第一节探究形变与弹力的关系教案一、教学目标1．知道常见的形变，通过实验了解物体的弹性。2．知道弹力产生的原因和条件。3．知道压力、支持力和绳子的拉力都是弹力，会分析弹力的方向，能正确画出弹力的示意图。4．通过实验探究弹力和弹簧形变量的关系，理解胡克定律，了解科学研究方法。5．了解弹力在生产和生活中的应用，体会物理与生产和生活息息相关。二、重点、难点重点：弹力的方向和大小；难点：物体间有无弹力的判断以及弹力的方向。三、教学过程（一）认识形变对于形变，同学们都不陌生吧。就像我手上的一根弹簧，我用力拉它时，它就会变长，这是一种形变。如果我用力压一根尺子，它也会变弯，这也是形变，如果换成一个气球，我用力挤它的话它就会变扁，这些都是形变。形变在我们的生活中随处可见，下面一组图片都是我们生活中常见的形变。我们把物体形状或体积的变化就叫做形变．这些发生形变的物体都是比较软的，如果是坚硬的物体呢，会不会发生形变？例如我们的讲台，同学们能观察到它的形变吗？或者你用力握住喝水的杯子的时候，你感觉到它的形变了吗？讲台、水杯的形变都是非常微小的，是肉眼观察不到的，但形变确确实实发生了。现在我这里有一个装置，玻璃瓶里面装满了红色的液体，如果我用力握住它，大家观察注意加一个白色背景，颜色对比分明有利于观察到什么？生：液面升高了师：我们看到了液柱上升了，可以说明？说明玻璃瓶发生了形变，它的容积变小了，所以液面上升了。如果我把这个玻璃瓶放在桌面上，这时候桌面有形变吗？如果桌面的材质足够薄，那么，它就会断。但是我们看不出桌面产生了变化，我们可以用另外一个实验来证明它的形变，就是我们书上讲的光线放大法。
我们一起来观看这个动画。（在一个大桌上放两个平面镜M和N，让一束光依次被这两面镜子反射，最后射在刻度尺上形成一个光点。用力压桌面，观察刻度尺上光点位置的变化。）这个实验跟我们前面讲的玻璃瓶，都是应用了放大法来观看微小形变。同学们看回课本，书上的图片列举了几种形变，有拉伸形变，压缩形变，弯曲形变等等，这是从形变对外表现形式来分的，可以分为……而从形变能否恢复原状又可以分为弹性形变和非弹性形变，弹簧的形变就是弹性形变，而橡皮泥，用力压它之后它是不会恢复原状的，这种形变就是非弹性形变，也就范性形变。（二）弹性与弹性限度弹簧受力时会发生形变，撤去外力后，会弹回，恢复到原来的形状，这样的形变就是弹性形变。我们看一下弹性形变是怎么定义的。一个物体受到外力作用后都会产生形变，撤去外力后，物体能完全恢复原状的形变，我们称之为弹性形变。如果一个物体能够恢复原来的形状，我们就说它具有弹性。那么弹性形变是不是可以无限大呢？当然不是，如果你用太大的力去压一根尺子，它会被你压断。所以弹性形变是有一个限度的，超过了这个限度，它就再也不能恢复原状了，这个限度就叫做弹性限度。（三）探究弹力现在大家看我手上的这根弹簧，我用力拉它的时候，它变长了，发生了形变，我一放手它就弹回，说明我在拉它的时候，它是想要恢复原状的，这时候会产生一个力。这个力的施力物体是弹簧，受力物体是我的手，为什么弹簧会产生这个力呢？因为它产生形变，想要恢复原状，所以才有了这个力。而受力物体是我的手，因为是我使它发生了形变。这个力是由于它要恢复原状才产生的，我们就把这个力称为弹力。弹力——
产生形变的物体由于要恢复原状，会对与它接触的物体产生力的作用，这种力称为弹力。从定义中我们能不能得出弹力产生的条件是什么？生：……如果我不碰这个弹簧，它还会产生弹力吗？显然是不会，全班同学跟这个弹簧都没有接触，它跟你们之间是不会产生弹力的，所以首要条件是要接触。那是不是相互接触的物体就一定会产生弹力？例如两个粉笔盒放在一起，接触了，他们之间有弹力吗？是没有的，所以要有弹力，还要发生弹性形变。也就是要有挤压，有挤压就有形变，有形变就有弹力。所以产生弹力必须满足以下两个条件，缺一不可。①物体间相互接触②接触处发生弹性形变简单用4个字概括就是接触挤压。现在我们就可以来判断两个物体间有没有弹力，如果同时满足这两个条件，他们就有弹力，如果不满足，就没有弹力。看ppt上的图，一个水平光滑平面跟一个倾斜的平面，上面放着一个小球，小球是静止的，判断一下球跟两个平面间有没有弹力的作用？（在黑板上画图）我们可以看到这个球跟两个平面都有接触，满足了第一个条件，那他们之间有没有发生形变呢？我们不容易看出来。这时候我们用假设法来判断，如果我们假设水平面不存在，那么这个球会怎样？生：会掉下来对，现在我把这个水平面去掉，球就掉下来了，所以要使这个球能静止，水平面必须对球有一个拖的作用，因此他们之间是有弹力的。那球与倾斜的平面之间有没有弹力呢？生：有。没有。……同样的，如果我把这个倾斜的平面去掉，球会怎么样？它还是静止在那里，没有变化，说明倾斜平面跟球之间是没有力的作用的。这是一种假设法。我们也可以假设倾斜平面跟球之间是有弹力的，那么球受到了重力，水平面的支持力，还有斜面的力，总共受到了3个力。这样三个力球还能静止不动吗？这三个力显然是不平衡的，跟我们的题意不符合，所以这个假设是错误的。球与倾斜面之间是没有弹力的。
F2GF1现在我们继续判断下图中物体间有无弹力作用。图1：球A与球B之间有无弹力？球A与竖直墙面有无弹力？图2：小球与竖直挡板间有无弹力？图3：小球与斜面间有无弹力？图4：小球与斜面间有无弹力？现在我们已经两个物体间有没有弹力了，接下来我们就要对这个力进行分析。对一个力的分析主要从它的哪些方面进行分析？生：力的三要素。力的三要素是？生：……弹力的方向现在我们就先来研究弹力的方向，一个粉笔盒放在桌面上，粉笔盒与桌面之间有没有发生形变？所以他们之间是有弹力的。这个粉笔盒它受到一个向上的力，这个力是谁产生的？为什么桌面会产生这个力？因为粉笔盒与桌面间发生了形变，用夸张法把这个形变表示出来，桌面向下凹陷，这个时候它就要恢复原状，向哪里恢复呢？当然是向上恢复，于是它就产生了向上的弹力。要清楚这个力的施力物体是桌面，受力物体是粉笔盒，方向是向上的，实际上也就是粉笔盒受到的支持力。（作图特别注意夸张分析形变的发生，形变恢复的方向，受力物体和施力物体分别是什么？指向哪）
再看一下，桌面有没有受到弹力？也是有的。这个力的施力物体是粉笔盒，因为粉笔盒发生了形变，它要恢复原来的形状而产生的，我们也把它的形变夸张画出来，粉笔盒的下表面凹进去，它要恢复原状，必须往哪里恢复呢？当然是向下，所以粉笔盒就产生了一个向下的弹力，受力物体是桌面，实际上就是桌面受到的压力。（作图）这两个力一个向上一个向下，跟他们的接触面是垂直的，支持力指向被支持的物体，压力指向被压的物体。用一句话概括就是压力（支持力）的方向总是垂直于接触面而指向被压（被支持）的物体。大家看我手上的这根绳子，我用力拉它的时候，它有没有发生形变？所以它是有产生弹力的。那么弹力方向又是如何呢？绳子被拉伸，要恢复原状，它对我右边的手的弹力是向……？是向左的。而另一端，对我左边的手的弹力是向右的。因为绳子被拉伸，它要向中间缩回来，所以我们说绳子的拉力是沿着绳子而指向绳子收缩的方向。我们刚刚说的压力，支持力，拉力，实质上都是弹力，而他们又有各自的特点，同学们能不能总结出弹力的方向？我给大家一点提醒，弹力是由于要恢复原状而产生的，那么弹力的方向可能跟形变的方向有什么关系呢？总结出一句话就是：指向施力物体形变恢复的方向。大家看黑板，桌子向下凹陷，它要向上恢复原状，因此它产生的弹力是向上的；粉笔盒向上凹进去，它要向下恢复原状，所以它的弹力是向下的；绳子向两端拉伸，所以它要向中间缩回，它的弹力是指向收缩方向的。下面我们再来看看几种接触情况弹力的方向：还是粉笔盒的例子，……如果把粉笔盒放在斜面上呢？这时候粉笔受到的弹力又是怎样？还是向上的吗？应该是与斜面垂直，指向粉笔这个受力物体的。这两个例子的物体都是以平面与平面的形式接触的，他们之间的弹力都是垂直于接触面，并且指向受力物体。
再看这种情况，放在地面上的一个篮球，它受到的弹力应该是？这个时候球跟地面的接触是相切的，接触点也就是他们的切点，所以形变是发生在这个切点上的，弹力的方向就应该过这个接触点指向上的。这种情况是以点与平面的形式接触的，它的弹力方向是过接触点垂直平面指向受力物体。第二个的球应该受到多少个弹力？方向分别如何？第三个图是放在直角墙面的一根杆，它的受力又是如何的？杆与两个墙面的接触也是点与平面的形式接触的，所以也是过接触点垂直于平面指向受力物体。还有下面这种情况，一个半球形的碗里面放着一个鸡蛋，那么鸡蛋受到的弹力应该是？鸡蛋跟碗都是两个球体，它们是相切的，只有一个交点，那弹力是不是只要过这个接触点，指向哪个方向都可以？当然不行。两个相切的球体，我们可以找到它们的公切面，弹力除了要经过切点，还要垂直于它们的公切面。这是点与点接触的情况。第二个图，球A应该受到多少个弹力？总结我们前面所讲的弹力的方向，可以分为物体接触面的弹力（包括压力、支持力）和绳子的拉力。物体接触面上的弹力又有三种不同的接触形式，分别是面面接触，点面接触和点点接触。只要理解了弹力是如何产生的，判断弹力的方向就轻而易举了。现在尝试画出下面两个球受到的弹力。（讲解第一个，剩下两个留课后练习）
（四）胡克定律知道了弹力的方向，我们再来看看弹力的大小又是如何的。如果我用力压讲台，这个压力到底有多大，我也不知道。研究弹力的大小，最简单的模型就是弹簧。初中时我们都知道弹力越大，弹簧的形变就越大，那么弹力的大小跟弹簧的长度之间是否存在某种关系呢？很多年前有一个人已经对此进行了研究，他就是？所以我们就把这个结论称为胡克定律。同学们把胡克定律的内容读一下：在弹性限度内，弹簧弹力F的大小与弹簧的伸长（或缩小）量x成正比。用公式表达为：F＝kx．其中的x表示什么？是弹簧的长度吗？不是。是弹簧的形变量，也就是伸长或压缩的长度，是被拉伸之后的长度减去它的原长，而不是总长度。k指的是什么呢？是弹簧的劲度系数。把这个公式变形，可以得到，F是力，它的单位是N，x是形变量，它的单位是m，所以k的单位应该是N/m．那是不是力F越大，k就越大；或者说x越小，k就越大？要注意，k是弹簧的劲度系数，只跟弹簧本身有关，取决于弹簧的形状、大小、长短、钢丝的线径、材料等等，这个量反映了弹簧的特性，而跟力的大小或形变量的大小是没有关系的。这个公式的应用是要满足一个前提条件的，就是在弹簧的弹性限度内，超过了它的弹性限度，它就不能恢复原状了，就不再满足这个关系了。计算下面这道练习题。练习1关于胡克定律的下列说法，正确的是（）A．拉力相同、伸长也相同的弹簧，它们的劲度系数相同B．劲度系数相同的弹簧，弹簧的伸长相同C．知道弹簧的劲度系数，就可以算出任何拉力下的弹簧伸长D．劲度系数和拉力、伸长量没有关系，它只决定于弹簧的材料、长度、弹簧丝的粗细练习2．在弹簧下端挂一2.5N重的物体时，弹簧伸长量0.5cm，弹簧的劲度系数为_____
N/m：若挂在弹簧下端的物体的重力为25N提示前提条件是在弹簧的弹性限度以内时，该弹簧伸长量为________m，此时弹簧的劲度系数是__________N/m。五、流程设计一、认识形变1．定义微小形变的观察2．分类二、弹性与弹性限度弹性形变弹性弹性限度三、探究弹力1．定义2．产生条件：接触挤压3．判断有无：假设法实例分析4．方向①压力、支持力②绳子拉力总结：指向施力物体形变恢复的方向几种接触方式的弹力：①面面接触②点面接触③点点接触实例分析四、胡克定律F=kx强调x是形变量，强调k六、作业P541，2，3，5，6题
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