力是向哪个方向的？对右手的力又是向哪个方向的？生：对左手的力向右手方向，对右手的力向左手方向。师：为什么是这样的方向呢？生：我想是因为物体发生弹性形变后，由于要恢复原状而把两手向中间扯。2师：把一把尺两端架在两等高书堆上，中间悬空，用手指向下压悬空部分，使其发生形变。用心体会一下手与尺之间的相互作用。师：尺对手指的作用力向什么方向？生：方向向上。师：为什么方向会向上呢？生：因为尺发生的弹性形变，由于要恢复原状，会对手指有向上的力的作用。3师：两手拇指根处相互挤压，发生形变。用心体会两手间的相互作用。师：左手对右手的力向什么方向？右手对左手的力向什么方向？生：左手对右手的力向右，右手对左手的力向左。师：为什么是这样的方向呢？生：因为两手相互挤压时均发生了形变，为了恢复原状，左右手相互往外推。综上：像上面3例中弹簧对手的力，直尺对手的力，两手之间的相互作用力等这些因为物体发生了弹簧形变要恢复原状而对与之接触的物体产生的力的作用叫做弹力。弹力： 发生弹性形变的物体由于要恢复原状，对与它接触的物体有力的作用。这种力叫做弹力。弹力产生的条件：1、两物体相互接触。（接触力）{只有自己发生形变而没有跟它接触的物体也是没有弹力的，比如太空中吹气球，人长大，衣服不变，有束缚感}2、接触处产生弹性形变。弹力产生实例分析：下面我们来分析这样三个实例1、一本书平放在水平桌面上，我们来研究书本和桌面的形变及产生的弹力。师：两物体接触并挤压了吗？生：是的！师：那哪个物体发生了形变了呢？生：既然是相互挤压，那应该是都发生了弹性形变,只不过形变比较微小。师：很好！师：那书和桌面的形变方向是如何的呢？生：因为相互挤压，所以桌面产生向下的形变，书本被挤压得发生了向上的形变。师：好，我们现在先来研究桌面的形变。桌面发生的形变是向下的，为了恢复原状，它就要向上挺，这时就会对跟它接触的物体书本产生一个向上的力。师：再来研究书本的形变，书本被挤压得产生了向上的形变，为了恢复原状，它就要向下挺，这时会对跟它接触的物体桌面产生一个向下的力的作用。（这里同学们可能会有一个疑问，桌面向下凹，书本向上凹，那中间不是空了吗？其实真实情况不是那样的，同学们可以看看自己两只手掌肉多处的挤压或两个海绵的挤压就能大体了解形变情况了，再说了，书压桌面能把桌面压得凸出来吗？）2、绳子下面吊着一个匀质铁球。分析：同上，绳子与铁球的接触处都发生了形变，绳子被拉长，发生向下的形变，铁球同样被拉长，发生向上的形变。所以，绳子发生形变后要恢复原状会对铁球有一个向上的弹力。铁球发生形变后要恢复原状会对绳子产生一个向下的弹力。 3、人在水平面上推木箱。分析：人手与木箱相互挤压，人手发生弹性形变要恢复原状就会对箱子产生向前的弹力，箱子发生形变就会对人产生向后的弹力。判断正误：1.相互接触挤压的物体均产生形变。2.弹力的方向与产生弹力物体的形变方向相反。3.弹力是施力物体发生形变产生的。4.物体形变的方向与使物体发生形变的力的方向相同。以上结论均正确，让学生好好体会。mgN关键作图：一本书平放在水平桌面上，求分别作出书本和桌子的受力示意图。mgNNN作图过程中肯定有不少同学会出错，以书本受力图为例，不少同学肯定会认为书本受三个力：重力、支持力、桌面对书本的向上的弹力。教师一定要指出以前所学的压力、支持力、拉力、推力等从本质上讲均是弹力，压力、支持力、拉力、推力这些名称是从效果上来命的（古有白马不是马传说，可类比看）结论：以前所学的压力、支持力、拉力、推力等从本质上讲均是弹力，压力、支持力、拉力、推力这些名称是从效果上来命的。弹力有无的判断：一、直接判断1、两物体是否相互接触。2、接触处是否产和弹性形变。二、假设存在法例、光滑水平面上AB两物体紧挨着保持静止，则它们之间有弹力吗？ ABAB解：直接判断法无法判断出，因为你根本看不出它们之间是否有弹性形变。可以用假设法。假设AB之间有挤压，则A对B有向右的弹力，B对A有向左的力。真是这样，则AB均不能保持静止，与题设矛盾。所以没有挤压。三、隔离法将相互接触的两个物体中拿走一个，看对另一个物体是否有影响AB取走B球后，A仍静止，运动状态未变化，可以断定AB之间原来没有作用力。A提醒：以上三种方法视情况而定，不一定适用于所有情况。例1、关于弹力的产生，下列说法正确的是（D）A.只要两物体接触就一定有弹力。B.只要两物体相互吸引就一定有弹力。C.只要有形变就一定有弹力。D.只有发生弹性形变的物体才会对跟它接触的物体产生弹力的作用。例2、试判断下列各情况小球的受力情况。 弹力方向的判断：1、两平面接触：垂直于接触面。2、点面接触：垂直于面。3、点点接触：垂直于公切面。 4、轻绳（不计质量）：沿绳子收缩的方向。5、轻杆（不计质量）：不一定沿杆的方向。例3、分析球受到的弹力。μ=0解: μ=0例4、分析下图中A点的受力情况ABC 解：假设AB不在会怎样，AC不在会怎样，或联想到人的手臂。ABC三、胡克定律我们知道弹力是由形变产生的，在弹性限度内，形变越大，弹力就越大。形变消失，弹力消失。弹力与形变之间的定量（说明定量与定性区别）关系一般是比较复杂的。但也有比较简单的，比如弹簧。现在我们就来研究弹簧的形变量与产生的弹力之间的关系。请大家来自己来设计一个实验，寻找弹簧的弹力与弹簧形变量之间的关系。学生设计实验，然后分组实验参考实验如图所示，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1mm，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。实验步骤:(1)组装器材(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。(6)图象法处理数据：下面是几组实验数据，大家能不能从中发现一些规律呢？实验一、（用弹簧A）原来长10cm形变量弹力2cm0.5N4cm1N6cm1.5N挂重物0.5N时，弹簧长为12cm挂重物1N时，弹簧长为14cm挂重物1.5N时，弹簧长为16cm………………实验二、（用弹簧B）原来长10cm形变量弹力2cm1N4cm2N6cm3N挂重物1N时，弹簧长为12cm挂重物2N时，弹簧长为14cm挂重物3N时，弹簧长为16cm……………………分析总结：从这里可以看出，对于同一根弹簧，弹力与形变量是成正比的，对于不同的弹簧，弹力与形变量的比值是不同的。作图分析（略）胡克（英国）定律： 实验表明：弹簧发生弹性形变时，产生的弹力大小F与弹簧伸长（或缩短）的长度x成正比即：公式：（k称为劲度系数，x为形变量——现在的长度与原来长度的差）劲度系数：单位是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5、一根长6cm的橡皮条上端固定，下端挂0.5N物体时长度为8cm，要再拉长1cm则再挂多重物体？劲度系数是多少？解：根据胡克定律有：第一次第二次因为要再拉长1cm，所以第二次长度为9cm.有两式相消可以得到=0.75N。比原来的重了0.25N，所以要再挂0.25N的物体。劲度系数为k=25N/m师：对于劲度系数k=25N/m，你能说出它告诉我们些什么信息？生：它表示弹簧的形变量每变化1m，弹簧的弹力将变化25N。师：上题中：第一次长度为8cm，弹簧弹力为0.5N；第二次再拉长1cm，即形变量增大1cm，则根据k的定义知形变量变化1cm则弹力变化0.25N，所以再拉长1cm需再加0.25N的物体。例6、量得一只弹簧测力计3N和5N两刻度之间的距离是2.5cm，求1、求3N刻度与零刻度线之间的距离。2、该弹簧的劲度系数。解：例7、取一只玻璃瓶（椭圆形底），里面盛满水，用穿有透明细管的橡皮塞封口，使水面位于细管中，用手捏玻璃瓶，可以看到透明细管中水面上升和下降，说明玻璃瓶在手的作用下发生了形变。问：捏扁的一面，水面上升还是下降？捏凸出来的一面，水面是上升还是下降？解：根据周长一定，圆形面积最大，可知：压扁的一面，水面上升；压凸的一面，水面下降。 四、疑问：上节课的学习中，我们知道自然界有四种基本相互作用，那今天学习的弹力属于哪一种呢？自然界的四种基本相互作用是不需要物体相互接触就能起作用的，但是今天学习的弹力是物体与物体接触时才产生的，是接触力。是怎么回事呢？原因现在我们不讲，等同学们以后进入更高的学府去了解。但结论大家要知道：弹力是接触力，接触力从本质上可以分为弹力和摩擦力，接触力本质上是电磁力引起的，思考题：如图5所示，两个原长相同，劲度系数分别为k1和k2的弹簧互相串联和互相并联后总的劲度系数各为多少？  解析：①当串联时，受拉力F作用后，弹簧的伸长量各为：x1、x2，总伸长量为x，据胡克定律有：x1=F/k1，x2=F/k2    所以，串联时弹簧的总劲度系数k为：   ②当并联时，弹簧组受拉力F后，两弹簧的伸长量相同，即：  x1=x2=x，  据胡克定律有：F1=x1k1，F2=x2k2，F=xk，  又因F=F1+F2，有：xk=x1k1+x2k2，  得：k=k1+k2。  所以，并联时弹簧组的总劲度系数：k=k1+k2。