弹力与形变.doc

教学目标（一）知识与技能1知道常见的形变。2知道弹力的概念和产生的条件，了解弹力在生活、生产中的广泛应用。3通过实验探究弹簧弹力的大小与弹簧的伸长量的关系，得出胡克定律。（二）过程与方法1通过放大法实验观察微笑形变，使学生知道假设推理及微量放大法。2从生活中常见的物体形变形象出发，在探究形变的过程中。引导学生进一步探索形变与之间的关系之后，3通过思考与实验探究，培养学生科学研究的意识与事实求是的科学态度。（三）情感态度与价值观1通过显示微小形变的实验，激发学生对科学的好奇心和求知欲，体验探索自然规律的艰辛与喜悦。2通过质疑、讨论交流，逐步养成将自己的见解与他人分享的合作精神。3分组实验中学生通过自己的探究发物理规律，激发学生的探知欲望。教学重点1 知道弹力的概念和产生的原因。2 探究胡克定律。教学难点1 让学生理解弹力的概念和产生弹力的原因。2 通过实验探究弹簧弹力的大小与弹簧的伸长量的关系，得出胡克定律。教学方法实验法、探究、讲授法板书设计42、形变与弹力一、形变1、定义：物体在外力作用下发生形状和体积的变化。2、产生条件：外力作用3、分类：弹性形变和范性形变二、弹力1、定义：弹性体形变时，恢复形变时会对跟它接触的物体产生力的作用。2、 施力体：弹性形变的物体 受力体：与之接触的物体3、产生条件：(1)、要直接接触(2)、物体要发生形变4、弹力的作用点：在施力物体与受力物体的接触点或接触面5、弹力的方向：总是指向物体形变恢复的方向。三、胡克定律1、定义：弹簧弹力的大小与弹性体伸长量（缩短量）成正比，这就是胡克定律。2、公式：F=KX教学过程及内容一、新课引入（一）形变（8分钟）通过前面的学习，我们知道，力的作用效果有两种，力既可以使物体的运动状态发生改变，力还可以使物体发生形变，今天，我们就进一步地研究物体的形变和发生形变后所产生的现象。生活中形变无处不在，比如用手压气球，气球凹陷，发生形变；用手压一块圆形的橡皮泥，橡皮泥被压扁，也发生了形变；再比如课本63页，压面包，面包发生形变，拨吉他弦，吉他弦发生形变。哪到底什么叫形变呢？物理中把物体发生的伸长、缩短、弯曲或者体积、形状的变化称为形变。板书：一、形变1、定义大家看了那么多形变现象，思考一下形变产生的外部条件是什么？（启发学生思考）同学们也可以用自己桌上的弹簧感受一下，要使手中弹簧发生形变，要满足什么条件呢？生：外力作用师：很好，同学都发现了，形变产生的外因就是要受到外力作用。板书：2、产生条件二、新课教学（一）形变师：刚才我们看到橡皮筋、海绵等的形变很明显，容易观察；那生活中有很多坚硬的物体像玻璃瓶、桌子这样坚硬的物体，受到外力会发生形变吗？老师这里有一个玻璃瓶，用力捏它，大家能看到它的形变吗？生：不能师：他们受到外力时到底有没有发生形变呢？其实玻璃瓶受到外力时也会发生形变，只是它的形变属于微小形变，不易观察。既然是微小形变，那我们就把它放大。接下来我们来看两个将微小形变放大的实验。演示实验：微小形变玻璃瓶师：老师这里有一个扁平的玻璃瓶，里面装满红色液体，用一跟很细的透明的玻璃管塞上去，这样满出的红液体就进入到玻璃管里面，现在红线到达这个位置。 学生演示：师：好，当我从从玻璃瓶短轴方向捏玻璃瓶时，玻璃管里的液体上升。说明了什么？生：有形变师：有没有其他原因？手握玻璃瓶，玻璃瓶变热，热胀冷缩使液面上升？生：再侧压玻璃瓶，发现液面下降。即液面变化不是热胀冷缩，而是玻璃瓶发生了形变。师：当换一个方位捏玻璃瓶，玻璃管里的液体下降了。说明玻璃瓶受到外力的作用时确实发生了形变。好，当我用手压桌子时，桌面有没有发生形变呢？老师这里有一个自制的放大装置，这里有一个激光笔，在另一个桌子上放一个平面反射镜，把激光通过镜子的反射以后把光射到很远的墙上，我现在压一下放置平面镜的桌面。大家仔细看墙上的光点有什么变化。学生演示：用力压桌面，墙上的光点发生了移动生：光点移动了。师：我们可以看到光点发生了移动，这说明什么呢？说明当压桌面时，桌面也发生了形变。为什么小光点的移动就说明桌面发生了形变？请同学们看大屏幕，在桌面上放一个平面镜，激光照射到平面镜会发生反射，反射光线如何画？先画什么？要先画法线，这是入射角i，根据反射定律，反射角r等于入射角i，所以反射光线这样画。于是在天花板上的某个位置形成一个小光点。现在老师用力压桌面，如果桌面发生了微小的形变，则平面镜位置也会发生微小的改变，入射光线不变，那反射光线会在哪里呢？要先作法线，入射角会是这个，反射角等于入射角，所有反射光线会是这条，在天花板上的光点位置会在这里，即光点位置会移动。科学研究发现，无论物体有多大，力有多小，当物体受到力的作用都会发生形变。但是，有的物体形变明显，容易观察，而有的形变非常微小，仅凭肉眼很难观察到。所以科学家想出了很多方法将微小量放大。这些将微小量放大的方法是物理实验中常用的方法，学习这些方法在物理学习中也是非常重要的。教学过程及内容那现在请同学要注意看了，老师左手拿着一块橡皮泥，这里是一个弹簧，我同时把它们压缩，再放开，这两个物体的形变有什么区别呢？生：橡皮泥捏了以后没办法恢复原状，弹簧可以回到原状。师，很好，所以根据撤去外力后能否恢复原状，将物体的形变可以分成两类，像弹簧形变这样的，当撤去使它发生形变的外力后，能恢复到原来形状的形变，叫做弹性形变，把发生弹性形变的物体称为弹性体。像橡皮泥的形变这样撤去外力后不能恢复原状的形变是范性形变。板书：3、分类师：现在老师这里有一根弹簧，我轻轻拉它一下，这时候它的形变是什么形变呢？学生：弹性形变。师：那我现在用力拉它，再放手。演示实验：用力拉自己绕制的弹簧，使其超过它的弹性限度，然后放手师：还是弹性形变吗？生：不是师：非常好，这时候不是弹性形变了。这说明了什么呢？说明弹性体的形变不能无限增大，当弹性体形变达到某一值时，即使撤去外力，物体也不能再恢复原状，我们把这个值叫弹性限度。大家有没看到你们桌面上的弹簧，他们都头尾都用一根线绑着，这根线的长度就是这根弹簧所能拉的极限长度了，如果拉过那根红线这个弹簧就失效了，就跟我刚才那根弹簧一样的下场。弹性体发生弹性形变后为什么能恢复原状呢？理论研究表明：物质由分子或原子组成，分子间存在引力和斥力，分子间的这种相互作用力使弹性体恢复原状。弹性体在发生形变后为什么能恢复原状呢？理论研究表明，物体由分子或原子组成，而分子或原子间存在着吸引力和排斥力，这种相互作用力使弹性体恢复原状。二）弹力（15分钟）我们已经研究了形变，现在，我们再来研究发生形变后所产生的现象。1、观看蹦极视频，调节气氛。学生亲身体验蹦极。（橡皮筋、钩码、铁架台、泡沫）2、提出问题，并引导学生分析： 橡皮筋发生形变，使得钩码向上弹起，钩码在没有任何力的作用能向上弹起吗？ 不能学生回答：要有一个力的作用（可能有学生提到弹力）同学们有没有玩过弹弓，在橡皮筋上放一个纸片，要如何把纸片弹出去呢？将橡皮筋向后拉伸，放手，纸片就弹出去了。为什么拉伸的弹簧能够将小球射出去呢？向左拉伸的橡皮筋会给对与它接触的小球有一个力的作用。现在有一根弹簧，旁边放一个小球，如何使小球向右射出？先将弹簧压缩，再放手。为什么压缩的弹簧能够将小球射出去？这是因为，压缩的弹簧会对与它接触的小球一个力的作用。拉伸的橡皮筋发生了弹性形变，压缩的弹簧也发生了弹性模量形变。这表明，发生弹性形变的物体，由于要恢复原状，会对与它接触的物体产生力的作用，物理中称这个力为弹力。板书：二、弹力1、定义：弹性体形变时，恢复形变时会对跟它接触的物体产生力的作用。大家前面学过力都有个施力物和受力物，那么弹力的施力体和受力体分别是什么呢？师：很好，请坐。简单归纳一下，弹力的施力体就发生弹性形变的物体，受力体是与施力体相接触并使施力体发生弹性形变的物体。例如弹弓，以小球为研究对象时，我们知道小球受到橡皮筋的弹力后射出去，所以小球是受力体，发生弹性形变的橡皮筋是施力体，那弹簧和小球呢？我请一位同学来说说。板书：2、 施力体：弹性形变的物体 受力体：与之接触的物体哪什么条件下会产生弹力呢？产生弹力有两个条件：1、两物体要接触。2、两物体要挤压。板书：3、产生条件：(1)、要直接接触(2)、物体要发生形变教学过程及内容如一个放在墙角的小球，哪个面会对小球产生弹力？A面还是B面？还是都产生弹力？面，有接触，有挤压。有接触，没挤压。一根弹簧下面有一个磁铁，在磁铁的吸引下，弹簧伸长了，有弹力吗？没有，没接触。弹力是一种力，有三要素。首先我们就来研究弹力的作用点。根据定义，弹力作用在与它接触的物体上，不是作用在物体本身。比如橡皮筋对纸条的弹力作用在与橡皮筋接触的纸条上，而不是橡皮筋。弹簧对小球的弹力作用在与弹簧相接触的纸条上，而不是弹簧上。4、弹力的作用点：在施力物体与受力物体的接触点或接触面教师提请学生注意思考：前面几例弹力的方向怎样？ 钩码向上弹，是因橡皮筋向下变长（弹力向上） 橡皮筋被向左拉伸，橡皮筋形变趋向向左，则弹力方向向右。 弹簧被向左压缩，弹簧形变趋向向左，则弹力向右。而弹力的方向总是是与物体形变的趋向相反，指向物体恢复原状的方向。5、弹力的方向：总是指向物体形变恢复的方向。通常所说的压力、支持力、拉力都是弹力。那我们来看一个例子，把书放在桌面上，书有没有受到弹力？生：有，书受到桌面对它的支持力。师：首先书跟桌面有接触，并且书和桌面有挤压，会发生弹性形变，满足了这两个条件，所以书会受到桌面对它的弹力，这个弹力就是桌面对书的支持力。这个弹力的作用点是在哪里？书与桌面相接触的地方。那这个弹力是怎么产生的呢？在这个过程中是谁发生了形变？桌面，桌面发生了形变，是谁恢复原状？桌面，对谁施加了一个力的作用？书，所以受力体是书，所以是由于书有重力，使桌面发生了向下的形变，桌面在向上恢复原状的过程中，产生向上弹力作用在书上。那如果以桌面为研究对象， 桌面有没有受到弹力，有，书对它的压力。这个弹力又是怎么产生的呢？由于桌面使书发生向上的形变，书要向下恢复原状的过程中，产生向下的弹力作用在桌面上。那我们再来看用电线挂着的电灯，它有受到弹力吗？有，电线对它的拉力。那这个拉力是怎么产生的？是由于电线被电灯拉伸，发生了形变，电线要向上收缩恢复原状，所以对电灯施加了一个向上的拉力。所以弹力的方向指向物体恢复原状的方向，即与物体形变的趋向相反。（三）探究弹簧弹力的大小师：那研究完弹力的作用点和方向，接下来我们重点探究一下弹力的大小。今天用弹簧来研究弹力的大小，之所以用弹簧来研究，是因为它是实验室比较常见的器材，研究起来也比较简单，方便。师：弹簧是多种多样得，我们来看一下，这是各种不一样的弹簧。那生活中也存在着很多的弹簧，比如自动笔中的弹簧，减震器，电话，电脑按键等。现在请同学们思考一下，弹簧弹力的大小跟那些因素有关呢？同学们也可以用手中的弹簧试试。 学生前后讨论 生：弹簧的粗细，弹簧的长度，弹簧的材料，弹簧的大小，弹簧的形变量老师将学生提到各种因素都写在黑板上老师介绍实验器材 教学过程及内容师：我们现在看一下能不能把他们分个类，你看粗细，大小，弹簧原来的长度，这些因素是不是都可以归到弹簧的本身因素？这些都是弹簧在出产是就定下来了，不同的弹簧是不一样的，那么另外一类就是（形变量）了，这是外界因素引起的。弹簧可以拉伸和压缩，所以它的形变量有伸长量和压缩量两种，今天我们用伸长量来探究，那有没有同学知道究竟什么是伸长量呢？弹簧原始的长度，我们在弹簧顶端做个标记，然后再弹簧下端的指针处做个标记，给弹簧挂上钩码，弹簧形变后有一个总长度对不对？我们也在指针处做个标记，这个总长度是不是伸长量呢？那伸长量该怎么计算呢？生：X=L-L0，那如果是压缩量呢，应该是X= L0 L师：这两个因素都会影响弹力的大小，今天要求大家探究弹力大小与弹簧伸长量之间的关系，用你们初中就学过的研究多个变量与一个变量的关系的实验方法。学生集体回答：控制变量法。师：很好，探究弹簧弹力大小与弹簧的伸长量的关系，那要控制。材料不变，如何控制材料不变呢？只要实验中用的是同一根弹簧这样他的材料就不变了。我们组装后实验装置就是这个了。生：很显然不是。师：伸长量是弹簧的形变量，弹簧本身就有一个原始长度，我们设它为L0 ，师：我们实验中要研究两个量，一个是弹簧的弹力大小，一个是弹簧的伸长量。现在弹簧的伸长量很简单用这个刻度尺就可以测量了。师：现在的问题就是弹力的大小要怎么测？如何使弹簧产生弹力呢？用力拉弹簧，发生形变，对手产生弹力。但弹力的大小无法得出。还有没有更好的方法呢？这里不能直接测量到弹簧弹力的大小，要用到一个转化的思想，这里有一些已知重量的钩码。这里用到了力的平衡的原理，当我把钩码放到弹簧上使他们处于静止状态，这样就叫平衡状态，这时弹力就和重力相等了。这样弹力的大小就可以直接从钩码的重量直接读出来就好了。现在大家桌上都有一组钩码，一个钩码质量是50g，那一个钩码的重量我们根据G=mg，可以知道它实际是4.95N，但为了实验方便，我们通常认为一个钩码的重量为0.5N。弹力和伸长量都测出来了，但只测一组数据无法得出它们的关系，因此要改变弹力、伸长量，多做几次实验就可以找到它们的关系。哪怎么改变弹力和伸长量呢？多加一个钩码，测弹力和形变量，再加一个钩码，再测弹力和形变量。这样我们就得到多组数据。同学们要注意了，要把弹簧没有指针的一段放在上面，挂上之后，根据指针的位置先标出弹簧不挂钩码时的长度，即此时的原始长度，因为弹簧会受到重力的影响，跟拿下来的原始长度不一样。然后依次给弹簧添加放上4个钩码，分别标记下弹簧下端指针的位置，把数据记在上面的表格里。现在请同学两个同学为一组做一下实验，并根据你们的实验数据做出弹簧弹力和弹簧伸长量之间的图象，分析下他们之间有什么关系？学生分组实验学生已经初步得出结论，老师用作图软件绘制图象进行进有步的启发引导 师：通过作图发现弹力的大小与弹簧的伸长量之间是成正比的关系的。所以弹力F正比于伸长量x。如果用关系式来表示，前面都有一个系数,这个k与弹簧自身的因素有关，那不同的弹簧这个系数k会一样吗？由于时间关系老师研究了弹簧自身因素与弹簧弹力的关系，我选择三个不同材料的弹簧做了实验，记录下的数据见表。也绘制了他们的图象。大家看得到的三个图象都是直线，说明什么？生：弹力的大小和弹簧的伸长量都是成正比的。师：很好，那他们不同的是什么呢？生：斜率师：很好，说明材料不同他们前面这个系数是不一样的。师：那总结一下，通过这个实验说明在弹性限度内，弹性体（如弹簧）弹力的大小与弹性体伸长量（缩短量）成正比，这个规律是由英国科学家胡克发现的，称为胡克定律。师：公式就是F=KX。F是弹力，X是弹簧的伸长量，k是比例系数，叫做弹性体的劲度系数。生活、生产中，选择劲度适当的材料很重要。比如车床的主轴，当受到力的作用时，需要形变量很小，否则会影响加工的精度。哪要如何选择材料呢？根据胡克定律：F kx ，则 xF / k，在力的作用相同的情况下，要求形变量x很小，则必须要求k很大。虽然有的物体劲度小，比如混凝土，但也有用途。因为混凝土有很好的抗压能力，被广泛使用在建筑中，但能不能只用水泥建房屋呢？如图，只用混凝土的地板和阳台会出现什么问题呢？当有物体压在上面时，地板上半部被挤压还是被拉伸？下半部呢？混凝土能抗压，却不耐拉，上半部但地板下半部被拉伸，水泥不抗拉，出现裂缝。阳台则是下半部被挤压，水泥能抗压，但地板上半部被拉伸，水泥不抗拉，出现裂缝。为了解决这个问题，建筑中又用到抗拉伸的材料钢筋。钢筋k较大抗拉伸，在拉伸的位置加钢筋，则室内地板加在哪里？下半部，阳台加在上半部，这样，就达到即抗压又抗拉的目的。最后，我们学习应用胡克定律解决实际问题。（四）弹力的应用弹力在生产生活中都有很大的应用，比如自动伞中的 弹簧，机械钟表的法条，体育项目中的射箭比赛，减震器，自行车的闸把上都有应用到弹力。课堂练习一根轻质弹簧，当受到一个大小为16N的拉力作用时，该弹簧的伸长量是4 cm。该弹簧的劲度系数是多大？如果弹簧的原长是10cm，当受到8N的压力时，该弹簧将缩短到多少厘米？解：F1=16N， x1=4cm=410-2m， L0=10cm， F2=8N(1)根据胡克定律：F1= kx1 可得k= F1/ x1=16/(410-2) N/m=400N/m(2)根据胡克定律：F2= kx2 可得x2=F2/k=8/400 m=210-2m=2cmL2=L0x2=10cm2cm=8cm（五）、布置课后作业探究活动运用弹簧的串并联知识研究钢材的拉伸 题目：关于弹簧的串并联钢材的拉伸内容：在建筑力学中，关于钢筋的劲度以及拉伸，可以根据弹簧的串并联进行研究。有关弹簧的串并联内容可以参考“探究活动”中的相关内容四、新课教学：1、由复习过渡到新课，并演示说明演示：手压气球，球受力变形。手拉橡皮筋，橡皮筋受力伸长。讨论：力是如何产生的？ 产生力时至少有几个物体相互作用？学生：讨论交流。小结：力是物体对物体的作用。 力的作用离不开物体，产生力时至少有两个物体。 力的国际单位：牛顿 符号：N2、提问：力的种类有许多，据你所知有那几种？学生：拉力、压力（重力、摩擦力）等。3、对弹力的探究教师演示：用力拉伸弹簧。引导学生观察：当用较小的力拉伸弹簧，撤去外力后，弹簧恢复原状，说明弹簧产生弹性形变，弹簧是弹性体；当用较大的力拉伸弹簧，撤去外力后，弹簧不能恢复原状，产生塑性形变。教师总结：弹性体的形变不一定是弹性形变，发生弹性形变是有一定限度的，当弹性体形变达到某一值时，即使撤去外力，物体也不能再恢复原状，这个值叫做弹性限度。过渡：用一定的力拉橡皮筋，橡皮筋发生了形变，当撤去外力时橡皮筋恢复原状，说明橡皮筋产生的这个形变是弹性形变。教师演示：用纸飞机勾住橡皮筋，用力拉纸飞机，使橡皮筋伸长到一定长度后，释放纸飞机，纸飞机就被弹射出去。引导学生回答：纸飞机能被弹射出去说明，纸飞机除受重力外，还受到其他力的作用。这个力的施力物体是橡皮筋，产生的原因是因为橡皮筋发生了弹性形变。这个力就是我们这节课要学习的弹力。教师总结：物体发生弹性形变时，由于要恢复原状，会对与它接触的物体产生力的作用，这种力叫做弹力。弹力产生原因：物体发生弹性形变时，由于要恢复原状，会对与它接触的物体产生力的作用。教师提问：弹力的施力物体是哪个物体，受力物体是哪个物体？学生回答：弹力的施力物体是发生弹性形变的物体，受力物体是与发生弹性形变相接触的物体。 教师：根据弹力产生的原因引导学生总结出产生弹力的两个条件： 产生条件：（1）施力物体必须发生弹性形变 （2）受力物体与施力物体必须直接接触4、对弹力概念的应用将钩码悬挂在弹簧上，弹簧另一端固定，弹簧被拉长，提问：（1）钩码受哪些力？（重力、拉力、这二力平衡）（2）拉力是谁加给钩码的？（弹簧）（3）弹簧为什么对钩码产生拉