備課資料（2彈力）

備課資料 一、無處不在的彈簧 在我們的日常生活中，彈簧形態(tài)各異，處處都在為我們服務(wù).常見的彈簧是螺旋形的，叫螺旋彈簧.做力學(xué)實驗用的彈簧秤、擴胸器的彈簧等都是螺旋彈簧.螺旋彈簧有長有短，有粗有細(xì)：擴胸器的彈簧就比彈簧秤的粗且長；在抽屜鎖里，彈簧又短又細(xì)，約幾毫米長；有一種用來緊固螺母的彈簧墊圈，只有一圈，在緊固螺絲螺母時都離不開它.螺旋彈簧在拉伸或壓縮時都要產(chǎn)生反抗外力作用的彈力，而且在彈性限度內(nèi)，形變越大，產(chǎn)生的彈力也越大；一旦外力消失，形變也消失.有的彈簧制成片形的或板形的，叫簧片或板簧.在口琴、手風(fēng)琴里有銅制的發(fā)聲簧片，在許多電器開關(guān)中也有銅制的簧片，在玩具或鐘表里的發(fā)條是鋼制的板簧，在載重汽車車廂下方也有鋼制的板簧.它們在彎曲時會產(chǎn)生恢復(fù)原來形狀的傾向，彎曲得越厲害，這種傾向越強.有的彈簧像蚊香那樣盤繞，例如，實驗室的電學(xué)測量儀表（電流計、電壓計）內(nèi).機械鐘表中都安裝了這種彈簧.這種彈簧在被扭轉(zhuǎn)時也會產(chǎn)生恢復(fù)原來形狀的傾向，叫做扭簧.形形色色的彈簧在不同場合下發(fā)揮著不同的功能： 1.測量功能 我們知道，在彈性限度內(nèi)，彈簧的伸長（或壓縮）跟外力成正比.利用彈簧這一性質(zhì)可制成彈簧秤. 2.緊壓功能 觀察各種電器開關(guān)會發(fā)現(xiàn)，開關(guān)的兩個觸頭中，必然有一個觸頭裝有彈簧，以保證兩個觸頭緊密接觸，使導(dǎo)通良好.如果接觸不良，接觸處的電阻變大，電流通過時產(chǎn)生的熱量變大，嚴(yán)重的還會使接觸處的金屬熔化.卡口燈頭的兩個金屬柱都裝有彈簧也是為了接觸良好；至于螺口燈頭的中心金屬片以及所有插座的接插金屬片都是簧片，其功能都是使雙方緊密接觸，以保證導(dǎo)通良好.在盒式磁帶中，有一塊用磷青銅制成的簧片，利用它彎曲形變時產(chǎn)生的彈力使磁頭與磁帶密切接觸.在訂書機中有一個長螺旋彈簧,它的作用一方面是頂緊釘書釘，另一方面是當(dāng)最前面的釘子被推出后，可以將后面的釘子送到最前面以備釘書時推出，這樣，就能自動地將一個個釘子推到最前面，直到釘子全部用完為止.許多機器自動供料，自動步槍中的子彈自動上膛都靠彈簧的這種功能.此外，像夾衣服的夾子，圓珠筆、鋼筆套上的夾片都利用彈簧的緊壓功能夾在衣服上. 3.復(fù)位功能 彈簧在外力作用下發(fā)生形變，撤去外力后，彈簧就能恢復(fù)原狀.很多工具和設(shè)備都是利用彈簧的這一性質(zhì)來復(fù)位的.例如，許多建筑物大門的合頁上都裝了復(fù)位彈簧，人進(jìn)出后，門會自動復(fù)位.人們還利用這一功能制成了自動傘、自動鉛筆等用品，十分方便.此外，各種按鈕、按鍵也少不了復(fù)位彈簧. 4.帶動功能 機械鐘表、發(fā)條玩具都是靠上緊發(fā)條帶動的.當(dāng)發(fā)條被上緊時，發(fā)條產(chǎn)生彎曲形變，存儲一定的彈性勢能.釋放后，彈性勢能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?，通過傳動裝置帶動時、分、秒針或輪子轉(zhuǎn)動.在許多玩具槍中都裝有彈簧，彈簧被壓縮后具有勢能，扣動扳機，彈簧釋放，勢能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?，撞擊小球沿槍管射?田徑比賽用的發(fā)令槍和軍用槍支也是利用彈簧被釋放后彈性勢能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽茏矒舭l(fā)令紙或子彈的引信完成發(fā)令或發(fā)火任務(wù)的. 5.緩沖功能 在機車、汽車車架與車輪之間裝有彈簧，利用彈簧的彈性來減緩車輛的顛簸. 6.振動發(fā)聲功能 當(dāng)空氣從口琴、手風(fēng)琴中的簧孔中流動時，沖擊簧片，簧片振動發(fā)出聲音. 二、驗證物體發(fā)生微小形變應(yīng)注意的問題 一切自然科學(xué)都來自實踐，都是在對自然現(xiàn)象觀察的基礎(chǔ)上從科學(xué)實驗和生產(chǎn)實踐中總結(jié)發(fā)展起來的.物理學(xué)的發(fā)展也是如此.物理學(xué)是一門實驗科學(xué)，在物理學(xué)中，每個概念的建立、每個定律的發(fā)現(xiàn)，都有其堅實的實驗基礎(chǔ).因而在物理教學(xué)中實驗教學(xué)就顯得尤為重要了. 在實驗教學(xué)實踐的活動中，往往有這樣一種情況，就實驗及其操作步驟來說沒有什么不妥之處，但學(xué)生卻不易理解，甚至產(chǎn)生錯覺或疑惑，不能正確地思維，更不能得到自己確信的結(jié)論.因此，我們在進(jìn)行實驗研究時，實驗教學(xué)程序必須一切從學(xué)生出發(fā)，從學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)、知識層次、心理因素等出發(fā)，應(yīng)該設(shè)身處地地為學(xué)生著想.實驗教學(xué)程序不能使學(xué)生產(chǎn)生錯覺，不能使學(xué)生對實驗現(xiàn)象和結(jié)果似信非信.我們應(yīng)該針對學(xué)生的好奇心，適當(dāng)設(shè)疑、激發(fā)興趣；根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生心理狀況，給演示配以適當(dāng)講解或討論，并在能使學(xué)生接受的條件下層層深入；實驗力求直觀簡明、形象生動，便于學(xué)生進(jìn)行直覺思維；針對學(xué)生在實驗觀察和思維上的種種難點，進(jìn)行通俗的講解和比喻，甚至可輔以另一簡單的實驗或?qū)嵗齺砑右哉f明，以確保實驗教學(xué)的效果.下面就談?wù)劇膀炞C物體發(fā)生微小形變實驗”的實驗教學(xué)程序. 教材在“彈力”這部分內(nèi)容中指出：任何物體受到任意小的力都要發(fā)生形變；不發(fā)生形變的物體是不存在的.為了說明這一點，書本上介紹了用手?jǐn)D壓裝滿水的帶有細(xì)玻璃管的圓形玻璃瓶，通過觀察擠壓時細(xì)管中有色水面的上升來得出結(jié)論.這個實驗的原理可簡述為： 玻璃瓶受力形變?nèi)莘e減少（認(rèn)為液體不可壓縮）水往上升 然而在實驗中，學(xué)生觀察后常會產(chǎn)生兩個錯覺：1.瓶不是玻璃的；2.手握著玻璃瓶，手傳熱給玻璃瓶，使瓶內(nèi)的水受熱膨脹.為了避免學(xué)生產(chǎn)生上述錯覺，好多老師調(diào)整了實驗教學(xué)程序，采取了下列改進(jìn)措施： 1.演示前先用金屬棒敲瓶子，或請學(xué)生看一看、摸一摸，使學(xué)生確信這是玻璃瓶. 2.實驗中把圓玻璃瓶換成橫截面為橢圓的扁玻璃瓶.這樣，當(dāng)瓶子橢圓截面的短半軸方向受壓力時（如圖3-2-12所示）水柱上升；當(dāng)瓶子橢圓截面的長半軸方向受壓力時（如圖3-2-13所示）水柱下降. 圖3-2-12 圖3-2-13 如果前者能夠用“受熱膨脹”來解釋的話，那么后者用“受熱縮小”是解釋不通的.由此可見水柱高度變化的原因并非受熱膨脹. 學(xué)生錯覺消除了，但是新的疑問又產(chǎn)生了，上面的演示不能使學(xué)生確信，不論水柱上升還是下降，都是由于受力形變的緣故.這時不少教師向?qū)W生作出解釋：在瓶子橢圓截面的周長基本不變的情況下，橢圓截面短半軸受壓力后變短了，即截面積變小，容積變小，水柱上升;而橢圓截面的長半軸受壓后，長半軸變短了，但同時短半軸變長了，且長半軸和短半軸的乘積增大了，則截面積變大，容積變大，水柱下降.對此學(xué)生還是不易理解的，因為高一學(xué)生對于橢圓的一些知識還是生疏的，數(shù)學(xué)知識還不夠. 那么怎樣從學(xué)生實際出發(fā)，使學(xué)生接受不論水柱是“上升”還是“下降”都是由于受力形變的緣故呢？對此我們可以用一個簡單實例進(jìn)行類比:大家都天天擠牙膏，具有擠牙膏的經(jīng)驗.牙膏殼的截面可近似看作是一個橢圓，我們可以啟發(fā)學(xué)生：擠牙膏你是怎么擠的？沿短半軸方向擠還是沿長半軸方向擠？如果擠出的牙膏太多了，要使擠出的牙膏縮回去一些，你怎么辦？你是沿短半軸方向擠一下呢？還是沿長半軸方向擠呢？用牙膏實際操作演示，當(dāng)學(xué)生看清這個熟悉的現(xiàn)象并確信后，他們自然也就相信了水柱“上升”、“下降”都是由于受力形變的原因了.