3.1探究形变与弹力的关系 教案 (1)

3.1探究形变与弹力的关系
教案
教材分析
这节课主要是在唤起学生关于弹力知识的原有认知的基础上,对弹力的概念进行系统的讨论,为进一步理解后面章节的力的概念打下坚实的基础。
学生分析
弹力的知识学生在初中的科学课中学习过,但基本上都是感性认识,没有形成系统的知识结构,经过高中前面两章内容的学习,学生的思维能力已经有了相应的提高,可以在此基础上深入的分析物体的形变以及探究弹力的产生过程,而且学生对微小形变的演示也是非常有兴趣的。他们渴望了解探究微小形变的科学方法,也希望自己动手实验探究弹力的大小。
教学目标
1.知识与技能目标:
(1)初步认识形变的种类,知道任何物体都可以发生形变;
(2)了解弹性与弹性限度的概念,并在实际操作的过程中会识别;
(3)知道弹力的产生,弹力的方向,理解胡克定律。
2.过程与方法目标:
(1)培养学生观察、分析和操作的能力;
(2)使学生经历科学探究的过程,学习科学探究的方法,养成科学探究习惯。
3.情感态度与价值观:
(1)通过学生比较熟悉的蹦床等游戏过程的再现,激发学生的学习兴趣;
(2)通过物体微小形变的演示,刺激学生的好奇心理,使学生初步了解物理学处理问题的巧妙方法,体会物理学之美。
重点难点
1.探究弹簧的弹力与形变之间的关系;
2.科学探究方法的养成。
5教学策略
本课从学生比较熟悉的蹦床比赛的视频开始,引入形变和弹力的概念,进一步提出问题,弹力和形变之间到底存在怎样的关系呢 (引入新课)
为了探究弹力和形变的关系,所以首先要了解常见的形变、弹性和弹性限度的概念,从学生比较常见的压力、支持力入手,先分析弹力的方向,由压力、支持力过渡到到细绳拉力,再推广到任意的两个相互接触的物体间的弹力的方向的讨论;讨论弹力的大小主要是以弹簧为例来进行,学生比较容易接受。
教学过程
请学生观察蹦床比赛视频。(提示学生观察人落下来时弹簧蹦床形状的变化,以及人的运动过程,)观察到的现象:弹簧蹦床的形状发生变化,人被弹起很高。
与学生共同分析:
问题一:运动员为什么能被高高地弹起
问题二:运动员所受到的力是谁施加的
问题三:由于什么原因而产生了这个力
人被弹起来,是因为弹簧蹦床的形状发生了变化——向下弯曲,从而对人有向上的力,而且弹簧蹦床的形状变化越大,人被弹起的越高,也就是弹簧蹦床对人的作用力越大。
总结:象弹簧蹦床一样,所有的物体的形状或多或少的都可以发生变化,这种变化叫做形变。
发生形变的物体会对和它接触的物体产生力的作用,这种力叫做弹力。
从弹力的概念中可以得到弹力产生的条件是:两个物体相互接触,并且发生形变。
引入:那么,弹力和形变之间到底是什么关系呢
这就是我们今天所要讨论的内容:第一节
探究形变与弹力的关系。
新课讲解：
首先我们就要认识几种常见的形变。
(一)认识形变
演示:多媒体演示压缩形变、拉伸形变、弯曲形变和扭曲形变。
(由压缩和拉伸形变过渡到扭曲和弯曲形变:拉伸和压缩形变是物体径向方向上的形变,那么横向方向上呢 对,有扭曲和弯曲形变)
过渡:从刚才的观察的图片中我们发现,象弹簧、海绵、撑杆的形变都是非常明显的,很容易观察。
思考:硬的物体(比如:木头、玻璃等)是否也可以发生形变 是不是所有物体的形变都是这么容易观察呢 比如我手中的玻璃瓶子,用力按压时它会发生形变吗
(学生回答:有或没有)你能看到吗 同学们用的书桌,你用力按压,它会发生形变吗 看到了吗 从理论上分析这些物体是发生了形变,只是这些形变量很小,难以直接观察,接下来同学们就思考一下,怎样才能显示出桌面或瓶子的微小形变呢
(物理学中采用了将微小的量放大的科学方法。)
请学生回答,可以怎样观察玻璃瓶子的微小形变。
演示:玻璃瓶子的形变。(学生阐明方法后,把实验器材交给他,请他演示给其他同学看,并说出观察和体会。)
过渡:我们刚刚观察了玻璃瓶子的形变,而桌面的形变,是采用光路放大的方法实现的。
演示:
多媒体演示光放大的方法显示桌面的微小形变。
(提示学生注意观察接收屏上光斑位置的变化)
过渡:
同学们观察到,重锤放上来,桌面发生形变,拿开重锤,桌面又恢复到原来的形状,这是物体所具有的一种性质,也是我们下面要学习的内容。
(二)弹性和弹性限度
1、弹性和弹性形变
所有的物体在受到外力后,都会发生形变,撤去外力的作用后的物体,若要恢复原来的形状,就说明这类物体具有弹性。
演示:弹簧的弹性形变(在铁架台上的弹簧上挂上钩码,分析弹簧的恢复趋势;撤去钩码,弹簧恢复原状)
在外力的作用下,发生形变的物体,若外力撤去后,能够恢复到原来的形状,这样的形变就叫做弹性形变。
2、弹性限度
过渡——演示:挂在弹簧上的钩码能不能无限制的增多呢 (学生回答:不能)显然是不能,如果太多,弹簧就会被拉坏了,恢复不到原来的形状,这种情况叫做超过了物体的弹性限度。
过渡:这根弹簧,挂上钩码,会被拉长,而它对钩码会产生拉力,通常我们所说的拉力、压力、支持力和推力等都是弹力。弹力是力的一种,只要是力,就是矢量,也就是既有大小,又有方向的物理量,所以接下来我们就从这两个方面来探究弹力。
(三)探究弹力
1、弹力产生条件
思考:弹力是如何产生的
弹性形变的物体要恢复原状而对它接触的物体产生力的作用,这种力叫做弹力。
从弹力的概念中可以得到弹力产生的条件是:
1、两个物体相互接触;
2、发生弹性形变。
课堂练习1:判断下列各图中小球是否受到弹力的情况:
判断弹性形变——假设法:
1、假设接触面很软,依据日常经验进行判断;
2、假设施力物体不存在,观察受力物体能否维持原状;
若能维持原状,则相互间没有弹性形变,即不存在弹力;
若不能维持原状,则相互间有弹性形变,即存在弹力;
思考:判断下列各图中小球是否受到弹力的情况:
2、弹力的方向
情况1:由于发生弹性形变的支撑面(桌面)要恢复原状,从而对被支持的物体(书)产生了弹力,通常称为支持力。
总结:支持力的方向:跟施力物体恢复形变的方向相同;即:垂直于支持面,指向被支持的物体;
思考:书本对桌面是否有力的作用,其方向如何
情况2:由于被拉长而发生弹性形变的绳子(电线)要恢复原状,从而对它所拉物体(电灯)产生了弹力,通常称为拉力。
总结:拉力的方向:跟施力物体恢复形变的方向相同;
即:沿绳子而指向绳子收缩的方向;
弹力的方向总结:
弹力的方向与施力物体恢复形变的方向一致!
课堂练习2:画出下列各图中A物体所受弹力的方向:
小规律:两物体间的弹力方向,接触面为平面者往往垂直于接触面指向受力物体,如果没有接触平面,则可以做接触点处的切面,弹力方向垂直于该切面指向受力物体;
我们刚刚分析了弹力的方向,下面就来探究弹力的大小。不同的物体发生形变时所产生的弹力的大小要视具体情况确定,一般而言是比较复杂的。人们通过对各种不同的物体发生形变时所产生的弹力的情况的研究,发现弹簧弹力的大小与弹簧的形变量之间是有一定的规律可循的,下面我们就来探究弹簧的弹力的大小与形变量之间的关系。
3、弹力的大小
(1)、对压力、支持力、拉力等一般弹力:
利用物体的平衡条件等方法进行测量;
(2)、弹簧的弹力:
猜想:弹簧的弹力大小会与什么因素有关
(先让学生思考两分钟,然后找一名学生讲解探究思路;依据探究的过程,分析实验的过程中要记录的数据,确定记录的表格并通过电脑给出表格;请两名学生做演示实验,教师在电脑上记录学生得到的数据,三人配合,完成实验。)
与学生共同分析得出记录数据的表格:
探究注意事项:弹簧下面加挂的钩码的重量不能太大,以免弹簧的伸长超出它的弹性限度。
共同分析:分析学生得到的数据(第一组数据的偏差比较大),概括出每增加一个钩码,弹簧的伸长量是相同的,在误差允许的范围内(或不考虑坏数据的影响),弹簧的弹力与形变量成正比。
精确的实验表明:
结论:在弹性限度内,弹簧弹力的大小与弹簧的形变量成正比,即:
F=kx
几点说明:
1、式中x指弹簧伸长(或缩短)的长度,即:形变量;
2、式中k
称为弹簧的劲度系数:
①
不同的弹簧,其劲度系数一般是不同的;
②
k取决于弹簧本身性质,如:材料、粗细、长度等;
3、胡克定律通常只用来计算弹簧弹力的大小,其它情况中弹力的大小要根据实际情况确定。
课堂练习3:
在某弹簧的下端挂上一个3N的物体,结果测得弹簧长度伸长了3.75cm,则:
(1)试求该弹簧的劲度系数;
(2)若在弹簧下端改挂一个5N的物体,结果测得此时弹簧的长度为11.25cm,试求弹簧原长;
7.1.3课堂小结：
本节课我们主要是先了解了几种不同形式的形变,在此基础上给出弹性和弹性限度的概念,重点讨论了弹力的方向,探究了弹簧弹力的大小与弹簧的形变量之间的关系,得到了胡克定律。而本节课有关放大物体形变的方法和探究弹簧弹力的方法,更是我们要仔细体会的科学方法。