第七章 力
第2节 弹力
设计说明
“弹力”这一节主要是让学生了解弹力是怎样产生的,知道弹簧测力计的工作原理,掌握弹簧测力计的使用方法。教学中,应充分利用学生的经验(比如多数同学都玩过橡皮泥和弹簧或橡皮筋),多举一些日常生活中的事例,唤起学生的相关体验,使学生了解物体的弹性与塑性的性质,同时也体验感受手的受力情况,进行感知弹力的存在,初步形成弹力的概念。
考虑到学生的认知水平,在教学中不必对弹力的由来、弹力的三要素等过多分析,但可在今后的教学中针对具体的力具体分析,如压力作用在被压物体表面,方向垂直接触面指向被压物体。压力实质也是弹力。
对于弹簧测力计的原理教学可通过学生体验,观察理解为什么可用弹簧长度的变化量度力的大小。实际上利用了“转换方法”,以后会经常遇到。而对弹簧测力计的使用可通过分组实验加强练习,学会使用弹簧测力计测量力的大小。
教学目标
1.通过生活经验和实验,知道物体有弹性和塑性等不同的性质。说明弹性和塑性的不同。
2.通过实验了解弹力产生的原因,了解生活中常见的弹力。
3.通过生活经验和实验知道在弹性限度内,弹簧受到的拉力越大,弹簧的伸长量越大。
4.通过实验经历使用弹簧测力计的过程,学会弹簧测力计的使用方法。
教学重点难点
1.重点:弹簧测力计的正确使用和读数。
2.难点:弹力的概念及其产生条件。
教具
学生用:弹簧测力计、弹簧直尺、铜丝、橡皮泥、纸、拉力器、木块、拉力器、橡皮筋。
教师用:弹簧测力计、弹弓。
教学过程
回顾思考
1.力的作用效果:一是可以使物体发生________,二是可以改变物体的________。
2.力的________、________、________影响力的作用效果。
3.使用任何一种测量工具时,都要首先了解它的________和________。
导入新课
1.小实验导入:
教师:我这里给同学们准备了一个弹簧、一根橡皮筋、一块橡皮泥和一段铜丝。请四名同学上来用力拉弹簧、橡皮筋,挤压橡皮泥和弯折铜丝。松手后,观察它们会出现什么现象?
学生:弹簧和橡皮筋松手后又恢复了原状;橡皮泥和铜丝松手后不能恢复原状。
教师:请同学们再列举一些在日常生活中出现的类似现象。
学生举例后,教师:那同学们想不想知道造成这些不同现象的原因呢?学了这节课之后大家就能够明白了。
2.多媒体导入:
播放视频片段或一组图片:跳板跳水、撑竿跳高、蹦极、射箭等。
教师:这些比赛项目中的运动员借助什么力来完成并取得好成绩呢?学了这节课大家就明白了。
3.游戏导入
拉力比赛:让两个学生上台,在规定的时间内拉动拉力器,看谁拉开的次数多,谁就是胜利者。
游戏结束,教师问学生在拉动拉力器的过程中有什么感觉?
教师提示:像弹簧这样,手拉弹簧,反过来弹簧也会把手拉回去的力,就是我们这节课研究的弹力。
进行新课
探究点一 弹力
1.弹性和塑性
学生实验,注意观察所发生的现象:
(1)用力拉弹簧,使它发生形变,体验手感,撤去外力,弹簧恢复原状。
(2)取一条橡皮筋,把橡皮筋拉长,体验手感,松手后,橡皮筋会恢复到原来的长度。
(3)取一块橡皮泥,用手捏,使其变形,手放开,橡皮泥保持变形后的形状。
(4)取一张纸,将纸揉成一团再展开,纸不会恢复原来的形状。
引导归纳:让学生交流实验观察到的现象,并对这些实验现象进行分类,说明按什么分类,并要求对各类现象再列举些类似的例子。
(按物体受力变形后能否恢复原来的形状这一特性进行分类)
弹簧、橡皮筋等受力时会发生形变,不受力时又恢复到原来的形状,物体的这种性质叫做弹性;橡皮泥、纸等变形后不能自动地恢复到原来的形状,物体的这种性质叫做塑性。
问题拓展:用手挤压玻璃瓶会发生形变吗?
视频演示:用力挤压、放松厚壁玻璃瓶,观察瓶子上方玻璃管内液柱高度是否会发生变化。
结论:平常我们认为很硬的物体(如桌子等)受挤压也会发生微小形变。(这样的形变很微小,只有借助“放大法”或“转换法”才能观察到)
归纳:形变的普遍性。任何物体受力都会形变,不过有的物体形变明显,可以直接观察,有的物体形变极其微小,要借助仪器或实验才能显示出来。
例题讲解:(学生先练习,若有问题,教师补充讲解)
例1 (2020·湖南邵阳中考)下列现象中,发生了弹性形变的是( )
A.橡皮泥上留下漂亮的指印
B.跳水跳板被运动员压弯
C.粉笔掉到地上断成两截
D.饼干一捏变成碎片
解析:橡皮泥形变后不能恢复原状,不是弹性形变,A错误;被压弯的跳板,在运动员离开后能够恢复原状,是弹性形变,B正确;粉笔掉到地上断成两截,饼干一捏变成碎片,粉笔和饼干形变后不能恢复原状,不是弹性形变,C、D错误。
答案:B
2.弹力
学生活动:
(1)出示小时候同学们都玩的弹弓,谁愿意上来表演一下呢?当弹弓被拉开时,你的手有何感觉?弹弓为什么能将粉笔头弹出去呢?
(2)请学生上讲台拉拉力器,并谈一谈自己的感受。
(3)请同学们用手压弯你的直尺,使直尺发生形变,你的手有什么感觉?
思考:当使橡皮筋、直尺发生形变时,你的手有何感觉?这又说明了什么问题?
引导归纳:用手将弹弓拉开时,感觉到弹弓也在拉手。弹弓将粉笔头弹出去,是因为弹弓在形变时产生了力。用手压弯直尺时,感觉到直尺给手施加了一个作用力。
橡皮筋和直尺在发生形变时,可以感觉到它们对手有力的作用,以上实例说明物体在发生弹性形变时,由于要恢复原状,会产生力的作用,我们把这种力叫做弹力。
(4)将一重物放在塑料板上,塑料板对重物产生一个向上的支持力,支持力是如何产生的?
(5)将一重物挂在弹簧上,弹簧对重物产生一个向上的拉力,拉力是如何产生的?
引导归纳:学生观察现象后思考讨论,重物放在塑料板上,被压弯的塑料板要恢复原状,产生向上的弹力,这就是它对重物的支持力;重物挂在弹簧上,被拉长的弹簧要恢复原状,产生向上的弹力,这就是它对重物的拉力。物体的形变有多种多样,所以产生的弹力也有各种不同的形式。
教师总结:任何物体只要发生弹性形变就一定会产生弹力。在日常生活中,物体对支持面的压力、物体受到的支持力和绳的拉力等,其实质都是弹力。
(6)学生讨论:力有大小、方向和作用点,称为力的三要素,作为弹力,你能说出弹力的三要素吗?
教师总结:弹力的大小与使物体发生弹性形变的外力大小相等;其方向与使物体发生弹性形变的外力方向相反,且总是与接触面垂直;其作用点作用在施加外力的物体上。
例题讲解:(学生先练习,若有问题,教师补充讲解)
例2 下列各力中,不属于弹力的是( )
A.绳子对物体的拉力 B.桌面对茶杯的支持力
C.两块磁体之间的排斥力 D.书对桌面的压力
解析:由弹力的定义可判断,绳子的拉力是由于绳子发生弹性形变,绳子想要恢复原状而对拉它的物体产生的力,属于弹力;桌面由于被压后产生了弹性形变,桌面想要恢复原状对茶杯产生的支持力,属于弹力;两块相互排斥的磁体,并没有相互接触,故排斥力不属于弹力;书发生弹性形变后想要恢复原状而对桌面产生的向下的压力,属于弹力。
答案:C
点拨:弹力产生的条件:一是两物体直接接触,二是物体发生了弹性形变,二者缺一不可。
探究点二 弹簧测力计
1.测力计
粗略认识力的大小,如手托两个鸡蛋的力大约为1 N。要具体知道某个力的大小要用专门的仪器对它进行测量。
测量力的仪器叫测力计。常用的有弹簧测力计。
2.教师展示弹簧测力计
学生观察桌面上的弹簧测力计,说出它的主要构造有哪些?
弹簧测力计的构造:主要由外壳、弹簧、指针、挂钩、刻度板和提环组成。
(学生回答)
3.弹簧测力计的原理
弹簧测力计是根据什么原理制成的?
比一比:谁的力气大?
让学生上来拉拉力器(男女生)
男生用的力较大,拉力器弹簧伸得较长;女生用的力较小,拉力器弹簧伸得较短。
教师:在物理学上就是根据力产生的作用效果来测量力的。
问:拉力器弹簧受到的拉力能不能无限度地增大?若受到的拉力无限度地增大,会出现什么情况?
学生:不能。拉力器弹簧受到的拉力如果无限度地增大,它将不会恢复到原来的形状。
教师引导归纳:在弹性限度内,弹簧受到的拉力越大,伸长量就越长。
4.弹簧测力计的使用
阅读教材第7页,练习使用弹簧测力计
(1)观察弹簧测力计的量程,并认清它的每个小格表示多少牛。
(2)检查弹簧测力计的指针是否指在零刻度线上,如果不在,应把指针调节到零刻度线上。
(3)用手拉弹簧测力计的挂钩,分别使指针指到1 N、3 N、5 N的位置,感受1 N、3 N、5 N的力。
(4)测量身边小物体对弹簧测力计的拉力。
(教师巡回课堂指导,发现问题及时纠正)
(5)将两个弹簧测力计沿水平方向互拉,谁对谁的拉力大些?哪个读数大?为什么?
(读数一样,因为力的作用是相互的)
教师引导归纳
使用前:
①观察弹簧测力计的量程,并认清它的每个小格表示多少牛。所测的力不能超过弹簧测力计的最大测量值。
②轻轻来回拉动挂钩几次,放手后观察指针是否能回到原来指示的位置,以检查指针、弹簧和外壳之间是否有过大的摩擦。
③观察弹簧测力计的指针是否指在零刻度线的位置,若不是,则需调节。
使用时:
①测力时,拉力的方向应沿着弹簧的轴线方向,以免弹簧卡壳。
②读数时,视线要与刻度板的表面垂直。
③记录数字、单位。
可简记为:
看量程、看分度、要校零;
一顺拉、不摩擦、不猛拉。
例题讲解:(学生先练习,若有问题,教师补充讲解)
例3 如图所示,弹簧测力计的量程是________,分度值是________,此时被测拉力的大小是________。
解析:弹簧测力计的量程应是一个范围,即刻度板上所标的最小数值到最大数值之间的范围,即0~10 N;分度值则是每个小格代表的数值,从刻度板上可以看出,0~2 N之间分成了5个小格,则每个小格代表0.4 N;此时指针正指在6 N的位置,所以被测拉力的大小为6 N。
答案:0~10 N 0.4 N 6 N
点拨:本题考查对弹簧测力计的观察,读数时明确分度值,从大刻度读起,再加上小格的示数,便是测量的值了。
课堂小结
本节课我们主要学习:两种形变(弹性形变和塑性形变);什么是弹力;弹簧测力计的构造、测力原理、使用方法及使用注意事项。本节课的重点是学会使用弹簧测力计测量力的大小。为了检验一下学习效果,请完成“当堂达标”测试题。
当堂达标
1.关于弹力,下列说法中错误的是( )
A.相互接触的物体间不一定产生弹力
B.弹力仅仅是指弹簧形变时对其他物体的作用
C.弹力是指发生弹性形变的物体,由于要恢复原状,对接触它的物体产生的力
D.压力、支持力、拉力都属于弹力
2.在使用弹簧测力计之前,把它的挂钩轻轻来回拉动几次,这样做的好处是( )
A.试试弹簧的弹性
B.可避免弹簧卡壳
C.是无意识地随便拉拉
D.看看能测多大的拉力,以便确定量程
3.下列关于弹簧测力计的使用方法的说法中,错误的是( )
A.弹簧测力计的量程不允许超过被测力的大小
B.弹簧测力计不仅能测竖直方向上的力,也能测其他方向上的力
C.被测力应作用在挂钩上
D.测量时指针不要与外壳接触
4.如图所示,弹簧测力计的量程是________N,图中的示数为________N。在弹性限度内,弹簧受到的拉力越大,弹簧伸长就越________,弹簧测力计就是根据这个原理制成的。
5.小明和小亮同学利用橡皮筋、硬纸板、带指针的挂钩、弹簧测力计等器材,制作一个简易测力计。标注刻度方案一:让橡皮筋在竖直方向自由下垂,当指针稳定时,在指针所指位置标注“0”刻度。再用弹簧测力计拉动挂钩,拉力分别显示为1 N、2 N、3 N、4 N时,在指针所指位置分别标注对应的刻度。实验相关数据记录如下表。
拉力F/ N 0 1 2 3 4
橡皮筋伸长ΔL/cm 0 1.2 3.4 6.1 9.9
(1)请你根据表中的数据,在图中绘制出L-F图像。
(2)完成上述实验后,小亮提出了标注刻度的方案二:标注“0”刻度的方法与方案一相同,然后再用弹簧测力计拉动挂钩,使拉力示数为4 N,在指针所指位置标注4 N的刻度,在0刻度线与4 N刻度线之间分成4等份,标出各刻度线和对应的刻度。如果让你利用橡皮筋制作简易测力计,标注刻度时,你会选择方案一还是方案二,并说明理由。
布置作业
教材第8页“动手动脑学物理”第1至5题。
板书设计
一、弹力 1.弹性和塑性 2.弹力:物体由于发生弹性形变而产生的力。 3.常见的弹力:压力、拉力、支持力等。 二、弹簧测力计 1.构造 2.原理:在弹性限度内,弹簧受到的拉力越大,弹簧的伸长量就越长。 3.使用方法:三清一查要垂直。
参考答案
1.B 解析:弹力产生的条件:一是两物体直接接触,二是物体发生了弹性形变,两者缺一不可,因而A选项正确;弹力是物体由于发生弹性形变而产生的力,发生弹性形变的物体不仅仅只是弹簧,B选项错误,C选项正确;压力、支持力、拉力都是物体由于发生弹性形变而产生的力,因而都属于弹力,D选项正确。
2.B
3.A 解析:被测力的大小不允许超过弹簧测力计的量程,A选项说法错误;在弹簧测力计的使用过程中,B、C、D选项说法都是正确的。
4.0~5 2 长 解析:由题图可知,弹簧测力计的量程是0~5 N,分度值是0.2 N,所以题图中弹簧测力计示数为2 N;在弹性限度内,弹簧受到的拉力越大,弹簧伸长就越长,弹簧测力计就是根据该原理制成的。
5.(1)如图所示 (2)方案一 理由见解析
解析:(1)根据表中的数据,先描点,然后用光滑的曲线连接起来。(2)弹簧测力计测量力的原理是:在弹性限度内,弹簧受到的拉力越大,弹簧的伸长量就越长,由题(1)绘制的图像可知,橡皮筋的伸长量与所受的拉力不成正比,因此方案二中的等分不符合实际情况。所以选择方案一。
教学反思
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