形变与弹力

第2节 形变与弹力从容说课 关于弹力，中学阶段经常遇到的大都是支持物的支持力（或对支持物的压力）和绳子的拉力，教材着重讲解这两种情况中弹力的方向.教材分析 形变与弹力分成了三个部分，从生活中常见的形变现象出发，认识到弹力存在.实验探究在力与形变之后，又回到了弹力应用，给学生以感情认识势能与缓冲对生活的影响.学生状态分析1.对形变有一定的感性认识但是不深入.2.知道支持力、压力，但是不能够概括产生的原因.3.对弹簧形变和拉力的关系有感性的认识.三维目标知识与技能 知道常见的形变，通过实验了解物体的弹性，知道胡克定律.过程与方法1.从生活中常见的物体形变现象出发，在探究形变的过程中，引导学生进一步探索形变与弹性之间的关系之后，使学生了解探究弹力的实际意义.2.使学生知道假设推理法及微量放大法.情感态度与价值观1.体验弹力的探究过程.2.观察和了解形变的有趣现象，感受自然界的奥秘，发展对科学的好奇心和求知欲.3.积极参与观察和实验，认真讨论，体验探索自然规律的艰辛与喜悦.通过质疑、讨论交流，逐步养成将自己的见解与他人分享的团队精神.教学设计教学重点 1.根据描出的点的走向，尝试判定函数关系.2.胡克定律.教学难点 1.形变分为弹性形变和范性形变.2.弹力的应用.3.根据描出的点的走向，尝试判定函数关系.教具准备 各种弹簧、橡皮筋（泥）、钢尺、细钢丝、微小形变演示实物、影像及相关实验用图表.课时安排 1课时教学过程导入新课 在跳水时用的踏跳板、撑杆跳高运动员的杆，都是利用它们弹性形变时的弹力，同学们还可以举出许多利用弹力的例子，谁来说？ 学生回答：拉弓射箭、跳跳床、跳水踏跳板 那弹力是怎样产生的呢？推进新课一、形变方法引导 弹力是怎样产生的？1.实验演示： 压缩弹簧、海绵、用手弯曲竹片, 观察到什么现象？ 学生：看到形状或体积改变. 老师：对，这就是形变. 板书： 物体的形状或体积的改变叫形变. 情景：给学生提供物体，教师引导学生在不损坏物体的情况下使物体发生变化.（设计意图：学生亲身经历探究过程，明确两类形变） 引导：任何物体都能发生形变吗？ （学生探究橡皮筋、橡皮泥、弹簧、钢尺等物体的形变） 情景：在桌子上放一本书，桌子会发生形变吗？ （学生探究微小形变）2.教师演示微小实验 任何物体都会发生形变. 实验操作：显示微小形变的装置向学生作一简单介绍. 入射光的位置不变，将光线经M、N两平面镜两次反射，射到一个刻度尺上，形成一光亮点.用力压桌面，同学们会看到什么现象？ 学生：光点在刻度尺上移动. 学生分析：桌面有了形变，使M、N平面镜的位置发生了微小的变化. 总结：我们通常用眼看到一些物体发生形变，还有一些物体眼睛根本观察不到它的形变，比如一些比较坚硬的物体.但是这些物体都有形变，只不过形变很微小.所以，一切物体在力的作用下都会发生形变.3.引导学生归纳图4-2-1 （归纳形变的两种情况） 形变分为弹性形变和范性形变. 引导：能发生弹性形变的物体，在什么条件下都可以发生弹性形变吗？（设计意图：明确弹性限度）（课本学生实验4-29，处理数据寻找规律）当弹性物体形变达到某一值时，即使撤去外力，物体也不能恢复原状，这个值叫弹性限度.弹性限度微观解释（设计意图：教师引导提高的过程）教师精讲 铜丝在被拉伸过程中，其形变与铜原子的引力范围有关.当铜丝被拉伸时，由于铜原子的引力，铜丝可以恢复到原来的长度，这属于弹性形变的范围；但是若继续拉铜丝，当铜原子间的距离拉得太大时，铜原子的引力不能使其恢复到原来的位置，这时铜丝就无法恢复到原长甚至会断裂. 二、弹力1.引导：金属丝对钩码有力的作用吗？如果有，利用弹簧、细绳、物体、钢尺等实验器材做实验加以佐证.（设计意图：体验弹力产生的要素的过程，使学生亲身参与并加以论证，从而明确弹力，并产生探究弹力和形变关系的愿望） 被压缩的弹簧上放一黑板擦，放手，黑板擦被弹起；被弯曲的竹片上放一粉笔头，放手，粉笔头被弹起. 提问：为什么黑板擦、粉笔头被弹起？ 引导学生回答：形变的物体要恢复原状，对和它接触的物体有力的作用，就被弹起. 提问：如果粉笔头、黑板擦与形变物不接触，会受到这个力吗？ 引导回答：不接触一定不会受到这个力. 学生总结：什么是弹力？ 板书： 发生形变的物体，由于要恢复原状，对跟它接触的物体产生力的作用，这种力叫弹力. 可见，弹力的产生需两个条件：直接接触并发生形变. 弹力的方向： 一般情况下，凡是支持物对物体的支持力，都是支持物因发生形变而对物体产生弹力，所以支持力的方向总是垂直于支持面而指向被支持的物体.例题放在水平桌面上的书由于重力的作用而压迫桌面，使书和桌面同时发生微小形变.要恢复原状，对桌面产生垂直于桌面向下的弹力F1，这就是书对桌面的压力；桌面由于发生微小的形变，对书产生垂直于书面向上的弹力F2，这就是桌面对书的支持力.图4-2-2 学生分析：静止放在倾斜木板上的书，书对木板的压力和木板对书的支持力，并画出力的示意图.图4-2-3 结论：压力、支持力都是弹力.压力的方向总是垂直于支持面而指向被压的物体，支持力的方向总是垂直于支持面而指向被支持的物体. 引导学生分析静止时，悬绳对重物的拉力及方向. 引导得出：悬挂物由于重力的作用而拉紧悬绳，使重物、悬绳同时发生微小的形变.重物由于发生微小的形变，对悬绳有竖直向下的弹力F1，这是物对绳的拉力；悬绳由于发生微小形变，对重物产生竖直向上的弹力F2，这就是绳对物体的拉力.结论：拉力是弹力，方向总是沿着绳而指向绳收缩的方向.图4-2-42.巩固训练（出示投影片）（1）画出下列各静止物体的弹力（接触面光滑）.图4-2-5（2）师生共评：弹力的方向总跟接触面垂直，面与面接触，点与面接触，都是垂直于面；点与点的接触要找两接触点的公切面，弹力垂直于这个公切面指向被支持物.强调：像B图中，斜面与球间有无弹力？ 对小球状态进行分析：如果小球受到斜面弹力，小球在水平方向上不会静止，会向右运动.由此可判定小球不受斜面的弹力.这是判定相接触的物体间是否有弹力的基本方法，说明两接触物体接触但没有发生形变. 物体发生弹性形变时，会产生一种恢复原状的力，这种力叫做弹力，方向总是与物体形变方向相反. （学生探究与弹力相关的因素，设计相关实验寻找答案） 实验：探究弹力与形变之间的关系.（设计意图：得出胡克定律） 实验方案：利用图4-2-6装置，改变钩码个数，测出弹簧总长度和所受拉力（钩码总重力）的多组对应值，设计表格并填入.图4-2-6 算出对应的弹簧的伸长量.在坐标系中描点，根据点的分布作出弹力F随伸长量x而变化的图象，从而确定Fx间的函数关系.解释函数表达式中常数的物理意义及其单位. 该实验要注意区分弹簧总长度和弹簧伸长量.对探索性实验，要根据描出的点的走向，尝试判定函数关系.（这一点和验证性实验不同） 实验步骤：将弹簧竖直挂在铁架台上，在不挂钩码的情况下测出其原长依次挂上1个、2个、3个钩码（注意弹簧的弹性限度及刻度尺的量程），测出相应的弹簧的长度，并算出对应的弹簧的伸长量;在坐标纸上用描点法画出F-x图;换用另一根弹簧，重复步骤. 函数关系的判定： 作图时应充分应用数学知识，去掉物理实验中的“奇点”得到函数关系. （学生动手实验，通过实验数据及现象探究弹力与形变之间的关系，归纳出胡克定律） 胡克定律：在弹性限度内，弹性体的弹力和弹性体伸长（或缩短）的长度成正比，即F=kx，其中k是劲度系数，简称劲度，单位是N/m.例题剖析 有一根弹簧的长度是15 cm，在下面挂上0.5 kg的重物后长度变成了18 cm，求弹簧的劲度系数. 解：已知弹簧原长为l0=15 cm，弹簧的弹力为5 N，伸长量为3 cm=0.03 m,由胡克定律F=kx可知，k=F/x=166.7 N/m. 说明：不同材料的劲度是不一样的，同一种材料的形状和长度不相同时，其劲度也是不一样的.三、弹力的应用1.情景：观察小球压迫弹簧的过程和小球撞击钢板的过程的慢动作影片.（设计意图：迁移与提高）2.观看（1）伞的释放，机械表上发条，射箭过程；(2）跳高垫子、蹦极绳子、沙发及床垫中的弹簧、自行车座的弹簧.3.引导学生从功和能的角度理解弹力，体会弹性势能，缓冲.（因为初中已经学过功、能关系及弹性势能的概念.弹性体在储能和放能两个方面的应用）课堂小结 这节课研究了弹力，弹力产生的原因是物体发生了弹性形变.弹力的方向跟接触面垂直，绳中的弹力是沿着绳的方向的，弹力的大小用胡克定律计算.布置作业1.实验测量不同弹簧的劲度系数，给出原始数据，总结处理数据的过程.2.调查不同弹性体的应用.3.阅读课本信息窗.板书设计形变与弹力1.形变：物体的形状或体积的改变. 弹性形变：在外力停止作用后，能够恢复原状的形变. 非弹性形变：在外力停止作用后，不能恢复原状的形变.2.弹力（1）定义：发生形变的物体，由于要恢复原状，会对跟它接触的物体产生力的作用，这种力叫弹力.（2）弹力产生的条件：物体间直接接触；物体发生弹性形变.（3）弹力的大小：物体的弹力大小与物体形变的大小有关，形变越大，弹力也越大；形变消失，弹力也消失.弹力的大小可以用二力平衡来求解.（4）弹力的方向：对含有接触面的弹力方向，总是垂直于接触面指向研究对象；对于绳、弹簧类的弹力方向，总是沿着绳或弹簧所在的直线.活动与探究 用压力传感器、录像频闪照相等定性探索弹力和时间的关系.习题详解1.答：弹性形变：跳板跳