1、高考资源网（） 您身边的高考专家3.1 探究形变与弹力的关系 教案（粤教版必修1）教学重点 1.弹力是在物体发生形变后产生的，了解弹力产生的原因、方向的判断和大小的计算是本节教学的重点. 2.弹力的有无和弹力方向的判断是教学中学生较难掌握的知识，应加以注意.教学难点 弹力的有无及方向的判断.教学难点 探究式、启发式、讨论式.教学用具 1.演示形变用的橡皮泥、棉线、泡沫塑料、木板、弹簧、木块、激光器、平面镜等. 2.演示胡克定律用的带长度刻度的木板，弹簧、钩码等.课时安排 2课时三维目标知识与技能1.知道常见的形变.2.会用简单的器材显示微小形变.3.会判断弹力的有无及弹力的方向.4.能通过实验
2、探究得出弹力与形变的关系，知道胡克定律.5.通过在实际问题中确定弹力的方向，培养学生的观察能力和分析能力.过程与方法1.经历将微小形变放大的实验过程，初步体味放大法在物理学上的应用，尝试设计实验方案显示钢丝的微小形变.2.知道实验数据处理常用的方法，尝试使用图象法处理数据.情感态度与价值观1.通过走访调查或网上查找有关资料，了解不同劲度的材料在日常生活中和工程技术中的不同用途，感受物理与实际生活、生产密切相关.2.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中的重要作用.在体验用简单的工具和方法探究物理规律的过程中，感受学习物理的乐趣，培养学生善于把物理学习与生活实践结合起来的习
3、惯.3.从任何物体都能发生形变入手，培养学生实事求是的世界观.教学过程导入新课 每小组分发一枝铅笔和一根细铁丝，让同学们自己动手绕制一个小弹簧.（可以让学生在家先做好）让学生拿起自绕的小弹簧，轻轻地拉一拉或压一压.师 在弹簧被拉伸的同时，有没有感觉到你的手受到一个力的作用？生 有.师 那么，这又是个什么力呢？它是怎样产生的，它的大小、方向各如何？带着这些问题我们一起来探究有关“形变与弹力”的问题.推进新课师 先来看几个小实验.用手捏橡皮泥、用力拉压弹簧、用力压木板，它们的形状都发生了变化.请问什么是形变呢？生 物体的形状或体积的改变叫做形变.师 产生形变的原因是什么？生 形变的原因是物体受到了
4、外力.师 一块橡皮泥用手可以捏成各种形状，捏后它将保持这种形状.棉线弯曲后的形状也不再复原.把一块木板压弯后，放手木板又恢复原形.把弹簧拉长后也能恢复原形.能够恢复原来形状的形变，叫做弹性形变.弹簧、木板、泡沫塑料等发生的形变属于这一种.不能够恢复的形变，叫做塑性形变.棉线、橡皮泥等发生的形变属于这一种.以后重点研究弹性形变，不加说明就指这种弹性形变. 实验:用铁丝弯成一根弹簧，跟用钢丝弯成的弹簧对比.在下面挂较少的钩码时，去掉钩码，两弹簧都能恢复原长.当下面挂的钩码较多时，铁丝制作的弹簧不能恢复原长，而钢丝弯成的弹簧可以恢复原长.可以看出，弹性形变是在一定范围内成立的.即有弹性限度. 实验探
5、究 微小形变的演示1 （设计思想）物体的形变总是伴随弹性力而产生的，然而，对于坚硬的物体，由于形变很微小，学生无法觉察，因此他们缺少这种感性认识.用上端塞有细玻璃管的贮液烧瓶可以使微小的形变现象得到放大.但如果学生怀疑现象是热膨胀的结果，该怎么办呢？用椭圆截面的大墨水瓶代替圆截面烧瓶就能够巧妙地解决这个问题. 实验装置 实验仪器十分简单，用一只椭圆截面的大墨水瓶，在瓶口的塞子中穿一根两端开口的玻璃管（内径12 mm），并在玻璃管的一侧固定一白色的背景屏，玻璃瓶内装满红色的液体，使红色液体的液面位于玻璃管的中段. 演示步骤1.用手压一只塑料瓶，使学生看到形变现象，进而提出问题:“如果对石块、玻璃
6、杯或者钢棒之类的坚硬物体施加压力或拉力，它们是否会产生形变呢？”2.拿出椭圆截面墨水瓶，用手指甲弹击瓶壳，使它发出清脆的响声，然后从椭圆截面的短轴方向向里挤压瓶子，使学生见到细玻璃管内的水柱液面明显上升的现象.当学生见到这个现象时，会感到十分惊奇，因为在他们的观念中只有橡皮、塑料之类的东西会产生形变，所以他们很自然地提出问题:“这究竟是不是玻璃的瓶子？”3.用钢笔带套的一端敲击瓶子的外壳，使它发出更为清脆的响声，再次证实瓶子是玻璃的.虽然他们不再怀疑瓶子的材料了，但为什么水柱会上升的问题仍然没有解决.有一部分学生会联想到日常熟悉的温度计而认为是热胀冷缩所致，怎样引导他们呢？4.教师继续演示:从
7、瓶子的截面长轴方向向里挤压，使学生见到玻璃管里的液面突然下降的现象.这确实又是一个惊人的结果，从而否定了学生中上述的错误想法.5.让学生自己操作实践一下，学生的心理状态和思维水平又进了一步，认为坚硬的物体不会发生形变的观点得到了纠正，关于形变随弹性力产生的认识得到了巩固.微小形变的演示2观察桌面的微小形变 实验:桌面上放激光器、两个平面镜，激光通过两个平面镜反射后照到墙上.当用手压桌子时，墙上的光点发生移动，这说明桌面发生了形变. 本实验中我们利用了激光的方向性好、亮度高等特点，巧妙地利用平面镜反射原理将桌面的微小形变进行了放大.当用力压坚硬的桌面时，桌面发生微小形变，凹下一个很小的角度，平面
8、镜放在桌面上，平面镜也转过角（如图3-1-1所示），保持入射光线的方向不变，此时反射光线转过2角，再投到较远的墙壁上（或刻度尺上），显示光点移过一个可见的较大的距离L.图3-1-1 微小形变的演示3 钢丝、棉线在拉长时也发生了形变，而这种形变也是不易观察到的. 创新设计:钢丝下端悬挂苹果（或其他重物），设计实验观察钢丝的微小拉伸形变.参考方案:如图3-1-2所示，利用凸透镜能成放大实像的折射成像原理，将钢丝微小拉伸形变进行放大.图3-1-2 具体做法如下:在钢丝下部黏一橡皮泥作标记A，用平行光源C照射标记，调节透镜D位置，使在屏B上得到清晰的标记像E. 想一想，你能通过什么现象观察到钢丝的形变
9、？建议你动手做一做，验证你的想法.师 通过上面的探究实验说明了什么？生 它们发生了微小形变.师 你们从中能得出什么结论？生 （1）任何物体都能发生形变；（2）有的物体形变较为明显，有的物体形变极其微小.师 物体受力后发生形变，形变后的物体对跟它接触的物体又有什么作用呢？ 实验:木块压在泡沫塑料上，泡沫塑料形变后对木块产生向上的支持力.弹簧拉木块时，弹簧伸长后产生对木块的弹力.生 发生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.师 定性地分析弹力的大小跟什么因素有关？生 经讨论得:弹力的大小跟形变的大小有关，形变越大，弹力也越大；形变消失，弹力就消失.师 弹力的方向
10、怎样呢？生 弹力的方向与形变的方向相反或与使物体产生形变的外力相反.师 通过阅读课文谈谈对拉力、压力、支持力的认识.说明:一物块放在泡沫塑料上，物块和泡沫塑料都产生了形变.泡沫塑料要恢复原状，会对物块产生向上的弹力，这个弹力就是泡沫塑料对物块的支持力；物块要恢复原状，也会对泡沫塑料产生向下的弹力，这个弹力就是物块对泡沫塑料的压力. 用绳子吊着一个物体，绳子和物体都会产生形变，为了恢复原状，物体或绳子会分别向对方产生一个拉力，这两个拉力也是弹力.师 拉力、压力、支持力的方向是怎样确定的呢？经讨论得出:拉力绳子的拉力是绳对所拉物体的弹力，方向总是沿着绳而指向绳收缩的方向.压力、支持力A.压力的方向
11、垂直于支持面而指向被压的物体.B.支持力的方向垂直于支持面而指向被支持的物体.展示例1 把书放在桌面上，书压桌面，书和桌面都有微小的形变.书要恢复原状，对桌面有一个向下的弹力压力.桌要恢复原状有一个向上的弹力支持力. 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的弹力；支持力的方向总是垂直于支持面并指向被支持的物体.展示例2 用绳吊重物，绳对重物是否有弹力？物体受重力和绳的拉力.物拉绳，绳拉重物，使重物和绳都有极微小的形变.发生形变的绳要恢复原形，对重物产生向上的弹力拉力.发生形变的重物要恢复原状，对绳产生向下的弹力拉力. 一般情况下,凡是一根线(或绳)对物体的拉力，
12、都是这根线(或绳)因为发生形变而对物体产生的弹力；拉力的方向总是指向线收缩的方向.师 通过上面的学习，你能否归纳出弹力产生的原因呢？生 弹力产生的原因:有物体的直接接触;物体有形变发生.师 纸盒上放一个物体，纸盒对物体的弹力是由于谁的形变产生的？生 由于纸盒的形变产生的.解释:纸盒发生了形变，有恢复原状的趋势，与它接触的是物体，所以纸盒对物体的弹力是由于纸盒的形变产生的.师 其施力物体和受力物体分别是哪些？生 施力物体:纸盒；受力物体:物体.展示例3 下列说法中正确的是( )A.木块放在桌面上所受到向上的弹力，是由于木块发生微小形变而产生的B.用细竹竿拨动水中的木头，木头受到的弹力是由于木块发
13、生的形变产生的C.绳对物体的拉力的方向总是沿绳而指向绳收缩的方向D.挂在电线下面的电灯受到竖直向上的拉力，是因为电灯发生微小形变而产生的答案:C展示例4 下列说法中正确的是( )A.非常坚硬的物体间产生弹力时并无形变产生B.两个物体之间只要有接触就会产生形变C.有形变不一定会产生弹力D.任何物体都有可能发生形变答案:D胡克定律师 前边我们定性地研究了弹力的大小，下面定量地研究弹簧的弹力跟哪些因素有关.探究1:探究弹簧伸长量与弹力的关系参考方案: 如图3-1-3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.注意事项图3-1-3
14、（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，每次改变悬挂钩码的个数后，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）弹簧组盒中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:从弹簧组盒中选择一弹簧（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）.（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
15、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(9.810-3 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3-1-4所示.描出这5个特殊点，以寻找弹簧弹力和弹簧伸长量之间的关系.图3-1-4 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.两相比较，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
16、更好地减小实验的偶然误差. 结论:分析实验数据可以得到胡克定律:弹簧弹力的大小f跟弹簧伸长的长度成正比. 写成公式为f=kx,k为劲度系数，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. 探究2:研究铜丝的弹性限度 安全警告！ 随着悬挂钩码个数的增加，某一时刻铜丝可能会因超过抗拉限度而发生断裂，在实验过程中，要防止铜丝断开伤眼. 在钩码的正下方地面垫上泡沫或其他物体，以免砝码落地砸坏地面. 参考实验方案 本实验中，采用在细铜丝下方悬挂钩码的方法，逐渐拉伸铜丝，为便于观察，在竖直铜丝旁立一标尺，且于铜丝某一位置粘一红色指针来显示铜丝的伸长.如图3-1-5所示
17、.图3-1-5 建议做法:（1）先轻轻地将铜丝跨过定滑轮捋直使之自然下垂，记下铜丝下端不挂钩码时指针所指的刻度（此时铜丝为原长）.（2）在铜丝下端悬挂200 g钩码一个，待系统稳定平衡后，记下此时红色指针所指刻度.然后取下钩码观察指针能否回到原位置.（3）再逐个增加50 g的钩码（每增加一个形变应很明显），记下每次铜丝的伸长量，重复上一步骤.（4）取下钩码，大体确定铜丝的弹性限度.数据收集:初态指针所在位置:悬挂物总重铜丝伸长量是否发生弹性形变下面是一组课堂探究题，有些知识可能学生还未学到，仅供参考.课堂探讨1 如图3-1-6所示，一根轻弹簧上端固定在O点，下端拴一个钢球P，球处于静止状态，现
18、对球施加一个方向向右的外力F，使球缓慢偏移，在移动中的每一个时刻，都可以认为钢球处于平衡状态.若外力F方向始终水平，移动中弹簧与竖直方向的夹角90且弹簧的伸长量不超过弹性限度.请分小组探讨弹簧伸长量x与cos的函数关系图象中，最接近的是下面给出的图3-1-7中哪个图象. 图3-1-6 m 图3-1-7解析:由于小球一直处于平衡状态，就可以按照受力平衡来解决问题.将小球受到的三个力画成矢量三角形.由于重力不变，拉力F方向不变，由此可得弹簧的拉力F弹=，由胡克定律知F弹=kx，即可以得到x=. 故第四个图正确. 课堂探讨2 某实验小组做了以下研究:如图3-1-8所示中OC为一遵循胡克定律的弹性轻绳
19、，其一端固定于天花板上的O点，另一端与静止在动摩擦因数恒定的水平地面上的滑块A相连，当绳处于竖直位置时，滑块A对地面有压力作用，B为紧挨绳的一光滑水平小钉，它到天花板的距离BO等于弹性绳的自然长度，现用一水平力F作用于A，使之向右做直线运动.在运动过程中，作用于滑块A的滑动摩擦力（绳一直处于弹性限度以内）( )图3-1-8A.逐渐增大 B.保持不变C.先减小后增大 D.先增大后减小答案:B 课堂探讨3 某物理实验小组做“探究弹簧的伸长与所受拉力的关系”的实验在铁架台上悬挂一根很轻的弹簧,再在其下端挂上不同数目的钩码,用刻度尺量出每次弹簧的伸长.下表为实验记录:实验次数1234567拉力大小(N
20、)0.050.100.150.200.250.300.35弹簧的伸长(cm)24681012.515(1)从实验记录数据分析,你能发现弹簧的伸长与拉力有何关系吗?(2)用此弹簧能制成测量范围为多大的弹簧测力计?(3)该物理实验小组的同学们准备自己动手制作弹簧测力计,他们选取甲、乙两种规格不同的弹簧进行测试,测试结果如图3-1-9所示.图中OA段和OB段是弹性形变范围内.若要制作量程较大的弹簧测力计,他们应该选哪根弹簧?若要制作精确度较高的弹簧测力计,又应选哪根弹簧?图3-1-9解析:（1）从实验记录数据不难看出，弹簧的伸长与所受的拉力成正比.（2）测量范围为00.25 N,因为之后不符合正比关
21、系.（3）弹簧测力计是根据在弹簧的弹性限度内，弹簧受到的拉力越大，弹簧的伸长就越长的特性来制作的.由图可知，甲、乙两弹簧伸长相同的长度，乙受到的拉力比甲大，因此乙弹簧可用来测较大的力；甲、乙两弹簧受到相同的拉力时，弹簧甲的伸长比乙的大，可以提高精确度，故甲弹簧可制作精确度较高的测力计. 课堂探讨4 用金属制成的线材(如钢丝、钢筋)受到拉力会伸长,17世纪英国物理学家胡克发现,金属丝或金属杆在弹性限度内的伸长量与拉力成正比,这就是著名的胡克定律,这一发现为后人对材料的研究奠定了重要的基础.现有一根用新材料制成的金属杆,长为4 m,横截面积为0.8 cm2,设计要求它受到拉力后的伸长不超过原长的1
22、/1 000,由于这一拉力很大,直接测试有困难,就选用同种材料制成样品进行测试,通过测试取得数据如下:(1)根据测试结果,推导出线材伸长量x与材料的长度l、材料的截面积S及拉力F的函数关系.(2)在寻找上述关系中,你运用了哪种科学研究方法?(3)通过对样品的测试,求出新材料制成的金属细杆能承受的最大拉力.解析:(1)比较截面积都是0.05 cm2,拉力相等的情况下,伸长量与材料长度的关系,可以看出:线材受拉力作用后其伸长量与材料的长度成正比;同理比较长度一定时(比如选长度为1 m),拉力一定的情况下,线材的伸长量与材料的截面积成反比;同理比较在长度一定(如取1 m),截面积一定(如取0.05
23、cm2)的情况下,拉力与伸长量的关系,可以看出:拉力与线材的伸长量成正比.综合起来可得线材伸长量x与材料的长度l、材料的截面积S及拉力F的函数关系为:F=（2）在寻找上述关系中，主要运用了比较、归纳、总结、推断的科学研究方法.（3）按设计要求，它受到拉力后的伸长量不超过原长的1/1 000，则长为4 m、横截面积为0.8 cm2的线材的伸长量最大可为0.4 cm,根据(1)所得结论,我们可以推断:4 m,0.8 cm2,用250 N的拉力去拉时其伸长量为0.01 cm,那么由拉力与伸长量的关系可推断:4 m,0.8 cm2,伸长量为0.4 cm时金属细杆能承受的最大拉力为10 000 N.说明
24、:对于实验数据处理,特别是牵涉到影响某一物理量的因素有多少时,要注意用控制变量法去处理,即假设在某些因素相同的条件下,研究要研究的物理量与不固定因素之间的关系.以此类推,归纳总结出要研究的物理量与影响该物理量因素之间的数学关系.课堂练习以下是一位同学做“探究形变与弹力的关系”的实验.（1）下列的实验步骤是这位同学准备完成的.请你帮这位同学按操作的先后顺序，用字母排列出来:_.A.以弹簧伸长量为横坐标,以弹力大小为纵坐标,描出各组数据(x,F)对应的点,并用平滑的曲线连结起来.B.记下弹簧不挂钩码时,其下端在刻度尺上的刻度L0.C.将铁架台固定于桌子上,并将弹簧的一端系于横梁上,在弹簧附近竖直固
25、定一刻度尺.D.依次在弹簧下端挂上1个,2个,3个钩码,并分别记下钩码静止时,弹簧下端所对应的刻度并记录在表格内,然后取下钩码.E.以弹簧伸长量为自变量,写出弹力与弹簧伸长量的关系式.F.解释函数表达式中常数的物理意义.(2)下表是某同学探究弹力和弹簧伸长量的关系所测的几组数据:弹力F/N0.51.01.52.02.5弹簧原来长度L0/cm1515151515弹簧后来长度L/cm6.217.318.519.620.8弹簧伸长量x/cm算出每一次弹簧伸长量,并将结果填在上表的空格内.在图3-1-10的坐标上作出Fx图线.图3-1-10写出曲线的函数表达式(x用cm作单位)函数表达式中常数的物理意
26、义.解答:(1)CBDAEF(2)弹力F/N0.51.01.52.02.5弹簧伸长量x/cm1.22.33.54.65.8图线为一条通过原点的直线.曲线函数式:F=0.43x函数表达式中的常数为弹簧的劲度系数,表示使弹簧每伸长(或压缩)1 cm所需的拉力,大小为0.43 N.课堂小结 这节课研究了弹力，弹力产生的原因是物体发生了弹性形变；弹力的方向是跟接触面垂直的，绳中的弹力是沿着绳的方向的；弹簧弹力的大小用胡克定律计算.布置作业课后练习板书设计第一节 探究形变与弹力的关系弹力形变概念物体的形状和体积的改变特点1.任何物体都能发生形变2.有的形变明显，有的形变极其微小分类按形式分:拉伸（或压缩）形变、弯曲形变、扭转形变按效果分:弹性形变、非弹性形变弹力概念发生形变的物体由于要恢复原状，与跟它接触的物体间产生的力产生条件直接接触发生形变方向1.压力的方向垂直于支持面指向被压的物体2.支持力的方向垂直于支持面指向被支持的物体3.绳的拉力方向总是沿着绳指向绳子收缩的方向大小1.形变越大、弹力也越大2.形变消失、弹力也随之消失发生形变的物体由于要恢复原状，与跟它接触的物体间产生的力高考资源网版权所有，侵权必究！