科學(xué)探究彈力教學(xué)設(shè)計(jì)高一上學(xué)期物理

課題：科學(xué)探究：彈力課時(shí)安排：1課時(shí)課標(biāo)要求：認(rèn)識(shí)彈力。通過實(shí)驗(yàn)，了解胡克定律。1、知識(shí)與技能：認(rèn)識(shí)彈性形變和范性形變、彈性限度和彈力，知道彈力的產(chǎn)生原因和方向，會(huì)判斷有無彈力；了解常見彈力的種類；理解并會(huì)運(yùn)用胡克定律2、過程與方法：通過演示實(shí)驗(yàn)，初步體會(huì)微小放大法的物理思想；通過探究實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和分析綜合、歸納總結(jié)的能力3、情感態(tài)度與價(jià)值觀：通過動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度；通過將所學(xué)知識(shí)與實(shí)際生活相聯(lián)系，感受物理的魅力，增強(qiáng)對(duì)物理世界的探索欲和興趣。教學(xué)重點(diǎn)：1、形變種類和彈性限度2、彈力的產(chǎn)生原因和方向3、實(shí)驗(yàn)探究胡克定律教學(xué)難點(diǎn)：1、彈力的產(chǎn)生原因和方向2、實(shí)驗(yàn)探究胡克定律教學(xué)方法：（只寫主要教學(xué)方法的名稱，如講授法、問題討論法等）講授法、問答法、演示法、實(shí)驗(yàn)法教具等教學(xué)輔助手段：PPT、教具教學(xué)過程：一、引入1、形變及其分類師：同學(xué)們好！大家有玩過蹦床嗎？對(duì)蹦床有什么樣的印象呢？我請(qǐng)舉手的這位同學(xué)回答一下生：可以跳得很高師：沒錯(cuò)，那為什么人在蹦床上可以跳得很高呀？我們先來看段運(yùn)動(dòng)員蹦床的視頻，大家仔細(xì)觀察蹦床有什么變化教師播放運(yùn)動(dòng)員蹦床視頻。師：我們可以看到運(yùn)動(dòng)員在與蹦床接觸的時(shí)候，蹦床發(fā)生了？生：形變師：很好，形變，當(dāng)運(yùn)動(dòng)員與蹦床分開之后，蹦床又有什么變化？生：恢復(fù)了師：沒錯(cuò)，它恢復(fù)了原狀。這說明它發(fā)生的是什么形變？生：彈性形變師：非常好，像這種發(fā)生形變的物體在撤去外力后能恢復(fù)原狀的形變就稱作彈性形變，這種物體也就稱為彈性體。教師板書師：那你們覺得一個(gè)彈性體在受力發(fā)生形變之后，撤去力就一定會(huì)恢復(fù)原狀嗎？生：不一定師：很好，大家看我手里的彈簧，當(dāng)我用一點(diǎn)力把它拉長，再松開；可以看到這個(gè)彈簧怎么樣？生：恢復(fù)原狀了師：現(xiàn)在我用大力再把它拉長，松開之后會(huì)發(fā)現(xiàn)？生：彈簧沒有恢復(fù)原狀師：沒錯(cuò)，這說明，彈性體的彈性形變有一個(gè)限度，這個(gè)限度就稱為彈性限度，當(dāng)超過這個(gè)限度時(shí)，撤去外力物體就不能恢復(fù)原狀了。教師板書師：同學(xué)們可以按壓一下桌子上的橡皮泥，看看它的形變和彈簧的形變有什么不同？師：好，我請(qǐng)這位同學(xué)來回答一下。生：我發(fā)現(xiàn)橡皮泥在撤去力后無法恢復(fù)原狀師：很好，請(qǐng)坐。那像橡皮泥這種發(fā)生形變的物體在撤去外力后不能恢復(fù)原狀的形變就稱為范性形變，也叫非彈性形變和塑性形變。這就是形變的種類。教師板書2、微小放大法師：同學(xué)們，你們覺得按壓這個(gè)玻璃瓶會(huì)不會(huì)產(chǎn)生形變呢？生：會(huì)師：如果有形變的話我們用眼睛直接觀察現(xiàn)象明顯嗎？生：不明顯師：那有沒有什么辦法可以使它可視化呢？大家思考一下。請(qǐng)這位男同學(xué)來分享一下。生：可以把玻璃瓶裝滿水，插入一個(gè)細(xì)玻璃管，然后封上玻璃瓶，按壓玻璃瓶時(shí)，觀察細(xì)玻璃管液柱的高度變化師：很好，這位同學(xué)很善于思考，請(qǐng)坐。老師今天也準(zhǔn)備了一個(gè)同樣的玻璃瓶，里面裝的是紅墨水，便于觀察，現(xiàn)在我請(qǐng)位同學(xué)上臺(tái)試驗(yàn)一下。學(xué)生按壓玻璃瓶師：好，請(qǐng)你說說你觀察到的生：我擠壓這個(gè)玻璃瓶時(shí)，上面的液柱高度明顯上升了師：很好，謝謝這位同學(xué)，這就證明了玻璃瓶被擠壓的過程也是有形變的，只是它的形變很微小，不容易觀察。而將這種不易觀察的微小量轉(zhuǎn)化為其他量加以放大的方法就稱為——微小放大法，也是一個(gè)很重要的物理思想方法。教師板書師：再舉個(gè)例子，按壓桌子的時(shí)候，其實(shí)也是有形變的，但是它很微小，我們難以感受到，就可以通過多次反射的激光光斑的位置變化來放大桌子的形變。這就是微小放大法的妙用。二、講解1、彈力的定義和產(chǎn)生條件師：奧運(yùn)會(huì)上有一個(gè)我覺得很帥很颯的運(yùn)動(dòng)，就是射箭項(xiàng)目，尤其是射進(jìn)靶心的那一刻，振奮人心。師：誒，同學(xué)們，我有個(gè)疑問，這個(gè)弓是怎么把箭放出去的？教師播放弓箭圖片師：一開始，箭是靜止的，后來箭飛出去了，說明箭的——運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了變化吧師：那什么會(huì)使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化呢？生：力師：很好，說明弓對(duì)箭有力的作用，那么問題來了，弓是怎么對(duì)它產(chǎn)生力的呢？師：大家看，弓在這個(gè)過程中發(fā)生了什么變化？生：形變師：沒錯(cuò)，是什么形變呢？生：彈性形變師：對(duì)，弓弦在發(fā)生彈性形變后，由于要恢復(fù)原狀，所以就對(duì)相接觸的箭產(chǎn)生了一個(gè)力的作用，而這個(gè)力就稱為彈力。大家翻開課本第73頁，劃出倒數(shù)第一段中彈力的定義。教師板書彈力定義師：根據(jù)這個(gè)定義，你們覺得要產(chǎn)生一個(gè)彈力需要滿足什么條件？生：相互接觸、發(fā)生彈性形變師：很好，這就是產(chǎn)生彈力的兩個(gè)條件教師板書產(chǎn)生條件師：那在這個(gè)過程中弓和箭誰是施力物體，誰是受力物體呢？生：弓是施力物體，箭是受力物體師：沒錯(cuò)，發(fā)生彈性形變的弓就是彈力的施力物體，因?yàn)樗侵鲃?dòng)地要恢復(fù)成原狀，而阻礙它恢復(fù)原狀的箭就是受力物體。師：再比如課堂開始時(shí)運(yùn)動(dòng)員蹦床的例子，同學(xué)們說說這個(gè)過程中誰是施力物體，誰是受力物體呀？生：蹦床是施力物體，運(yùn)動(dòng)員是受力物體師：很好，看來大家都理解了。2、彈力的方向師：彈力的作用點(diǎn)在受力物體上，也在兩個(gè)物體的接觸面上。接下來我們說說彈力的方向。大家看定義中寫到由于物體要恢復(fù)原狀，物體會(huì)對(duì)與它接觸的另一物體產(chǎn)生力的作用。師：所以大家覺得彈力的方向應(yīng)該與形變的方向相反還是相同呢？生：相反師：好，我們通過兩個(gè)例子來看看究竟是不是相反。第一個(gè)，運(yùn)動(dòng)員站在跳板上，跳板被向下壓彎了，隨后人被彈起來，說明跳板對(duì)人有一個(gè)向上的彈力。第二個(gè)，物體掛在彈簧的下端，彈簧被向下拉長，物體處于平衡狀態(tài)，說明彈力與重力方向相反，是向上的。師：可以發(fā)現(xiàn)它們的彈力方向都是與形變方向相反的，生活中的很多例子也都表明彈力的方向總是與施力物體的形變方向相反。教師板書方向3、判斷彈力的有無師：同學(xué)們看這兩個(gè)相互接觸的物體，覺得A與B之間有沒有彈力呢？生：有/沒有師：大家眾說紛紜啊，那怎么判斷呢？第一種方法就是看滿不滿足彈力的產(chǎn)生條件，即直接接觸和發(fā)生彈性形變，接觸有了，但是究竟有沒有發(fā)生彈性形變呢？這個(gè)我們不得而知了師：所以老師想教給大家一個(gè)更好的方法，也就是假設(shè)法。我們可以假設(shè)這個(gè)與A相接觸的物體B消失，然后看A是否能維持現(xiàn)狀，如果A不發(fā)生變化，說明B對(duì)它沒有彈力，反之，A發(fā)生變化，B對(duì)A就有彈力。教師播放PPT、板書師：比如現(xiàn)在B消失了，你們說A會(huì)有什么變化嗎？生：不會(huì)師：沒錯(cuò)，那么說明二者之間有沒有彈力呀？生：沒有師：很好，那C和AB之間有沒有彈力呢？生：有師：對(duì)，假設(shè)C消失的話，AB就會(huì)掉下來，也就不會(huì)維持現(xiàn)狀，所以C與它們之間一定有彈力，而且這里的彈力我們通常把它叫做？生：支持力師：對(duì)，C對(duì)AB的支持力。師：大家再看這幅圖，繩子A和球B之間有沒有彈力呢？我請(qǐng)那位同學(xué)用假設(shè)法來分析一下生：假設(shè)繩子A斷了，球B就會(huì)沿斜面滾下去，不能維持現(xiàn)狀，所以它們之間有彈力師：很好，請(qǐng)坐。我們通常把繩子和物體之間的彈力稱為？生：拉力師：沒錯(cuò)，拉力。像我們剛剛所說的支持力、拉力等等，其實(shí)本質(zhì)上都是彈力，它們都是由于物體間相互接觸和發(fā)生彈性形變產(chǎn)生的，只是我們?yōu)榱朔奖銋^(qū)分，就用力的作用效果來給他們分別取了名字，實(shí)際上都屬彈力。而判斷物體之間有沒有彈力的最好辦法，就是假設(shè)法。教師一邊講解一邊播放PPT4、實(shí)驗(yàn)探究：胡克定律師：彈力的三要素只剩下大小還沒討論了。大家都玩過彈簧吧，你們的桌子上也有彈簧，可以拿起來感受一下彈力的大小，注意不要拉得太長，會(huì)超過彈簧的彈性限度。師：好，我請(qǐng)第三排的那位女生來說說你的發(fā)現(xiàn)。生：我發(fā)現(xiàn)彈簧被拉得越長，彈力就越大。師：好，所以你覺得彈力的大小和彈簧的長度有關(guān)對(duì)嗎？生：對(duì)師：那如果我們不去動(dòng)彈簧，它本身有一定的長度，也就是原長，這時(shí)候還有彈力嗎？生：沒有師：沒錯(cuò)。所以我們稍微改一下，可以猜想彈簧彈力的大小應(yīng)該是和彈簧的伸長量有關(guān)。那究竟是什么關(guān)系呢？我們就通過實(shí)驗(yàn)來探究一下。師：首先，要知道彈簧的伸長量可以用什么測量？生：用刻度尺量師：沒錯(cuò)，那具體應(yīng)該怎么量呢？這是兩位同學(xué)測得的伸長量x，你們覺得哪個(gè)同學(xué)是正確的？生：A同學(xué)師：為什么呢？生：……師：很好，這位同學(xué)發(fā)現(xiàn)了它們的本質(zhì)區(qū)別。B同學(xué)測的是彈簧被拉長后的總長度，A同學(xué)是在B同學(xué)的基礎(chǔ)上減去了彈簧的原長，得到的就是彈簧的伸長量。所以測量伸長量，就需要先測量原長l0，然后測量伸長后的總長度l1，再用l1l0。教師板書伸長量公式。師：那彈力的大小要怎么知道呢?生：用彈簧測力計(jì)師：有同學(xué)說用彈簧測力計(jì)，它雖然能測彈力，卻沒有辦法量到內(nèi)部的彈簧的伸長量，所以有沒有更好的辦法呢？師：我想先問一下大家，我們以前測物體重力的時(shí)候，把物體掛在測力計(jì)的鉤子上，就可以知道它的重力了，這是利用了什么原理？生：二力平衡師：很好，二力平衡。現(xiàn)在就請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)桌上的實(shí)驗(yàn)儀器，利用二力平衡原理，四人小組討論一下，設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案來探究彈簧彈力的大小與伸長量之間的關(guān)系。教師播放PPT展示實(shí)驗(yàn)儀器。師：好，我請(qǐng)第二小組的組長來分享一下你們的實(shí)驗(yàn)方案生：我們小組覺得可以把已知質(zhì)量的鉤碼懸掛在彈簧上，由二力平衡，彈簧的彈力大小就等于鉤碼的重力大小，然后通過改變懸掛的鉤碼的個(gè)數(shù)來改變彈簧彈力的大小和伸長量。師：非常好，請(qǐng)坐。這個(gè)小組說可以把已知質(zhì)量的鉤碼懸掛在彈簧上，由二力平衡得彈簧的彈力大小等于鉤碼的重力大小，然后通過改變懸掛的鉤碼的個(gè)數(shù)來改變彈簧彈力的大小和伸長量。師：這個(gè)方案是可行的，今天我們也是用這個(gè)方案來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)開始前，我想再次強(qiáng)調(diào)一下注意事項(xiàng)，大家掛的鉤碼不能過多，否則會(huì)超出彈簧的彈性限度。好，大家就根據(jù)PPT上的具體實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并把數(shù)據(jù)填在課本第75頁的表格中。學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)師：我看大家都完成的差不多了，有得出什么結(jié)論嗎？生：彈簧的彈力隨著伸長量的增大而增大師：很好，我們發(fā)現(xiàn)彈簧的彈力隨著伸長量的增大而增大，這說明了它們之間的定性關(guān)系，那存不存在定量關(guān)系呢，我們就選取一個(gè)小組的數(shù)據(jù)來作個(gè)圖看看。教師把小組數(shù)據(jù)填在ppt上的Excel表中并作圖師：同學(xué)們看，這幾個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)形成了一條直線，那你們覺得這條直線會(huì)經(jīng)過原點(diǎn)嗎？生：會(huì)師：好，我們分析一下，當(dāng)伸長量為零的時(shí)候，彈簧是不是處于原長，也就是沒有發(fā)生形變，那么也就不滿足產(chǎn)生彈力的條件，彈力也就為零。所以這條直線應(yīng)該是會(huì)經(jīng)過原點(diǎn)的。師：這表明在誤差允許的范圍內(nèi)，彈簧的彈力大小與伸長量成正比。他們的關(guān)系式可以表示成正比例函數(shù)y=kx，相應(yīng)的也就是F=kx，斜率k是不變的。師：實(shí)際上，早在17世紀(jì)，一位英國科學(xué)家胡克就發(fā)現(xiàn)了這個(gè)規(guī)律，于是命名為胡克定律。在彈性限度內(nèi)，彈簧彈力F的大小與彈簧伸長或壓縮的長度x成正比，即F=kx，k稱為彈簧的勁度系數(shù)，它與彈簧的材料、形狀等因素有關(guān)。教師板書大小師：根據(jù)這個(gè)公式，我們可以得出k的單位是？生：牛每米師：很好，它的單位就是牛每米師：同學(xué)們注意，這里的胡克定律是只適用于彈簧的師：誒對(duì)了，我記得初中的時(shí)候我們也學(xué)習(xí)了一個(gè)彈簧的定性關(guān)系，當(dāng)時(shí)說的是彈簧受到的拉力越大，彈簧的伸長量也就越大。而今天我們得到的結(jié)論是彈簧的伸長量越大，彈簧的彈力也就越大。那大家覺得哪個(gè)是對(duì)的呀？生：……師：其實(shí)這兩句話都是正確的。因?yàn)樗鼈冎g的區(qū)別在于力指的是彈簧本身的彈力還是彈簧受到的外力，對(duì)于胡克定律，彈簧本身產(chǎn)生彈力就是因?yàn)閺椈砂l(fā)生形變，所以說彈簧的彈力大小與伸長量之間有正比關(guān)系；而對(duì)于下面這句話，彈簧會(huì)發(fā)生形變是因?yàn)橛幸粋€(gè)外在的拉力，所以說彈簧受到的拉力越大，彈簧的伸長量也就越大。它們都是正確的，只要我們能分清楚它們的因果關(guān)系就行。師：好，大家看，彈簧測力計(jì)上的刻度是均勻劃分的，這就是根據(jù)彈簧彈力滿足胡克定律而來，具體的分度就要看不同彈簧不同的勁度系數(shù)了。三、應(yīng)用師：好，趁熱打鐵，現(xiàn)在請(qǐng)同學(xué)們運(yùn)用胡克定律來解決兩個(gè)問題。第一個(gè)比較簡單，就是胡克定律公式的應(yīng)用，大家可以翻開課本第76頁看看例題的解析和規(guī)范解答。師：首先告訴一下大家，在求解彈簧彈力與形變的問題時(shí)，通常忽略彈簧的質(zhì)量，題目會(huì)表述為輕彈簧，這也是一種理想模型。這種題型比較基礎(chǔ)，只要我們細(xì)心一點(diǎn)，記得把單位統(tǒng)一化，還有F=kx里x指的是伸長量，別代錯(cuò)了就沒問題。師：大家都看完了吧，我們來挑戰(zhàn)一點(diǎn)有難度的題。大家看課本第77頁的拓展題，思考一下這兩個(gè)小問。教師播放ppt例題師：好，我們一起來分析一下。這個(gè)題目中的圖像和我們剛剛通過實(shí)驗(yàn)得到的圖像似像非像，具體差在哪呢？我們先來看看它們的橫縱坐標(biāo)，縱坐標(biāo)都是彈力，而橫坐標(biāo)呢？題目的是彈簧長度，而實(shí)驗(yàn)的是伸長量，所以找到實(shí)質(zhì)區(qū)別，問題就能迎刃而解了。那么現(xiàn)在大家能告訴我第一問的答案了嗎？彈簧的原長是？生：10cm師：很好，因?yàn)?0cm處彈力為零，說明沒有形變，彈簧處于原長。那勁度系數(shù)呢？生：200牛每米/三分之二牛每米師：沒錯(cuò)，有同學(xué)說對(duì)了，k等于200牛每米。我還聽到有人說三分之二的，注意了啊，k=F比x，這里x指的是伸長量，所以要用15cm減去10cm，還要化單位，就等于0.05米。師：那第二小問呢？大家思考得如何了，我請(qǐng)一位同學(xué)來分析一下。生：不能，因?yàn)槿绻涂v軸相交的話，說明彈簧長度變成零了，但是彈簧被壓縮到一定程度后，