高中物理人教版第三章相互作用2彈力

2．彈力三維目標(biāo)知識與技能1．知道彈力產(chǎn)生的條件；2．知道壓力、支持力、繩的拉力都是彈力，能在力的示意圖中畫出它們的方向；3．知道形變越大彈力越大，知道彈簧的彈力跟彈簧的形變量成正比，即胡克定律.會用胡克定律解決有關(guān)問題。過程與方法1．通過在實(shí)際問題中確定彈力方向的能力；2．自己動手進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和操作實(shí)驗(yàn)的能力；3．知道實(shí)驗(yàn)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．真實(shí)準(zhǔn)確地記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，體會科學(xué)的精神和態(tài)度在科學(xué)探究過程的重要作用.在體驗(yàn)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(shí)踐結(jié)合起來的習(xí)慣；2．從任何物體都能發(fā)生形變?nèi)胧?，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的世界觀.認(rèn)識事物本來面目，不被表面現(xiàn)象所迷惑。教學(xué)重點(diǎn)1．彈力有無的判斷和彈力方向的判斷；2．彈力大小的計(jì)算；3．實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作。教學(xué)難點(diǎn)彈力有無的判斷及彈力方向的判斷。教具準(zhǔn)備刻度尺、鋼鋸條、彈簧、泡沫塑料塊、銅片、面團(tuán)、白紙、墨水瓶（灌滿紅墨水）、通過橡皮塞插有細(xì)玻璃管的橢圓形玻璃瓶、激光光源、平面鏡及支架（兩套）、物理小車、橡皮筋、小螺旋槳、小球、演示胡克定律用的帶刻度的木板、彈簧、鉤碼等等。課時安排2課時教學(xué)過程［新課導(dǎo)入］自然界的四種基本力是不需要物體相互接觸就能起作用的，但是在日常的生活和生產(chǎn)活動中，我們所觀察到的相互作用，無論是推、拉、提、舉，還是牽引列車、鍛打工件、擊球、彎弓射箭等，都是在物體與物體接觸時才發(fā)生的，這種相互作用力可稱為接觸力。我們通常所說的拉力、壓力、支持力、阻力等都是接觸力。接觸力按其性質(zhì)可歸納為彈力和摩擦力。它們在本質(zhì)上都是由電磁力引起的。在運(yùn)動場上跳遠(yuǎn)時要用踏跳板，撐桿跳高運(yùn)動員的桿，都是利用他們彈性形變時的彈力，同學(xué)們還可以舉出許多利用彈力的例子，誰來說？學(xué)生回答：拉弓射箭、跳跳床、跳水用的踏跳板……那么彈力是怎樣產(chǎn)生的呢？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)彈力的有關(guān)知識。本節(jié)重點(diǎn)研究彈力。［新課教學(xué)］一、彈性形變和彈力【演示實(shí)驗(yàn)】1．鋼鋸條在手的作用下彎曲；2．彈簧被拉長或壓短；3．泡沫塑料塊受力而被壓縮、彎曲與扭轉(zhuǎn)；4．銅片被彎成直角狀；5．面團(tuán)在重力作用下下墜，形狀變化；6．紙張被手揉皺。學(xué)生觀察并思考。它們的形狀或體積發(fā)生了變化。1．彈性形變（1）形變物體在力的作用下形狀或體積發(fā)生改變，叫做形變（deformation）。（2）彈性形變有些物體在形變后能夠恢復(fù)原狀，這種形變叫做彈性形變（elasticdeformation）。（3）任何物體都會發(fā)生形變?nèi)魏挝矬w受力時都會產(chǎn)生形變，只是有的形變很小，不易觀察?！狙菔緦?shí)驗(yàn)】取一廣口瓶，內(nèi)裝染色的水。用軟木塞塞緊瓶口，軟木塞中心處插一細(xì)長的兩端開口的玻璃管。用力擠壓廣口瓶，讓學(xué)生觀察會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？學(xué)生：細(xì)玻璃管中的液面上升。引導(dǎo)分析：用力擠壓廣口瓶，廣口瓶發(fā)生形變，導(dǎo)致細(xì)玻璃管中的液面上升?！狙菔緦?shí)驗(yàn)】在一張大桌子上放兩個平面鏡M和N，讓一束光依次被這兩面鏡子反射，最后射到墻上，形成一個光點(diǎn)。用力壓桌面，觀察墻上光點(diǎn)位置的變化。這個現(xiàn)象說明了什么？MMNF引導(dǎo)分析：桌面有了形變，使M、N平面鏡的位置發(fā)生了微小的變化，從而引起反射光線偏轉(zhuǎn)，光點(diǎn)在刻度尺上移動?！狙菔緦?shí)驗(yàn)】如圖所示，一塊三角形有機(jī)玻璃壓在另一塊有機(jī)玻璃上，發(fā)生的形變很小，肉眼不能看出。但是，形變使有機(jī)玻璃內(nèi)不同部位的光學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生了差異，讓特殊的光通過時，可以看到這種差異。總結(jié)：我們通常用眼睛能看到一些物體發(fā)生形變，還有一些物體眼睛根本觀察不到它的形變，比如一些比較堅(jiān)硬的物體，但是這些物體都有形變，只不過形變很微小。一切物體在力的作用下都會發(fā)生形變。（4）彈性限度如果形變過大，超過一定的限度，撤去作用力后，物體就不能完全恢復(fù)原來的形狀。這個限度叫做彈性限度（elasticlimit）。（5）形變的種類根據(jù)物體形變的程度，有一種形變是由于物體被彎曲造成的，比如說彎曲的直尺，彎曲的竹竿等等；有的形變可能是由于物體被拉長而引起的，比如說拉長的橡皮筋、被拉長的彈簧等等；:彈簧還可以由于被壓縮而產(chǎn)生形變，我們可以把這種形變叫做壓縮形變，同樣的例子還有被壓縮的面包、海綿等等；繩子被扭轉(zhuǎn)后也會發(fā)生形變，我們可以稱之為扭轉(zhuǎn)形變，被扭轉(zhuǎn)的金屬也有這樣的特征拉伸(或壓縮)形變、彎曲形變、扭轉(zhuǎn)形變。2．彈力（1）概念【演示實(shí)驗(yàn)】被壓縮的彈簧上放一黑板擦，放手，黑板擦被彈起；被彎曲的竹片上放一粉筆頭，放手，粉筆頭被彈起。提問：為什么黑板擦、粉筆頭被彈起？學(xué)生回答：黑板擦和粉筆頭受到了彈力。具體實(shí)例：彈簧發(fā)生形變黑板擦與彈簧接觸(黑板擦使彈簧發(fā)生形變)彈簧對跟它接觸的黑板擦產(chǎn)生力發(fā)生形變的彈簧，由于要恢復(fù)原狀，對跟它接觸的黑板擦產(chǎn)生彈力。發(fā)生形變的彈簧，由于要恢復(fù)原狀，對使它發(fā)生形變的黑板擦產(chǎn)生彈力。彈簧與黑板擦接觸，黑板擦也發(fā)生形變，黑板擦對跟它接觸的彈簧也產(chǎn)生彈力。一般概念：發(fā)生彈性形變的物體，由于要恢復(fù)原狀，對與它接觸的物體產(chǎn)生力的作用，這種力叫做彈力（elasticforce）。發(fā)生形變的物體，由于要恢復(fù)原狀，對使它發(fā)生形變的物體產(chǎn)生力的作用，這種力叫彈力。發(fā)生彈性形變的物體對對方施加的力，叫做彈力。（2）彈力產(chǎn)生的條件提問：如果粉筆頭、黑板擦與形變物不接觸，會受到彈力嗎？引導(dǎo)回答：不接觸一定不會受到這個力。可見，產(chǎn)生彈力的必要條件是兩物體直接接觸。提問：水平地面光滑，分析下面兩接觸物體間是否存在彈力？引導(dǎo)分析：利用假設(shè)法，結(jié)合足球所處的狀態(tài)分析，得到放在光滑水平面上的兩個足球雖然接觸，但兩者間不存在彈力；足球雖然與豎直或傾斜的擋板接觸，但兩者間也都不存在彈力?？梢?，兩接觸物體間不一定存在彈力。只有兩接觸物體間發(fā)生彈性形變，兩物體間才產(chǎn)生彈力。彈力與彈性形變同時產(chǎn)生，同時存在，同時消失，即兩者共存亡。彈力是被動力，只有相互接觸并發(fā)生彈性形變的物體之間才能產(chǎn)生彈力。（1）直接接觸；（2）發(fā)生彈性形變。彈力不僅產(chǎn)生在兩接觸物體間，也可產(chǎn)生在接觸的兩部分之間。彈力的實(shí)質(zhì)是分子間相互作用力的宏觀體現(xiàn)。二、幾種彈力1．壓力和支持力放在水平桌面上的書與桌面相互擠壓，書和桌面都發(fā)生微小的形變。由于書的形變，它對桌面產(chǎn)生向下的彈力F1，這就是書對桌面的壓力。由于桌面的形變，它對書產(chǎn)生向上的彈力F2，這就是桌面對書的支持力。（1）壓力和支持力都是彈力壓力和支持力是直接接觸的雙方，由于相互擠壓引起接觸處另一方發(fā)生形變時產(chǎn)生的。發(fā)生形變的一方，對使它發(fā)生形變的一方（對方）產(chǎn)生相互作用的彈力。正壓力或支持力的作用點(diǎn)在接觸處。（2）壓力和支持力的方向壓力和支持力的方向與接觸雙方的情況有關(guān)，接觸雙方通常有平面、曲面和點(diǎn)。①當(dāng)接觸雙方一方為平面，另一方為平面、曲面或點(diǎn)時，正壓力或支持力總是垂直于接觸的平面，并指向受力物體?！揪毩?xí)】分析下面接觸物體間的支持力和正壓力。FF1F2F2F2F1F1F4F3②當(dāng)接觸雙方一方為曲面，另一方為曲面或點(diǎn)時，正壓力或支持力總是過接觸點(diǎn)，垂直于過接觸點(diǎn)的切面，并指向受力物體?！揪毩?xí)】分析下面接觸物體間的支持力和正壓力。2．拉力用繩子拉物體時，繩子和物體都會產(chǎn)生形變，致使繩子對物體產(chǎn)生拉力，同時物體也對繩子產(chǎn)生拉力。（1）拉力線、繩、鏈條等柔體的拉力是對所拉物體的彈力。（2）拉力（或推力）的方向拉力（或推力）的方向總是沿著柔體而指向柔體收縮的方向；輕彈簧既可對物體施以拉力，也可施以推力，其方向均沿輕彈簧所在的直線。三、胡克定律1．彈力的大小實(shí)驗(yàn)：用手拉壓彈簧。提問：你拉過拉力器嗎？談?wù)勀愕母惺?。學(xué)生：越拉越費(fèi)力，說明彈簧形變越厲害，產(chǎn)生的彈力越大。彈力的大小跟形變的大小有關(guān)系，形變越大，彈力也越大，形變消失，彈力隨著消失。2．胡克定律（1）實(shí)驗(yàn)探究設(shè)計(jì)一個實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的目的是尋找與彈簧的彈力有關(guān)的因素。學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，然后分組實(shí)驗(yàn)。參考實(shí)驗(yàn)案例：如圖所示，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(xiàng)：①本實(shí)驗(yàn)要求定量測量，因此要盡可能減小實(shí)驗(yàn)誤差.標(biāo)尺要豎直且緊靠指針以減小讀數(shù)帶來的誤差，每次改變懸掛鉤碼個數(shù)后，要待系統(tǒng)穩(wěn)定后再讀數(shù).②實(shí)驗(yàn)中所提供的米尺精確度為1mm，應(yīng)估讀一位.③彈簧組的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：從彈簧組中選擇一只彈簧（注意它的彈性限度）懸掛在鐵架臺的橫桿上；實(shí)驗(yàn)桌上有200g、50g的鉤碼各一盒，選擇50g鉤碼來做這一實(shí)驗(yàn).（想一想，為什么？）（參考答案：50g的鉤碼質(zhì)量比較小，容易調(diào)節(jié)，另外增加一個不會損壞彈簧）。②首先將實(shí)驗(yàn)裝置調(diào)整妥當(dāng)（如整個裝置是否豎直平穩(wěn)，標(biāo)尺與彈簧的距離是否合適，標(biāo)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?biāo)缚潭?。④懸?0g鉤碼一個，待穩(wěn)定后，讀出彈簧上指針?biāo)缚潭炔⒂?jì)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（N）指針?biāo)缚潭龋╟m）彈簧伸長量（cm）⑥圖象法處理數(shù)據(jù)：在下面的坐標(biāo)紙上，以彈簧彈力為縱軸，彈簧伸長量為橫軸建立坐標(biāo)系，如圖所示。描出5個特殊點(diǎn)，以尋找彈簧彈力和彈簧伸長量之間的關(guān)系。拓展：常用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法有計(jì)算法（求比值、求積、求和、求差等）和圖象法兩種。兩者比較，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(shí)驗(yàn)的偶然誤差。（2）胡克定律彈力與形變的定量關(guān)系，一般來講比較復(fù)雜。而彈簧的彈力與彈簧的伸長量（或壓縮量）的關(guān)系則比較簡單。在初中已學(xué)過，彈簧在彈性限度內(nèi)的彈力與彈簧的形變量有關(guān)。拉力越大，彈簧被拉得越長。實(shí)驗(yàn)表明：彈簧發(fā)生彈性形變時，彈力的大小F跟彈簧伸長（或縮短）的長度x成正比，即F＝kx這個規(guī)律是英國科學(xué)家胡克發(fā)現(xiàn)的，叫做胡克定律（Hookelaw）。（3）勁度系數(shù)胡克定律的k稱為彈簧的勁度系數(shù)（coefficientofstiffness），單位是牛頓每米，符號用N/m表示。生活中說有的彈簧“硬”，有的彈簧“軟”，指的就是它們的勁度系數(shù)不同。彈簧的勁度系數(shù)跟彈簧絲的粗細(xì)、材料、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。勁度系數(shù)是反映彈簧特性的物理量，由彈簧本身決定。3．分析彈力的方法（1）接觸物體間有無彈力的簡捷判斷設(shè)想將接觸物撤去，若物體的運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生變化，則接觸物體間一定存在彈力；若物體的運(yùn)動狀態(tài)沒有發(fā)生變化，則需判斷物體與其它接觸物間的力是否發(fā)生了變化，才能進(jìn)一步判定。MmMmM舉例說明。（3）從平衡條件分析根據(jù)二力平衡的條件可分析確定彈力的大小和方向。分析下面問題中各彈力的大小和方向。［小結(jié)］在彈力的教學(xué)過程中，有這樣幾個難點(diǎn)需要突破，一是任何相接觸的物體間都可能有彈力，彈力的產(chǎn)生條件是接觸并且有形變，但是有些物體的形變量很小，不容易觀察到，就會使學(xué)生產(chǎn)生這樣的疑問：這種情況下彈力