3.1探究形變與彈力的關(guān)系教案(粵教版必修1)

1、3.1 探究形變與彈力的關(guān)系教案（粵教版必修1）教學(xué)重點1.彈力是在物體發(fā)生形變后產(chǎn)生的，了解彈力產(chǎn)生的原因、方向的判斷和大小的計算是本節(jié)教學(xué)的重點.2.彈力的有無和彈力方向的判斷是教學(xué)中學(xué)生較難掌握的知識，應(yīng)加以注意.教學(xué)難點彈力的有無及方向的判斷.教學(xué)難點探究式、啟發(fā)式、討論式.教學(xué)用具1.演示形變用的橡皮泥、棉線、泡沫塑料、木板、彈簧、木塊、激光器、平面鏡等.2.演示胡克定律用的帶長度刻度的木板，彈簧、鉤碼等.課時安排2 課時三維目標知識與技能1 .知道常見的形變.2 .會用簡單的器材顯示微小形變.3 .會判斷彈力的有無及彈力的方向.4 .能通過實驗探究得出彈力與形變的關(guān)系，知道胡克定律

2、.5 .通過在實際問題中確定彈力的方向，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和分析能力.過程與方法1 .經(jīng)歷將微小形變放大的實驗過程，初步體味放大法在物理學(xué)上的應(yīng)用，嘗試設(shè)計實驗方案顯示鋼絲的微小形變.2 .知道實驗數(shù)據(jù)處理常用的方法，嘗試使用圖象法處理數(shù)據(jù).情感態(tài)度與價值觀1 .通過走訪調(diào)查或網(wǎng)上查找有關(guān)資料，了解不同勁度的材料在日常生活中和工程技術(shù)中的不同用途，感受物理與實際生活、生產(chǎn)密切相關(guān).2 .真實準確地記錄實驗數(shù)據(jù)，體會科學(xué)的精神和態(tài)度在科學(xué)探究過程中的重要作用.在體驗用簡單的工具和方法探究物理規(guī)律的過程中，感受學(xué)習(xí)物理的樂趣，培養(yǎng)學(xué)生善于把物理學(xué)習(xí)與生活實踐結(jié)合起來的習(xí)慣.3 .從任何物體都能發(fā)生

3、形變?nèi)胧?，培養(yǎng)學(xué)生實事求是的世界觀.教學(xué)過程導(dǎo)入新課每小組分發(fā)一枝鉛筆和一根細鐵絲，讓同學(xué)們自己動手繞制一個小彈簧.（可以讓學(xué)生在家先做好）讓學(xué)生拿起自繞的小彈簧，輕輕地拉一拉或壓一壓.師 在彈簧被拉伸的同時，有沒有感覺到你的手受到一個力的作用？生 有.師 那么，這又是個什么力呢？它是怎樣產(chǎn)生的，它的大小、方向各如何？帶著這些問題我們一起來探究有關(guān)“形變與彈力”的問題 .推進新課師 先來看幾個小實驗.用手捏橡皮泥、用力拉壓彈簧、用力壓木板，它們的形狀都發(fā)生了變化 . 請問什么是形變呢？生 物體的形狀或體積的改變叫做形變.師 產(chǎn)生形變的原因是什么？生 形變的原因是物體受到了外力.師 一塊橡皮泥用

4、手可以捏成各種形狀，捏后它將保持這種形狀.棉線彎曲后的形狀也不再復(fù)原 .把一塊木板壓彎后，放手木板又恢復(fù)原形.把彈簧拉長后也能恢復(fù)原形.能夠恢復(fù)原來形狀的形變，叫做彈性形變.彈簧、木板、 泡沫塑料等發(fā)生的形變屬于這一種.不能夠恢復(fù)的形變，叫做塑性形變.棉線、橡皮泥等發(fā)生的形變屬于這一種.以后重點研究彈性形變，不加說明就指這種彈性形變.實驗:用鐵絲彎成一根彈簧，跟用鋼絲彎成的彈簧對比.在下面掛較少的鉤碼時，去掉鉤碼，兩彈簧都能恢復(fù)原長.當下面掛的鉤碼較多時，鐵絲制作的彈簧不能恢復(fù)原長，而鋼絲彎成的彈簧可以恢復(fù)原長.可以看出，彈性形變是在一定范圍內(nèi)成立的.即有彈性限度.實驗探究 微小形變的演示1（

5、設(shè)計思想）物體的形變總是伴隨彈性力而產(chǎn)生的，然而，對于堅硬的物體，由于形變很微小，學(xué)生無法覺察，因此他們?nèi)鄙龠@種感性認識.用上端塞有細玻璃管的貯液燒瓶可以使微小的形變現(xiàn)象得到放大.但如果學(xué)生懷疑現(xiàn)象是熱膨脹的結(jié)果，該怎么辦呢？用橢圓截面的大墨水瓶代替圓截面燒瓶就能夠巧妙地解決這個問題.實驗裝置實驗儀器十分簡單，用一只橢圓截面的大墨水瓶，在瓶口的塞子中穿一根兩端開口的玻璃管（內(nèi)徑1 2 mm） ，并在玻璃管的一側(cè)固定一白色的背景屏，玻璃瓶內(nèi)裝滿紅色的液體，使紅色液體的液面位于玻璃管的中段.演示步驟1 .用手壓一只塑料瓶，使學(xué)生看到形變現(xiàn)象，進而提出問題:“如果對石塊、玻璃杯或者鋼棒之類的堅硬物體

6、施加壓力或拉力，它們是否會產(chǎn)生形變呢？”2 .拿出橢圓截面墨水瓶，用手指甲彈擊瓶殼，使它發(fā)出清脆的響聲，然后從橢圓截面的短軸方向向里擠壓瓶子，使學(xué)生見到細玻璃管內(nèi)的水柱液面明顯上升的現(xiàn)象.當學(xué)生見到這個現(xiàn)象時， 會感到十分驚奇，因為在他們的觀念中只有橡皮、塑料之類的東西會產(chǎn)生形變，所以他們很自然地提出問題:“這究竟是不是玻璃的瓶子？”3 .用鋼筆帶套的一端敲擊瓶子的外殼，使它發(fā)出更為清脆的響聲，再次證實瓶子是玻璃的雖然他們不再懷疑瓶子的材料了，但為什么水柱會上升的問題仍然沒有解決.有一部分學(xué)生會聯(lián)想到日常熟悉的溫度計而認為是熱脹冷縮所致，怎樣引導(dǎo)他們呢？4 .教師繼續(xù)演示:從瓶子的截面長軸方向

7、向里擠壓，使學(xué)生見到玻璃管里的液面突然下降的現(xiàn)象 . 這確實又是一個驚人的結(jié)果，從而否定了學(xué)生中上述的錯誤想法.5 .讓學(xué)生自己操作實踐一下，學(xué)生的心理狀態(tài)和思維水平又進了一步，認為堅硬的物體不會發(fā)生形變的觀點得到了糾正，關(guān)于形變隨彈性力產(chǎn)生的認識得到了鞏固.微小形變的演示2觀察桌面的微小形變實驗:桌面上放激光器、兩個平面鏡，激光通過兩個平面鏡反射后照到墻上.當用手壓桌子時，墻上的光點發(fā)生移動，這說明桌面發(fā)生了形變.本實驗中我們利用了激光的方向性好、亮度高等特點，巧妙地利用平面鏡反射原理將桌面的微小形變進行了放大.當用力壓堅硬的桌面時，桌面發(fā)生微小形變，凹下一個很小的角度。，平面鏡放在桌面上，

8、平面鏡也轉(zhuǎn)過。角（如圖3-1-1所示），保持入射光線的方向不變，此時反射光線轉(zhuǎn)過 2。角，再投到較遠的墻壁上（或刻度尺上），顯示光點移過一個可見的較大的距離L.人射光圖 3-1-1微小形變的演示3鋼絲、棉線在拉長時也發(fā)生了形變，而這種形變也是不易觀察到的創(chuàng)新設(shè)計：鋼絲下端懸掛蘋果（或其他重物），設(shè)計實驗觀察鋼絲的微小拉伸形變.參考方案:如圖3-1-2所示，利用凸透鏡能成放大實像的折射成像原理，將鋼絲微小拉伸形變進行放大.凸透UP.圖 3-1-2具體做法如下：在鋼絲下部黏一橡皮泥作標記A,用平行光源 C照射標記，調(diào)節(jié)透鏡D位置，使在屏B上得到清晰的標記像 E.師生師生師想一想，你能通過什么現(xiàn)象觀

9、察到鋼絲的形變？建議你動手做一做，驗證你的想法通過上面的探究實驗說明了什么？它們發(fā)生了微小形變.你們從中能得出什么結(jié)論？（1）任何物體都能發(fā)生形變；（2）有的物體形變較為明顯，有的物體形變極其微小.彈簧拉木塊時,物體受力后發(fā)生形變，形變后的物體對跟它接觸的物體又有什么作用呢? 實驗:木塊壓在泡沫塑料上，泡沫塑料形變后對木塊產(chǎn)生向上的支持力彈簧伸長后產(chǎn)生對木塊的彈力 .生發(fā)生形變的物體由于要恢復(fù)原狀，對與它接觸的物體會產(chǎn)生力的作用，這種力叫做彈力師 定性地分析彈力的大小跟什么因素有關(guān)？生 經(jīng)討論得：彈力的大小跟形變的大小有關(guān)，形變越大，彈力也越大；形變消失，彈力就消 失.師彈力的方向怎樣呢？生

10、彈力的方向與形變的方向相反或與使物體產(chǎn)生形變的外力相反師 通過閱讀課文談?wù)剬?、壓力、支持力的認識.泡沫塑料要恢復(fù)原狀，會對物物塊要恢復(fù)原狀，也會對泡沫說明：一物塊放在泡沫塑料上，物塊和泡沫塑料都產(chǎn)生了形變 塊產(chǎn)生向上的彈力， 這個彈力就是泡沫塑料對物塊的支持力； 塑料產(chǎn)生向下的彈力，這個彈力就是物塊對泡沫塑料的壓力用繩子吊著一個物體， 繩子和物體都會產(chǎn)生形變，為了恢復(fù)原狀，物體或繩子會分別向?qū)Ψ疆a(chǎn)生一個拉力，這兩個拉力也是彈力.師 拉力、壓力、支持力的方向是怎樣確定的呢？經(jīng)討論得出：拉力繩子的拉力是繩對所拉物體的彈力，方向總是沿著繩而指向繩收縮的方向壓力、支持力A.壓力的方向垂直于支持面而

11、指向被壓的物體B.支持力的方向垂直于支持面而指向被支持的物體展示例1把書放在桌面上，書壓桌面，書和桌面都有微小的形變.書要恢復(fù)原狀，對桌面有一個向下的弓t力壓力 .桌要恢復(fù)原狀有一個向上的彈力支持力一般情況下，凡是支持物對物體的支持力，都是支持物因發(fā)生形變而對物體產(chǎn)生的彈力；支持力的方向總是垂直于支持面并指向被支持的物體展示例2用繩吊重物，繩對重物是否有彈力？物體受重力和繩的拉力.物拉繩，繩拉重物，使重物和繩都有極微小的形變.發(fā)生形變的繩要恢復(fù)原形，對重物產(chǎn)生向上的彈力一一拉力.發(fā)生形變的重物要恢復(fù)原狀，對繩產(chǎn)生向下的彈力一一拉力一般情況下，凡是一根線（或繩）對物體的拉力，都是這根線 （或繩）

12、因為發(fā)生形變而對物體 產(chǎn)生的彈力；拉力的方向總是指向線收縮的方向師通過上面的學(xué)習(xí)，你能否歸納出彈力產(chǎn)生的原因呢？生彈力產(chǎn)生的原因：有物體的直接接觸；物體有形變發(fā)生.師紙盒上放一個物體，紙盒對物體的彈力是由于誰的形變產(chǎn)生的？生由于紙盒的形變產(chǎn)生的.解釋:紙盒發(fā)生了形變，有恢復(fù)原狀的趨勢，與它接觸的是物體， 所以紙盒對物體的彈力是由于紙盒的形變產(chǎn)生的師其施力物體和受力物體分別是哪些？生施力物體：紙盒；受力物體：物體.展不例3下列說法中正確的是（）A.木塊放在桌面上所受到向上的彈力，是由于木塊發(fā)生微小形變而產(chǎn)生的B.用細竹竿撥動水中的木頭，木頭受到的彈力是由于木塊發(fā)生的形變產(chǎn)生的C.繩對物體的拉力的

13、方向總是沿繩而指向繩收縮的方向D.掛在電線下面的電燈受到豎直向上的拉力，是因為電燈發(fā)生微小形變而產(chǎn)生的答案:C展不例4下列說法中正確的是（）A.非常堅硬的物體間產(chǎn)生彈力時并無形變產(chǎn)生B.兩個物體之間只要有接觸就會產(chǎn)生形變C.有形變不一定會產(chǎn)生彈力D.任何物體都有可能發(fā)生形變答案：D胡克定律師 前邊我們定性地研究了彈力的大小，下面定量地研究彈簧的彈力跟哪些因素有關(guān).探究1：探究彈簧伸長量與彈力的關(guān)系參考方案：如圖3-1-3所示，用懸掛鉤碼的方法給彈簧施加拉力，系統(tǒng)靜止時，彈簧的彈力等于所 懸掛鉤碼的總重；彈簧的長度及伸長量可由刻度尺測出注意事項圖 3-1-3（1）本實驗要求定量測量，因此要盡可能

14、減小實驗誤差.標尺要豎直且緊靠指針以減小讀數(shù)帶來的誤差，每次改變懸掛鉤碼的個數(shù)后，要待系統(tǒng)穩(wěn)定后再讀數(shù)(2)實驗中所提供的米尺精確度為1 mm,應(yīng)估讀一位.(3)彈簧組盒中說明書已說明每個彈簧的彈性限度，注意不要超過它的彈性限度使用.建議做法(1)選擇器材：從彈簧組盒中選擇一彈簧(注意它的彈性限度) 懸掛在鐵架臺的橫桿上； 實驗桌上有200 g、50 g的鉤碼各一盒，選擇 50 g鉤碼來做這一實驗(想一想，為什么)(2)首先將實驗裝置調(diào)整妥當(如整個裝置是否豎直平穩(wěn)，標尺與彈簧的距離是否合適，標尺面與彈簧上的指針是否在同一平面內(nèi)，是否便于讀數(shù)等)(3)讀出彈簧自然下垂時指針所指刻度.(4)懸掛

15、50 g鉤碼一個，待穩(wěn)定后，讀出彈簧上指針所指刻度并計算出彈簧的伸長量記入表格.(5)逐個增加鉤碼，重復(fù)第 4步，至少做5組數(shù)據(jù).初態(tài)指針對應(yīng)刻度(cm)彈簧彈力(X9.8X 10-3 N)指針所指刻度(cm)彈黃伸長量(cm)(6)圖象法處理數(shù)據(jù)：在下面的坐標紙上，以彈簧彈力為縱軸，彈簧伸長量為橫軸建立坐標系，如圖3-1-4所示.描出這5個特殊點，以尋找彈簧彈力和彈簧伸長量之間的關(guān)系4F/Ntttttt 1TTT7TTT777T tttttt TTTTTT TTTTTT T7TTTT TTTTTTTTTTTTTTTTT TTTTTTTTTTT TTTTTTTTTTT TT7TTTTTTTT

16、TTTTTTTTTTT TTTTTTTTTTT TTTTTTTTTTT TTTTTTTTTTT TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTT_ TTTTTT TTTTTT tttttt TTTTTTTt-TTTTTTTTt-TTTTTTTTT拓展一步：常用的實驗數(shù)據(jù)的處理方法有 ：計算法(求比值、求積、求和、求差等)和圖 象法兩種.兩相比較，圖象法處理數(shù)據(jù)更為直觀、更容易得出物理變化規(guī)律，且該種方法處 理數(shù)據(jù)能更好地減小實驗的偶然誤差.結(jié)論:分析實驗數(shù)據(jù)可以得到胡克定律：彈簧彈力的大小f跟彈簧伸長的長度成正比.寫成公式為f=kx,k為勁度系數(shù)，跟彈簧絲的粗細、材料

17、、彈簧的直徑、繞法、彈簧的 長度等量有關(guān)，這個量反映了彈簧的特性.探究2:研究銅絲的彈性限度安全警告隨著懸掛鉤碼個數(shù)的增加，某一時刻銅絲可能會因超過抗拉限度而發(fā)生斷裂，在實驗過程中，要防止銅絲斷開傷眼.在鉤碼的正下方地面墊上泡沫或其他物體，以免祛碼落地砸壞地面參考實驗方案本實驗中，采用在細銅絲下方懸掛鉤碼的方法，逐漸拉伸銅絲，為便于觀察，在豎直銅絲旁立一標尺，且于銅絲某一位置粘一紅色指針來顯示銅絲的伸長.如圖3-1-5所示.圖 3-1-5建議做法：（1）先輕輕地將銅絲跨過定滑輪捋直使之自然下垂，記下銅絲下端不掛鉤碼時指針所指的刻度（此時銅絲為原長）（2）在銅絲下端懸掛 200 g鉤碼一個，待系

18、統(tǒng)穩(wěn)定平衡后，記下此時紅色指針所指刻度.然后取下鉤碼觀察指針能否回到原位置.（3）再逐個增加50 g的鉤碼（每增加一個形變應(yīng)很明顯），記下每次銅絲的伸長量，重復(fù)上一步驟.（4）取下鉤碼，大體確定銅絲的彈性限度數(shù)據(jù)U攵集:初態(tài)指針所在位置懸掛物總重銅絲伸長量是否發(fā)生彈性形變下面是一組課堂探究題，有些知識可能學(xué)生還未學(xué)到，僅供參考 課堂探討1如圖3-1-6所示，一根輕彈簧上端固定在。點，下端拴一個鋼球 P,球處于靜止狀態(tài)，現(xiàn)對球施加一個方向向右的外力F,使球緩慢偏移，在移動中的每一個時刻，都可以認為鋼球處于平衡狀態(tài).若外力F方向始終水平，移動中彈簧與豎直方向的夾角0 <90。且彈簧的伸長量不

19、超過彈性限度.請分小組探討彈簧伸長量x與cos。的函數(shù)關(guān)系圖象中，最接近的是解析：由于小球一直處于平衡狀態(tài)，就可以按照受力平衡來解決問題.將小球受到的三個力畫成矢量三角形.由于重力不變，拉力 F方向不變，由此可得彈簧的拉力F彈=一,由胡克cos9定律知5彈=卜*,即可以得到 x=G-.故第四個圖正確.課堂探討2某實驗小組做了以下研究：如圖3-1-8所示中OC為一遵循胡克定律的彈性輕繩，其一端固定于天花板上的 。點，另一端與靜止在動摩擦因數(shù)恒定的水平地面上的滑塊A相連，當繩處于豎直位置時，滑塊 A對地面有壓力作用，B為緊挨繩的一光滑水平小釘，它到天花 板的距離BO等于彈性繩的自然長度，現(xiàn)用一水平

20、力 F作用于A,使之向右做直線運動.在 運動過程中，作用于滑塊 A的滑動摩擦力（繩一直處于彈性限度以內(nèi)）（）圖 3-1-8B.保持不變D.先增大后減小A.逐漸增大C.先減小后增大答案：B課堂探討3某物理實驗小組做“探究彈簧的伸長與所受拉力的關(guān)系”的實驗在鐵架臺上懸掛一根很輕的彈簧，再在其下端掛上不同數(shù)目的鉤碼 ，用刻度尺量出每次彈簧的伸長 .下表為實驗記錄實驗次數(shù)1234567拉力大小(N)0.050.100.150.200.250.300.35彈簧的X (cm)24681012.515(1)從實驗記錄數(shù)據(jù)分析，你能發(fā)現(xiàn)彈簧的伸長與拉力有何關(guān)系嗎(2)用此彈簧能制成測量范圍為多大的彈簧測力計？

21、(3)該物理實驗小組的同學(xué)們準備自己動手制作彈簧測力計，他們選取甲、乙兩種規(guī)格不同的彈簧進行測試，測試結(jié)果如圖3-1-9所示.圖中OA段和OB段是彈性形變范圍內(nèi).若要制作量 程較大的彈簧測力計，他們應(yīng)該選哪根彈簧 *要制作精確度較高的彈簧測力計，又應(yīng)選哪根彈簧？i AL/cm8 .圖 3-1-9解析：(1)從實驗記錄數(shù)據(jù)不難看出，彈簧的伸長與所受的拉力成正比(2)測量范圍為00.25 N,因為之后不符合正比關(guān)系.(3)彈簧測力計是根據(jù)在彈簧的彈性限度內(nèi)，彈簧受到的拉力越大，彈簧的伸長就越長的 特性來制作的.由圖可知，甲、乙兩彈簧伸長相同的長度，乙受到的拉力比甲大，因此乙彈 簧可用來測較大的力；

22、甲、乙兩彈簧受到相同的拉力時，彈簧甲的伸長比乙的大，可以提高精確度，故甲彈簧可制作精確度較高的測力計.課堂探討4用金屬制成的線材(如鋼絲、鋼筋)受到拉力會伸長，17世紀英國物理學(xué)家胡克發(fā)現(xiàn)，金屬 絲或金屬桿在彈性限度內(nèi)的伸長量與拉力成正比，這就是著名的胡克定律，這一發(fā)現(xiàn)為后人對材料的研究奠定了重要的基礎(chǔ).現(xiàn)有一根用新材料制成的金屬桿，長為4 m,橫截面積為0.8cm2,設(shè)計要求它受到拉力后的伸長不超過原長的1/1 000，由于這一拉力很大，直接測試有困難就選用同種材料制成樣品進行測試，通過測試取得數(shù)據(jù)如下：長度(m)2力7量截250500N750W1000N1OJO cm30.02 an0 0

23、4 m0,06 cm0.08 an1 10.05 cm1 10.04 cm0.03 cm0 .12 cm0 16 cm20 05 cm20 08 cm116 cm0.24 an0.32 cm(1)根據(jù)測試結(jié)果，推導(dǎo)出線材伸長量x與材料白長度1、材料的截面積 S及拉力F的函數(shù)關(guān)系.(2)在尋找上述關(guān)系中，你運用了哪種科學(xué)研究方法？(3)通過對樣品的測試，求出新材料制成的金屬細桿能承受的最大拉力解析：(1)比較截面積都是0.05 cm2,拉力相等的情況下，伸長量與材料長度的關(guān)系，可以看出：線 材受拉力作用后其伸長量與材料的長度成正比；同理比較長度一定時(比如選長度為 1 m),拉力一定的情況下，線

24、材的伸長量與材料的截面積成反比 ；同理比較在長度一定(如取1 m),截面 積一定(如取0.05 cm2)的情況下，拉力與伸長量的關(guān)系，可以看出：拉力與線材的伸長量成正比.kxS綜合起來可得線材伸長量x與材料的長度1、材料的截面積S及拉力F的函數(shù)關(guān)系為：F=&S.1(2)在尋找上述關(guān)系中，主要運用了比較、歸納、總結(jié)、推斷的科學(xué)研究方法(3)按設(shè)計要求，它受到拉力后的伸長量不超過原長的1/1 000,則長為4 m、橫截面積為0.8 cm2的線材的伸長量最大可為 0.4 cm,根據(jù)(1)所得結(jié)論，我們可以推斷:4 m,0.8 cm2,用250 N的拉力去拉時其伸長量為 0.01 cm,那么由

25、拉力與伸長量的關(guān)系可推斷 :4 m,0.8 cm2,伸長量 為0.4 cm時金屬細桿能承受的最大拉力為10 000 N.說明：對于實驗數(shù)據(jù)處理，特別是牽涉到影響某一物理量的因素有多少時，要注意用控制變量法去處理，即假設(shè)在某些因素相同的條件下，研究要研究的物理量與不固定因素之間的關(guān)系.以此類推，歸納總結(jié)出要研究的物理量與影響該物理量因素之間的數(shù)學(xué)關(guān)系課堂練習(xí)以下是一位同學(xué)做“探究形變與彈力的關(guān)系”的實驗 (1)下列的實驗步驟是這位同學(xué)準備完成的.請你幫這位同學(xué)按操作的先后順序，用字母排列出來：.A.以彈簧伸長量為橫坐標，以彈力大小為縱坐標，描出各組數(shù)據(jù)(x,F)對應(yīng)的點，并用平滑的曲 線連結(jié)起來.B.記下彈簧不掛鉤碼時，其下端在刻度尺上的刻度L0