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科学探究弹力教案

科学探究:

弹力

【教材分析】

“弹力”是力学中三种基础力之一,是力学的核心内容之一,掌握好“弹力”是受力分析的基础。

本节内容是在初中“弹力”的基础上的进一步深化与拓展,学好弹力既可以巩固加深对力的理解,同时又可以为学好摩擦力做好铺垫。

本节从展示弹簧被拉伸和压缩的实例引入,让学生体会弹力产生的原因和条件;通过研究形变来探究弹力的几种表示形式及弹力的方向;引导学生设计“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验,得出胡克定律。

【教学目标与核心素养】

【物理观念】能了解弹力和胡克定律的内涵,能利用弹力的概念与规律说明生产生活中的相关现象。

【科学思维】能在熟悉的情境中运用轻弹簧模型解决问题;能对物体受力情况进行分析和推理,获得结论。

【科学探究】能完成“探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系”实验;能根据已有实验方案,使用弹簧测力计、刻度尺等器材收集数据;通过做图或其他方法分析数据形成初步的结论。

【科学态度与责任】通过对弹力的探究,能认识实验对物理研究的重要性;有学习物理的兴趣,知道实事求是和与他人合作的重要性。

【教学重难点】

【教学重点】弹力产生的条件及方向;胡克定律的实验探究

【教学难点】弹力的有无及方向的判断

【教学过程】

【导入新课】

图片引出形变。

【新课讲授】

一、形变与弹力

(一)形变的定义及分类

总结形变特点,得到形变定义,“我们把物体发生的伸长、缩短、弯曲等形状的变化称为形变(deformation)。

思考:

坚硬的物体会不会也发生形变?

观察用激光演示桌面的微小形变和演示大玻璃瓶的微小形变的实验。

得出“坚硬物体也会发生形变”的结论。

观察图片并思考:

撤去外力后,这些物体能否恢复原状?

得到弹性形变的概念。

弹性形变:

某些发生形变的物体在撤去外力后能恢复原状,这种物体称为弹性体,对应的形变称为弹性形变(elasticdeformation),如压缩的弹簧、拨动的琴弦等。

观察图片并思考:

撤去外力后,这些物体能否恢复原状?

得到范性形变的概念。

范性形变:

有些物体发生形变后不能恢复原状的形变

思考:

当用较小的拉力拉弹簧时,撤去拉力,弹簧能否恢复原状?

当用很大的力把弹簧拉直时,撤去拉力,弹簧能否恢复原状?

通过引导学生思考这两个问题,得出弹性限度的概念。

弹性限度:

弹性体的形变不能无限增大,若超过一定的限度,撤去外力时物体就不能恢复原状,这个限度称为弹性限度。

(二)弹力的概念

 

手压弹簧,弹簧发生压缩形变弹簧向右恢复原长弹簧对小球有一个向右的弹力

得到弹力的定义:

相互接触的物体发生弹性形变时,由于物体要恢复原状,物体会对与它接触的另一物体产生力的作用,这种力称为弹力。

解读弹力的定义,得出施力物体、受力物体和产生原因。

并得出弹力的方向:

弹力的方向总是与物体形变的方向相反。

产生条件:

①物体间相互接触②物体间发生弹性形变

例1.关于弹力的产生下列说法()

A.只要两物体接触就一定产生弹力

B.只要两物体相互吸引就一定产生弹力

C.只要两物体发生形变就一定产生弹力

D.只有发生弹性形变的物体才会对与它接触的物体产生弹力作用

通过例1对所学弹力知识进行评价、巩固。

(三)弹力的有无

 

思考:

圆球是否受到弹力?

根据弹力的产生条件:

接触;有形变。

圆球与墙壁属于坚硬物体,形变与否不易直接观察,所以难点在于“如何判断弹力的有无”。

针对这一难点问题,结合PPT动画展示介绍“撤除法”和“假设法”。

撤除法

把与研究对象接触的物体撤除,看其运动状态是否发生变化,若其运动状态变化说明存在弹力,若不变化说明弹力不存在。

球不动

球向下运动

撤除下方墙壁

撤除左侧墙壁

有弹力

无弹力

 

2.假设法

假设与研究对象接触的物体对其有弹力作用,分析研究对象在弹力作用下的运动状态与其实际运动状态是否相符,如一致,则受到弹力作用;如不同,则无该弹力。

球不可能保持静止

对球受力分析

假设球与物块之间有弹力

球与物块无弹力

光滑球静止在水平地面上

 

练习:

下列各图中A物体在O点是否受弹力?

(接触面全光滑)

 

A

O

A

o

A

0

 

(四)几种弹力和方向

根据弹力的几种表现形式,按照其效果可分为“拉力”、“支持力”、“压力”。

其方向根据“弹力的方向总是与物体形变的方向相反”得出。

1.拉力:

由于桶的作用使绳被拉伸,绳子要恢复原状,而对所拉物体产生的弹力,通常称为拉力。

方向:

沿绳收缩方向(竖直向上)的拉力

v轻绳的受力特点:

1.只能拉不能压;2.轻绳的拉力一定沿绳方向;3.同一根绳子张力处处相等。

2.支持力:

由于物块的挤压使桌面发生形变,桌面要恢复原状,对物块产生的弹力,通常称为支持力。

方向:

垂直于接触面指向被支持物体

3.压力:

由于物块发生形变,对桌面产生的弹力,称为压力。

方向:

垂直于接触面指向被压物体

练习、小球静止于光滑的接触面,画出小球所受力的示意图

 

 

二、探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系

引导学生根据实验目的和所提供的【实验器材】自主设计实验并进行数据处理,得出结论。

实验目的:

(1)探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系。

(2)了解弹簧测力计的工作原理。

【实验器材】铁架台、带挂钩的弹簧、钩码、刻度尺。

学生猜想:

弹簧弹力与伸长量的大小成正比

实验设计:

根据实验目的和【实验器材】设计实验

实施实验:

测量并记录弹力F与形变量x大小

钩码质量m/g

 

弹簧弹力F/N

 

 

 

 

 

弹簧长度l/cm

 

 

 

 

 

弹簧伸长量x/(cm)

 

 

 

 

 

数据处理:

建立F-x坐标系,描点、连线

得出结论:

实验结论

(1)弹簧的弹力随伸长量的增大而。

(2)在误差允许范围内,弹簧的弹力大小与成正比。

讨论

(1)实验图像是否经过所有数据点?

若不是,请分析误差来源。

(2)与其他实验小组交换实验数据、图像及结论,看看是否存在差异,并分析导致差异的原因。

(3)为什么弹簧测力计可测力的大小?

为什么其刻度是均匀的?

【误差分析】

1.系统误差:

钩码标值不准确和弹簧自身重力的影响造成系统误差。

2.偶然误差:

(1)弹簧长度的测量造成偶然误差,为了减小这种误差,要尽量多测几组数据。

(2)作图时的不规范造成偶然误差,为了减小这种误差,画图时要用细铅笔作图,所描各点尽量均匀分布在直线的两侧。

【规律方法】数据处理技巧

(1)测量有关长度时,应区别弹簧原长L0、实际总长L及伸长量x,明确三者之间的关系。

(2)建立平面直角坐标系时,两轴上单位长度所代表的物理量的值要适当,不可过大,也不可过小。

描线的原则:

尽量使各点落在一条直线上,少数点分布于直线两侧,描出的线不应是折线,而应是平滑的直线。

三、胡克定律

胡克定律:

大量实验研究表明:

在弹性限度内,弹簧弹力F的大小与弹簧伸长(或压缩)的长度x成正比,即F=kx。

式中的比例系数k称为弹簧的劲度系数(coefficientofstiffness)。

若力的单位用牛顿(N),长度单位用米(m),则劲度系数k的单位是牛顿每米(N/m)。

F=kx

观察两根不同弹簧的F-X图像,得“不同弹簧的k值不同是因为弹簧的软硬不同。

总结:

k是弹簧的劲度系数,由弹簧自身结构有关。

观察下列两幅图片,加深对k值得理解。

例题2.如图所示,一根轻弹簧长度由原来的5.00cm伸长为6.00cm时,手受到的弹力为10.0N。

那么,当这根弹簧伸长到6.20cm时(在弹性限度内),手受到的弹力有多大?

通过该例题,训练学生对胡克定律的使用,体会“只要在弹性限度内,对于同一根弹簧,无论其形变量有多大,劲度系数不变。

【课堂演练】

1.2018年跳水世界杯,施廷懋三米板夺冠。

如图是运动员踩下跳板的图片,下列说法正确的是()

A.跳板面受到弹力的作用,是因为运动员的脚发生了形变

B.跳板面受到弹力的作用,是因为跳板发生了形变

C.运动员踩跳板,跳板先发生形变,运动员的脚后发生形变

D.运动员受向上的弹力,是因为运动员的脚发生了形变

2.(2019·南安高一检测)如图所示,一个球形物体静止于光滑水平面上,并与竖直光滑墙壁接触,A、B两点是球跟墙和地面的接触点,则下列说法中正确的是()

A.物体受重力、B点的支持力、A点的弹力作用

B.物体受重力、B点的支持力、地面的弹力作用

C.物体受重力、B点的支持力作用

D.物体受重力、B点的支持力、物体对地面的压力作用

3.台球以速度v0与球桌边框成θ角撞击O点,反弹后速度为v1,方向与球桌边框夹角仍为θ,如图所示。

OB垂直于桌边,则下列关于桌边对小球的弹力方向的判断中,正确的是()

A.可能沿OA方向

B.一定沿OB方向

C.可能沿OC方向

D.可能沿OD方向

4.由实验测得某弹簧的长度L和弹力F的关系如图所示,求:

(1)该弹簧的原长为多少?

(2)该弹簧的劲度系数为多少?

【课堂小结】

一、形变

弹性形变:

能恢复到原来形状的形变

范性形变:

不能恢复到原来形状的形变

二、弹力及产生条件

1.定义:

相互接触的物体发生弹性形变时,由于物体要恢复原状,物体会对与它接触的另一物体产生力的作用,这种力称为弹力。

弹力的方向:

弹力的方向总是与形变物体的方向相反。

2.产生条件:

①物体间相互接触②物体间发生弹性形变

三、弹力的分类及方向

1.拉力

方向:

沿绳收缩方向(竖直向上)的拉力

2.支持力

方向:

垂直于接触面指向被支持物体

3.压力

方向:

垂直于接触面指向被压物体

四、胡克定律

胡克定律:

在弹簧的弹性限度内,弹力F与形变量x的大小成正比。

F=kx

k是弹簧的劲度系数,由弹簧自身结构有关。

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