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弹力教案

弹力教案

分类:高二物理教案   更新:2013/1/26   来源:网友提供

弹力教案

弹力整体设计教材分析1.形变:物体发生形变是力作用的结果,形变方式有形状及体积的改变,任何物体只要受到力的作用必发生形变,只不过有些形变程度很小,只有通过仪器及实验手段才能明显显示出来,在力的作用下不发生形变的物体是不存在的.形变的种类有两种:一种是弹性形变,一种是非弹性形变.2.弹力:弹力是接触力
弹力
整体设计
教材分析
    1.形变:物体发生形变是力作用的结果,形变方式有形状及体积的改变,任何物体只要受到力的作用必发生形变,只不过有些形变程度很小,只有通过仪器及实验手段才能明显显示出来,在力的作用下不发生形变的物体是不存在的.形变的种类有两种:一种是弹性形变,一种是非弹性形变.
    2.弹力:弹力是接触力,物体间产生弹力,两物体必互相接触且发生弹性形变,这两个条件缺一不可.两接触物体是否发生弹性形变,可用假设法来判定,若假设接触的物体间有弹性形变,则有弹力作用,若物体所处的状态与事实不相符,则假设不成立,无弹力作用.
教 学建议
    物体在力的作用下发生形变的情况应多演示几个实验,同时做好显示微小形变的实验.胡克定律应先通过演示实验让学生猜测,然后通过分组实验让学生探究,并比较各组所用不同弹簧F与x的比值不同.
     “演示实验”:课本上的演示实验可以先让学生根据初中知识分析,如果桌子在压力作用下发生形变,则会出现什么现象;反之,如果出现该现象,则说明了什么,而且,根据墙上光斑移动的方向判断桌子形变的方向,桌子形变的程度与施加压力的大小有什么关系.
     “思考与讨论”:课本上的思考与讨论,可以先演示形变明显的弹性绳的作用效果,让学生分析,再演示形变不明显的绳子的作用情况,然后让学生分析、讨论,最后总结完善.
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
    接触的物体是否发生形变及弹力方向的确定.
课时安排
    1课时
三维目标
    知识与技能
    1.知道什么是弹力以及弹力产生的条件.
    2.知道压力、支持力、绳的拉力都是弹力,能在力的示意图中正确画出力的方向.
    3.知道弹力大小的决定因素及胡克定律.
    过程与方法
    通过探究弹力的存在,使学生体会假设推理法及微量放大法解决问题的巧妙.
    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.
课前准备
    各种弹簧、橡皮筋(泥)、钢尺、细钢丝、微小形变演示、多媒体课件
教学过程
导入新课
    情景导入
    (课件展示)多媒体播放拉弓射箭、蹦极、跳水等情景:
          
射箭               蹦极                水[来源:学科网]
图3-2-1
    让学生试着回答以上动作的完成有什么共同特点.
    结论:都离不开物体的弹性作用.
    弹性物体对作用对象的作用我们称之为弹力,本节课我们就来研究弹力产生的条件及其方向的判定等系列问题.
    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.
    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?
推进新课
    一、弹性形变和弹力
    实验演示1:
    压缩弹簧、海绵,用手弯曲竹片,我们能明显地观察到什么现象?
    结论:看到形状或体积改变,我们就把物体形状或体积的变化叫做形变.
    情景设置:给学生提供不同的物体,教师引导学生使物体的形状或体积发生变化(设计意图:学生亲身经历探究过程,明确两类形变)
    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原状的形变,这种形变叫做非弹性形变.
    阅读(课件展示):
    凡物体受到外力而发生形状变化谓之“形变”.物体由于外因或内在缺陷,物质微粒的相对位置发生改变,也可引起形态的变化.形变的种类有:
    1.纵向形变:杆的两端受到压力或拉力时,长度发生改变;
    2.体积形变:物体体积大小的改变;
    3.切变:物体两相对的表面受到在表面内的(切向)力偶作用时,两表面发生相对位移,称为切变;
    4.扭转:一圆柱状物体,两端各受方向相反的力矩作用而扭转,称扭转形变;
    5.弯曲:两端固定的钢筋,因负荷而弯曲,称弯曲形变.
    【实验探究】 怎么才能够使物体发生形变呢?(分组合作进行实验探究、讨论,不难得出结论)
    结论:物体间相互接触并相互挤压.
    学生实验:鼓励大家自己使劲拉课下制作好的小弹簧,拉到再不能伸长为止.
    现象:弹簧被拉直后不能恢复原长.
    结论:如果形变过大,超过一定的限度,撤去外力作用后,物体就不能完全恢复原来的形状,这个限度叫做弹性限度.
    弹性限度微观解释(设计意图:教师引导提高的过程)
    教师精讲:铁丝在被拉伸过程中, 其形变与铜原子的引力范围有关.当铁丝被拉伸时,由于铁原子的引力,铁丝可以恢复到原来的长度,这属于弹性形变的范围;但是若继续拉铁丝,当铁原子间的距离拉得太大时,铁原子的引力不能使其恢复到原来的位置,这时铁丝就无法恢复到原长甚至会断裂.
    问题设置:发生弹性形变的物体有什么用途呢?
    引导学生举出弯弓射箭、撑杆起跳、拍打篮球、击打网球等例子.
    师生交流讨论以上例子的本质.
    结论: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.
    问题设置:任何物体都能发生形变吗?
    此时教师可以在桌子上放一本书,借此提问桌子会发生形变吗?
    (学生可能回答不发生形变)
    演示实验2:
    教师向学生作显示微小形变装置的简单介绍.
    实验:入射光的位置不变,将光线经M、N两平面镜两次反射,射到一个刻度尺上,形成一光亮点.如图3-2-2,让一学生用力压桌面,同学们会看到什么现象?[来源:Zxxk.Com]
    学生 会看到光点在刻度尺上移动.
 
图3-2-2
    学生分析:桌面有了形变,使M、N平面镜的位置发生了微小的变化.
    总结:我们通常用眼看到一些物体发生形变,还有一些物体眼睛根本观察不到它的形变,比如一些比较坚硬的物体,但是这些物体都有形变,只不过形变很微小.所以,一切物体都在力的作用下会发生形变.
    演示实验3:
     (课件展示)多媒体课件展示教材55页图3.2-2有机玻璃的形变.
    归纳:一块三角形有机玻璃压在另一块有机玻璃上,发生的形变很小,肉眼不能看出来.但是形变使有机玻璃内部不同部位的光学性质产生了差异,让特殊的光通过时,就完全可以看到这种差异.
    二、几种弹力
    事实上,只要两个相互接 触的物体相互挤压,就一定能产生弹力的作用.可见,弹力的产生需两个条件:直接接触并发生形变.
    常见的弹力除了以上讲到的外,还有支持力和拉力等.
    弹力的方向:一般情况下,凡是支持物对物体的支持力,都是支持物因发生形变而对物体产生弹力,所以支持力的方向总是垂直于支持面而指向被支持的物体.
     教师精讲:放在水平桌面上的书,由于重力的作用而压迫桌面,使书和桌面同时发生微小形变,书要恢复原状,对桌面产生垂直于桌面向下的弹力F1,这就是书对桌面的压力;桌面由于发生微小的形变,对书产生垂直于书面向上的弹力F2,这就是桌面对书的支持力.如图3-2-3.
          
图3-2-3                图3-2-4
    学生活动:静止地放在倾斜木板上的书,书对木板有压力,木板对书有支持力.指导学生并画出力的示意图.如图3-2-4.
    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.
 
图3-2-5
    引导学生分析静止时悬绳对重物的拉力及方向.如图3-2-5.
    引导得出:悬挂物由于重力的作用而拉紧悬绳,使重物、悬绳同时发生微小的形变.重物由于发生微小的形变,对悬绳产生竖直向下的弹力F1,这是物对绳的拉力;悬绳由于发生微小形变,对物产生竖直向上的弹力F 2,这就是绳对物体的拉 力.
    结论:拉力是弹力,方向总是沿着绳而指向绳收缩的方向.
课堂训练(课件展示)
    画出下列各静止物体的弹力(接触面光滑).
 
图3-2-6
    分析:弹力的方向总跟接触的面垂直,面与面接触,点与面接触,都是垂直于面;点与点的接触要找两接触点的公切面,弹力垂直于这个公切面指向被支持物.
    问题:像B图中,斜面与球间有无弹力?
    对小球状态进行分析:如果小球受到斜面弹力,小球在水平方向上不会静止,会向右运动,由此可判定小球不受斜面的弹力.这是判定相接触的物体间是否有弹力的基本方法,说明两接触物体接触但没有发生形变.
    分析完后,分别让学生画出弹力如图3-2-6.
    三、胡克定律
    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
 
图3-2-7
    如图3-2-7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200 g、50 g 的钩码各一盒,选择50 g钩码来做这一实验.(想一想,为什么?)(参考答案:50 g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衡,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50 g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3-2-8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.
 
图3-2-8
    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.
    通过以上的实验,我们可以得出怎样的结论?
    胡克定律:在弹性限度内,弹性体的弹力和弹性体伸长(或缩短)的长度成正比,即F=kx,其中k是劲度系数,单位N/m.
    例题有一根弹簧的长度是15 cm,在下面挂上0.5 kg的重物后长度变成了18 cm ,求弹簧的劲度系数.
    解答:已知弹簧原长为L0=15 cm=0.15 m,后来长度为L=18 cm=0.18 m,弹簧的弹力为5 N,伸长量为x=0.03 m,由胡克定律F=kx可知,k=F/x=166.7 N/m.
    答案:166.7 N/m
    说明:不同材料的弹簧劲度系数是不一样的,同一种材料的弹簧形状和长度不相同时,其劲度系数也是不一样的.[来源:Z_xx_k.Com]
课堂训练(课件展示)
    竖直悬挂的弹簧下端,挂一重为4 N的物体时弹簧长度为12 cm;挂重为6 N的物体时弹簧长度为13 cm,则弹簧原长为________cm,劲度系数为________N/m.
    解析:弹簧上悬挂物体时弹簧要伸长,由胡克定律得知:弹簧上的拉力与弹簧伸长量成正比,即F=kx,其中k为劲度系数,x为弹簧伸长量,x在数值上等于伸长后总长度减去原长L0,即x=L-L0.改变悬挂重物的重力,伸长量变化,这样可以列出两个方程,通过方程组可求出弹簧原长和劲度系数.
    设弹簧的原长为L0,劲度系数为k,设挂G1=4 N的重物时弹簧的长度为L1,挂G2=6 N的重物时弹簧的长度为L2,则L1=12 cm,L2=13 cm,由胡克定律得:
    G1=k(L1-L0)
    G2=k(L2-L0)
    代入数据解得:L0=10 cm,k=200 N/m
    即弹簧原长为10 cm,劲度系数为200 N/m.
    答案:10  200
课堂小结
    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,在发现中锻炼探究物理规律的能力.[来源:学。科。网]
布置作业
    1.教材第56页“问题与练习”2、3、4题.
    2.实验测量不同弹簧的劲度系数,给出原始数据,写出处理数据的过程.
板书设计
2  弹力
    1.弹性形变和弹力
    弹性形变:在外力停止作用后,能够恢复原状的形变.
    非弹性形变:在外力停止作用后,不能恢复原状的形变.
    弹力:发生形变的物体,由于要恢复原状,会对跟它接触的物体产生力的作用,这种力叫弹力.
    弹力产生的条件:①物体间直接接触;②物体发生弹性形变.[来源:学科网ZXXK]
    2.几种弹力
    支持力、拉力
    3.胡克定律
    胡克定律:在弹性限度内,弹性体的弹力和弹性体伸长(或缩短)的长度成正比,即
    F=kx,其中k是劲度系数,单位N/m.
活动与探究
    课题:制作一个弹簧秤,用来粗略测量身边物体的重力.
    器材:自己自由选择器材,但要说明所选器材的原因.
    步骤:根据所选器材,自由设计实验步骤.
    结论:讨论交流实验结论,体会成功的喜悦.
习题详解
    1.解答:略.
    2.解答:钢管受到3个力作用:重力G、地面的支持F1、绳的拉力F2.重力G的施力物体是地球,地面的支持力F1的施力物体是地面,绳的拉力F2的施力物体是绳.示意图见图3-2-9.
 
图3-2-9
    3.解答:如图3-2-10所示.
 
图3-2-10
    4.解答:如图3-2-11所示,弹簧的劲度系数为k=26 N/m.
弹簧伸长量x/m 弹力F/N
0 0
0.012 0.30
0.023 0.60
0.035 0.90
0.046 1.20
0.058 1.50
 
图3-2-11

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