教科版高中物理必修1《弹力》教学设计3

弹力
教学设计思路：弹力是生活中常见的力，弹力不仅是科学术语，也是生活用语．在常见的三种力中，理解难度和研究难度，介于重力和摩擦力之间，有承上启下的作用．由于学生的初中物理基础和生活经验、生活语言，弹力对学生而言没有新鲜感，弹力教学也不容易引起学生的好奇心．而弹力教学的重要性在于，物理学的基本研究方法，观察和实验，猜想探究，在研究弹力的过程中淋漓尽致地表现出来．弹力教学要着重渗透物理研究方法，强化学习过程的体验，使其内化为学生的学习能力．学习任务分析：由于教材对弹力的展开顺序是：弹力的产生、弹力的方向、弹力的大小；思维活动顺序是：观察——描述——猜想——操作——数学表达．都是由浅入深、由直观到抽象、循序渐进展开的．所以本节前半段的学习任务，应着重突出观察和描述在思维中的重要地位，为后半段探究变量关系奠定基础；后半段的学习任务应突出猜想、操作和用数学表达变量关系．学习者分析：1．本节教材知识内容尽管学生较为熟悉，生活中经常见到，但要真正理解弹力的产生过程是有一定难度的．因此教学重心宜放在对物理学研究方法的体验上，使学生学会观察与思考、分析与归纳，并能够自己总结出弹力的产生过程．2．对于弹簧产生弹力的大小的探究，学生在初中物理学习过程中已有定性的了解，关键是要做好实验过程指导，尤其是采用做图法来处理实验数据．虽然在测物体加速度的实验中用过一次，但其中数学工具的运用毕竟是初高中物理衔接要处理的一个难题，所以更要加大指导力度．教学目标：知识与技能1．知道常见的形变，知道什么是弹力，理解弹力产生的条件．2．知道压力、支持力、绳的拉力都是弹力；能画出不同情况下，上述弹力的方向．3．知道在弹性限度内，形变越大弹力越大．知道胡克定律．过程与方法1．创设物理情境，通过对具体现象的分析，体会弹力是如何产生的．渗透物理研究方法．2．通过实验“放大了的微小形变”及其他常见的“放大”方法，知道把微小变化量放大是物理学中常用的方法．3．通过实验探究的方式理解胡克定律，重点强化对数据进行分析与论证的环节．情感、态度与价值观1．通过对“微小量放大”方法的了解，体会物理方法的精妙，发展对科学知识的好奇心与求知欲．2．通过分组实验、探究规律的过程，体会科学探究的过程，增强团队意识，加强动手能力及语言表述能力．教学准备：演示实验：橡皮筋、橡皮泥、拉力器、弹簧、小车、装满水的较大气球、薄木板、瓶塞上插有细管的大玻璃瓶（最好用横截面是椭圆形的瓶）、平面镜、激光器、铁块．学生实验：铁架台、钢尺（50cm）、弹簧、钩码（若干）、坐标纸．教学过程：（一）引入初中我们已经学习过的常见力有重力、摩擦力等，还有一些平时比较熟悉的力，如拉力、推力、压力、支持力等，但对什么是弹力可能比较陌生．事实上，在日常生活中，弹力是无处不在的．这节课我们就一起来研究有关弹力的问题．（二）问题研究1．产生弹力的物体的共同特点是什么？演示实验1：拉力器被拉伸．（由两名学生对拉）演示实验2：橡皮筋被拉长．演示实验3：弹簧被压缩．师：上面一组演示实验，都出现了弹力，那么这些产生弹力的物体有什么共同之处吗？生：观察现象并讨论、总结产生弹力的共同特点——物体发生形变．总结：物体在力的作用下形状或体积发生改变，叫做形变（加波浪线的这段文字为板书，下同）学生自我感受：指压手臂、用手压弯尺子．2．是不是有形变的物体就一定会产生弹力？教师让学生带着如下问题观察、思考教师的演示实验：是不是有形变的物体就一定会产生弹力？演示实验4：按图1所示装置演示弹簧被小车压缩，放手后小车运动．演示实验5：按图2所示装置演示橡皮泥被小车压缩，放手后小车不动．师：可见并不是有形变就会产生弹力的，那么在什么情况下才有这种作用力的产生？学生交流对实验现象的观察、思考结果，教师在此基础上引导学生得出如下结论：当物体发生了形变后不一定对与它接触的物体施加作用力；只有当物体发生了能恢复原状的形变时才会对与它接触的物体施加作用力．指出：我们把停止用力后物体能完全恢复原状的这种属性称为弹性，具有弹性的物体称为弹性体，如橡皮筋、弹簧、海绵块等是典型的弹性体；把停止用力后物体不能恢复原状的这种属性称为范性．这样按停止外力作用后物体能否恢复原状我们可以把形变分为弹性形变与范性形变．弹性形变：停止用力后物体能完全恢复原状的形变．范性形变：停止用力后物体不能恢复原状的形变．3．什么是弹力及弹力的产生要满足哪些条件？师：大家能不能从刚才的结论中为弹力下一个定义？教师引导学生从上述结论中抽象出弹力的概念：发生了弹性形变的物体，由于要恢复原状，对跟它接触的物体会产生力的作用，这种力叫做弹力．师：那么弹力的产生要满足哪些条件呢？从弹力的概念出发，结合演示实验，组织学生讨论得出．弹力产生的条件：（1）两物体必须直接接触；（2）接触处发生了弹性形变．这是直接判断有无弹力存在的基本依据．4．支持力、压力、拉力、推力是弹力吗？教师让学生带着如下问题观察、思考教师的演示实验：大家常见的支持力、压力和拉力都是按效果命名的力，你能找到这些力的施力物体并说明它们是如何产生的吗？演示实验6：把装满水的气球放到薄木板上．演示实验7：用橡皮筋将装满水的气球吊起．学生根据看到的实验现象思考、讨论：支持力是如何产生的？教师总结并进一步引导学生得出结论．常见的支持力、压力、拉力，还有推力，都属于弹力．5．如何确定弹力的方向？师：通过刚才的实验你能找到支持力的作用点和方向吗？教师引导学生思考得出，支持力的作用点在接触面．支持力的方向垂直于接触面指向被支持的物体．进一步引导学生总结出支持力、压力的方向跟接触面垂直并指向被支持（或被压）的物体；绳子拉力的方向指向绳子收缩的方向．师：既然所有的弹力，都由物体的形变产生的，那么弹力的方向有什么共同的特点呢？能不能用一句话来概括呢？引导学生总结出：物体的弹力方向，总是与作用在物体上使物体发生形变的外力方向相反，或可表述为“总是与施力物体的形变方向相反”．6、如何才能看见微小形变？师：物体发生弹性形变的时侯，会产生弹力，换句话说，有弹力的作用，就一定有弹性形变．刚才有些同学可能会产生疑问：物体放在桌面上，桌面对物体有支持力的作用，这个支持力是弹力，但是，看起来桌子并没有发生形变；悬线对物体的拉力也是弹力，但看起来，悬线并没有伸长……这到底是为什么呢？教师指出，如果桌面在铁块的重压下产生了形变的话，那么，可能因这种形变太小了使得我们无法直接观察到．因此必须设计一种能够把桌面微小形变加以放大显示的装置．教师启发学生运用光的反射原理设计出教材图2-3-2“放大了的微小形变”的实验，并进行演示．演示实验8：用平面镜和激光器放大微小形变．为了说明桌面微小形变的存在和桌面的形变属于弹性形变，必须让学生观察：a．桌面没放铁块时光点的位置；b．桌面放上铁块时光点的位置；c．铁块从桌面拿起来后光点的位置．教师进一步指出，从上述实验可以看出，不仅软的物体在力的作用下会发生形变，坚硬的物体在力的作用下也会发生形变，只是后者的形变太微小，要用特殊方法加以放大显示罢了．然后，请学生再观察一个显示微小形变的实验．演示实验9：“观察玻璃瓶的微小形变”．7．弹力的大小与什么因素有关呢？师：大家思考一下，弹力的大小与什么因素有关呢？生：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，弹力也随着消失．强调：上面所讲的是形变与弹力的定性关系，弹力与形变的定量关系，对于不同的物体有所不同，一般来说比较复杂，我们只要求大家掌握其中一种最简单的，弹簧的弹力与弹簧形变的关系．[学生实验]实验装置如图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；弹簧的长度以及伸长量可由刻度读出．做法：选择适当的钩码，挂在弹簧下端，读出弹簧自然下垂时指针所指的刻度，填入下表中．并改变钩码的重量，做至少五组数据．注意：要将实验装置调整妥当，待系统稳定后再读数；不要超过弹簧的弹性限度使用．图312345初态指针对应刻度（cm）弹簧弹力（N）指针所指刻度（cm）弹簧伸长量（cm）数据处理：以弹簧的弹力为纵轴、弹簧伸长量为横轴建立坐标系．描出几个特殊点，寻找弹簧弹力和弹簧伸长量的关系．学生实验小组协作自主完成．教师展示学生实验成果并小结：弹簧弹力的大小与弹簧的形变量成正比．师：如何用一个公式来表达这个关系呢？总结：可以用F＝kx来表达，这个规律叫胡克定律．其中k叫弹簧的劲度系数．（三）课堂小结（引导学生思考）大家回忆一下，这节课你获得了什么初中没有接触过的知识？（四）例题与巩固例题1：分析下列物体A、B,各面所受的弹力及其方向，物体均静止，接触面均光滑．例题2：一根弹簧在弹性限度内，对其施加30N的拉力时，其长为20cm，对其施加30N的压力时，其长为14cm，试求该弹簧的自然长度和它的劲度系数．（五）课外实践自制弹簧测力计，并写出使用说明书教学流程：学习效果评价：（略．请根据实际情况设计，注意可操作性）教学反思：本节课的教学设计注重学生对“弹力”概念的形成过程和对知识的真正理解，教学过程中注重引导学生参与实验探究，激发学生思维活动的主动性和创造性．迫使学生既掌握了“弹力”的有关知识，又拓展了学习科学的思维方法，有助于学生今后的自主学习．整个教学过程问题的设计由简到难、环环相扣，使学生形成对“弹力”现象比较完整的认识体系．这样的研究，符合人的认知按螺旋式上升的规律，便于学生理解；其次，让学生带着问题观察一系列实验现象和动手操作实验，不仅使他们对“弹力”的知识有切身的体会，而且使他们经历了实验探究过程，培养了他们的问题意识，激发了他们的探究热情，使他们感悟“从简单到复杂、从个别到一般、实验探究”等科学的研究方法；最后，组织学生开展小组讨论，使学生能够发展并学会表达自己的观点，培养了他们的合作意识．水气球实验的演示非常形象，有助于学生深刻认识常见的支持力、压力、拉力和推力；有助于加深学生对弹力的理解，使学生对弹力的理解不再局限于弹簧这一狭小的范围．其他备课资料：（一）几种典型物体产生弹力的特点比较（二）弹力方向的判定方法1．根据物体产生的形变方向判断弹力的方向与物体的形变方向相反，弹力作用在迫使物体发生形变的那个物体上，常见的几种情况如下：（1）弹簧两端的弹力方向——与弹簧中心轴线相重合，指向弹簧恢复原状的方向．（2）轻绳对物体的弹力方向——沿绳指向绳子收缩的方向．（3）轻杆两端受到沿杆方向的拉伸或挤压时会出现拉力或压力，拉力或压力的方向沿轻杆方向，因此此时只有轻杆两端受力，在这两个力作用下轻杆处于平衡，则这两个力必共线，即沿杆的方向．当杆受力较复杂时，杆中弹力的方向要具体问题具体分析．（4）面与面接触的弹力方向：垂直于接触面指向受力物体．（5）点与面接触的弹力方向：过接触点垂直于接触面（或接触面的切面）而指向受力物体．（6）球与面接触的弹力方向：在接触点与球心连线上，指向受力物体．（7）球与球相接触的弹力方向，垂直于过接触点的公切面，指向受力物体．2．根据物体的运动情况，利用平衡条件或动力学规律求解，然后作出判断．三、弹力有无的判定弹力产生的条件是物体相接触且有弹性形变．我们分析和判断物体所受的弹力，首先要看物体跟哪几个物体有接触，只有和这个物体直接接触的物体才有可能给它以弹力的作用；然后再看和这个物体接触的那些物体有没有发生弹性形变，只有发生弹性形变的物体才能产生弹力．但大部分弹性形变不能直接观察，这时判断弹力是否存在常常采用以下一些方法．（1）“消除法”．将与研究对象接触的物体去掉，看研究对象能否保持原状态，若能，则说明此处弹力不存在，若不能，说明弹力存在．如上图，球A均静止在两光滑平面B、C之间，球与B、C面均接触．甲图中，去掉B面，球A仍静止，说明B面对球A无弹力，水平面C对球A有弹力；乙图中，球A受一水平外力，因此B面与球A之间一定有挤压，B、C面对球均有弹力，不用“消除”也可判断；丙图中，去掉B面或C面球A均不能保持静止，B、C面对球A均有弹力，弹力方向垂直于接触的B、C面且指向球心；丁图中，移走B面，球A仍能静止，所以A球只受一个弹力．可以看出，两物体接触不一定有弹性形变．（2）“假设法”．假设接触处存在弹力，做出物体的受力图，再根据平衡条件判断是否存在弹力．如下图所示，球A与各接触面是否有弹力存在呢？现假定FN存在．作出球A的受力图．由图可知，甲、丁图中的球受力是可以平衡的．而乙、丙、戊图中的球Ａ则不能平衡，乙图中的球A将向右摆，丙图中球A将要离开斜面，戊图中的球A则会向右加速运动，因此，乙、丙、戊图中的弹力FN均不存在．上图中各球Ａ与接触面间的弹力情况，亦可用“消除法”来判断．消除接触面，或消除弹力，即假想接触面间不存在弹力FN，根据条件，判断物体是否会有运动趋势而产生挤压作用．若有，则可判断实际上弹力存在；若无，则可判断实际上弹力不存在．（3）根据力的平衡条件来判断．在有些问题中，用“消除法”和“假设法”均不能做出判断，还可以根据物体的力的平衡条件来判断．如右图所示，小球A的重力G＝20N，上端被竖直悬线挂于O点，下端与水平桌面相接触，悬线对球A、水平桌面对球A是否有弹力？由于条件不足无法确定．但球A处于静止状态，球A所受的力为平衡力，即线对球A的拉力T及桌面的支持力FN共同作用克服重力G：T+FN＝G．若绳恰好刚刚伸直，则T＝0，FN＝G；若球刚好离开桌面，则FN＝0，T＝G．综上所述，弹力的大小和方向的确定，一般应根据物体的运动状态、根据力学规律来确定．
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