2015-2016学年人教版必修1 弹力 教案

2．弹 力

教材分析

《弹力》是高中物理新课程（必修1）第三章第二节的内容，是力学的核心内容之一，在整个高中物理中占有相当重要的地位，是以后正确进行受力分析的基础。其重点是弹力产生的原因及弹力的方向，难点是常见的弹力方向的确定。教材从物体的明显形变引入，继而通过放大的思想演示“微小形变”的过程中，用实例引出了形变、弹性形变和弹力的概念。并通过研究形变来探究弹力产生的原因、弹力的方向和作用点，探究支持力、压力和绳子的拉力这几种弹力产生的原因和方向。对于胡克定律的教学，要先让学生亲身经历体验，然后引导学生设计实验“探索弹力的大小与形变量大小之间的关系”，这种先从感性认识出发，上升到理性认识，再通过实验检验并进行具体运用的研究办法十分重要，在教学过程中应注意渗透。

《弹力》作为高中物理重力以外的第一个性质力，在力学问题中出现次数仅次于重力，在整个高中物理尤其力学分析中具有举足轻重的地位。本节课的顺利实施，为以后学生以正确的态度和方法学习物理打下坚实的基础。

本节课，以奥运会蹦床冠军何雯娜奥运会上的精彩表演引入新课，激发学生学习探究的兴趣。指导学生完成：通过实例提出与物理有关的问题、大胆的猜想假设、相互之间讨论分析、设计切实可行的实验方案、正确记录实验数据、评估实验方案等一系列探究过程，使学生体验学习的整个过程，为以后独立学习铺平道路。

本节课中，对于弹力以及形变等等的相关概念、知识点都是通过学生自己讨论得出，发挥他们的主观能动性，使其成为课堂的真正主人，将课堂还给学生，还有探究实验“弹力和伸长之间的关系”让学生自己采取相应的措施来完成，老师仅仅起一个辅助指导作用，使学生更能发挥想象力，激发探究意识、培养正确的科学发展观，培养创新型人才。

探究学习试验中，引导学生积极发表自己的看法，对实验方法、过程进行评估交流，增进学生合作交流能力，通过发言培养学生语言表达能力。通过名人名

言对学生进行思想教育，体现人文关怀。培养学生实事求是的探究精神，激发学习物理的兴趣。

学情分析

通过前面的对“重力及相互作用”的学习，学生已经对力的三要素及作用效果等有了一定的了解。而且在初中阶段的学习过程中，也对弹力有了初步感性的认识和一定的理念基础。在高中教学中要进一步帮助学生深化对弹力的理解。弹力产生的原因及其方向的判定，是学生普遍感到难以把握的问题。为此，在这节课的教学中要精心设计实验，通过形象直观的实验教学帮助学生突破难点，并让学生在亲历探究的过程中，体验到探究未知世界的乐趣，领悟科学探究的真谛。

设计思路

高一新生正处于从初中物理向高中物理跨越阶段的特点，本节教材在文字叙述上非常简洁并配有大量的插图。内容直观、感性，较易为学生接受，加上学生们在初中时对弹力已有了一定的感性认识与理论基础，若只是照本宣科，教学会很空泛。教师觉得“没戏可唱”，学生则有“炒冷饭”之感。因此将弹力这节课设计成了探究性学习课，采用了“参与──体验──内化──外延”的物理课堂教学模式，由教师创设情景，让学生自己提出想要知道的问题，在教师的引导下，通过全班同学的讨论，自评和互评来不断完善。教师在教学中通过具体的实例、实验，激发学生的求知欲望，让学生主动参与到探究的过程，成为学习的主体，积极主动地获取知识和能力

在讲形变的种类时可以在回顾初中知识的基础上结合小实验（弹簧和橡皮泥）得出什么是弹性形变，什么是范性形变。在进行到微小形变时，利用“光杠杆”试验或“锥形瓶”试验帮助学生了解物理学上解决微小量的观测方法（放大法）。在进行到弹力的产生条件时可以通过双手“按一按”，“压一压”体会其产生条件。在进行到弹力三要素时，可以举出日常生活中的大量实例，让学生分析讨论得出结论。对于大小暂时只限于利用二力平衡得出。对于胡克定律的探究可以先从体验提出猜想再让学生根据提供的器材设计实验方案，通过对试验数据的分析得出结论。本次探究活动可以以劲度系数的探究为重点。因为胡克定律的内容教材已经给出，学生失去探究的兴趣，而与劲度系数有关的因素教材给的却很笼统，学生会对未知的知识充满兴趣。此次探究的重点在于过程，哪怕因素探究

不全也无所谓，当然在它探究过程中教师要给与充分的指导尽量得出正确的结论。

本教学设计特别强调了对实验的挖掘。通过引入新课时设计的实验，培养学生的问题意识和激发学生的学习兴趣。通过教学中的若干个演示实验的设计，特别是精心设计了研究桌面的微小形变实验，使学生感悟科学的探究方法和强化创新的意识。学生在互动和探索的过程中，培养学生的合作精神、获得探究的成功体验，使原本平淡的课堂教学变得充实、饱满、有声有色。

三维目标

知识与技能

1．知道弹力产生的条件；

2．知道压力、支持力、绳的拉力都是弹力，能在力的示意图中画出它们的方向；

3．知道形变越大弹力越大，知道弹簧的弹力跟弹簧的形变量成正比，即胡克定律. 会用胡克定律解决有关问题。

过程与方法

1．通过在实际问题中确定弹力方向的能力；

2．自己动手进行设计实验和操作实验的能力；

3．知道实验数据处理常用的方法，尝试使用图象法处理数据。

情感态度与价值观

1．真实准确地记录实验数据，体会科学的精神和态度在科学探究过程的重要作用. 在体验用简单的工具和方法探究物理规律的过程中，感受学习物理的乐趣，培养学生善于把物理学习与生活实践结合起来的习惯；

2．从任何物体都能发生形变入手，培养学生实事求是的世界观. 认识事物本来面目，不被表面现象所迷惑。

教学重点

1．弹力有无的判断和弹力方向的判断；

2．弹力大小的计算；

3．实验设计与操作。

教学难点

弹力有无的判断及弹力方向的判断。

教具准备

刻度尺、钢锯条、弹簧、泡沫塑料块、铜片、面团、白纸、墨水瓶（灌满红墨水）、通过橡皮塞插有细玻璃管的椭圆形玻璃瓶、激光光源、平面镜及支架（两套）、物理小车、橡皮筋、小螺旋桨、小球、演示胡克定律用的带刻度的木板、弹簧、钩码等等。

课时安排

2课时

教学过程

［新课导入］

自然界的四种基本力是不需要物体相互接触就能起作用的，但是在

日常的生活和生产活动中，我们所观察到的相互作用，无论是推、拉、提、举，还是牵引列车、锻打工件、击球、弯弓射箭等，都是在物体与

物体接触时才发生的，这种相互作用力可称为接触力。我们通常所说的拉力、压力、支持力、阻力等都是接触力。接触力按其性质可归纳为弹力和摩擦力。它们在本质上都是由电磁力引起的。

在运动场上跳远时要用踏跳板，撑杆跳高运动员的杆，都是利用他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、跳水用的踏跳板„„

那么弹力是怎样产生的呢？它的大小、方向各如何？带着这些问题我们一起来探究有关弹力的有关知识。

本节重点研究弹力。

［新课教学］

一、弹性形变和弹力

【演示实验】1．钢锯条在手的作用下弯曲；2．弹簧被拉长或压短；3．泡沫塑料块受力而被压缩、弯曲与扭转；4．铜片被弯成直角状；5．面团在重力作用下下坠，形状变化；6．纸张被手揉皱。

学生观察并思考。

它们的形状或体积发生了变化。

1．弹性形变

（1）形变

物体在力的作用下形状或体积发生改变，叫做形变（deformation ）。

（2）弹性形变

有些物体在形变后能够恢复原状，这种形变叫做弹性形变（elastic deformation ）。

（3）任何物体都会发生形变

任何物体受力时都会产生形变，只是有的形变很小，不易观察。

【演示实验】取一广口瓶，内装染色的水。用软木塞塞紧瓶口，软木塞中心处插一细长的两端开口的玻璃管。用力挤压广口瓶，让学生观察会出现什么现象？

学生：细玻璃管中的液面上升。

引导分析：用力挤压广口瓶，广口瓶发生形变，导致细玻璃管中的液面上升。

【演示实验】在一张大桌子上放两个平面镜M 和N ，让一束光依次被这两面镜子反射，最后射到墙上，形成一个光点。用力压桌面，观察墙上光点位置的变化。这个现象说明了什么？

引导分析：桌面有了形变，使M 、N 平面镜的位置发生了微小的变化，从而引起反射光线偏转，光点在刻度尺上移动。

【演示实验】如图所示，一块三角形有机玻璃压在另一块有机玻璃上，发生的形变很小，肉眼不能看出。但是，形变使有机玻璃内不同部位的光学性质产生了差异，让特殊的光通过时，可以看到这种差异。

总结：我们通常用眼睛能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。

一切物体在力的作用下都会发生形变。

（4）弹性限度

如果形变过大，超过一定的限度，撤去作用力后，物体就不能完全恢复原来的形状。这个限度叫做弹性限度（elastic limit）。

（5）形变的种类

根据物体形变的程度，有一种形变是由于物体被弯曲造成的，比如说弯曲的直尺，弯曲的竹竿等等；有的形变可能是由于物体被拉长而引起的，比如说拉长的橡皮筋、被拉长的弹簧等等；:弹簧还可以由于被压缩而产生形变，我们可以把这种形变叫做压缩形变，同样的例子还有被压缩的面包、海绵等等；绳子被扭转后也会发生形变，我们可以称之为扭转形变，被扭转的金属也有这样的特征

拉伸(或压缩) 形变、弯曲形变、扭转形变。

2．弹力

（1）概念

【演示实验】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？

学生回答：黑板擦和粉笔头受到了弹力。

具体实例：

(黑板擦使弹簧发生形变)

弹簧对跟它接触的黑板擦产生力

发生形变的弹簧，由于要恢复原状，对跟它接触的黑板擦产生弹力。

发生形变的弹簧，由于要恢复原状，对使它发生形变的黑板擦产生弹力。 弹簧与黑板擦接触，黑板擦也发生形变，黑板擦对跟它接触的弹簧也产生弹力。

一般概念：

发生弹性形变的物体，由于要恢复原状，对与它接触的物体产生力的作用，这种力叫做弹力（elasticforce ）。

发生形变的物体，由于要恢复原状，对使它发生形变的物体产生力的作用，这种力叫弹力。

发生弹性形变的物体对对方施加的力，叫做弹力。

（2）弹力产生的条件

提问：如果粉笔头、黑板擦与形变物不接触，会受到弹力吗？

引导回答：不接触一定不会受到这个力。

可见，产生弹力的必要条件是两物体直接接触。

提问：水平地面光滑，分析下面两接触物体间是否存在弹力？

引导分析：利用假设法，结合足球所处的状态分析，得到放在光滑水平面上的两个足球虽然接触，但两者间不存在弹力；足球虽然与竖直或倾斜的挡板接触，但两者间也都不存在弹力。

可见，两接触物体间不一定存在弹力。只有两接触物体间发生弹性形变，两物体间才产生弹力。弹力与弹性形变同时产生，同时存在，同时消失，即两者共存亡。弹力是被动力，只有相互接触并发生弹性形变的物体之间才能产生弹力。

（1）直接接触；

（2）发生弹性形变。

弹力不仅产生在两接触物体间，也可产生在接触的两部分之间。弹力的实质是分子间相互作用力的宏观体现。

二、几种弹力

1．压力和支持力

放在水平桌面上的书与桌面相互挤压，书和桌面都发生微小的形变。由于书的形变，它对桌面产生向下的弹力F 1，这就是书对桌面的压力。由于桌面的形变，它对书产生向上的弹力F 2，这就是桌面对书的支持力。

（1）压力和支持力都是弹力

压力和支持力是直接接触的双方，由于相互挤压引起接触处另一方发生形变时产生的。发生形变的一方，对使它发生形变的一方（对方）产生相互作用的弹力。正压力或支持力的作用点在接触处。

（2）压力和支持力的方向

压力和支持力的方向与接触双方的情况有关，接触双方通常有平面、曲面和点。

①当接触双方一方为平面，另一方为平面、曲面或点时，正压力或支持力总是垂直于接触的平面，并指向受力物体。

【练习】分析下面接触物体间的支持力和正压力。

②当接触双方一方为曲面，另一方为曲面或点时，正压力或支持力总是过接触点，垂直于过接触点的切面，并指向受力物体。

【练习】分析下面接触物体间的支持力和正压力。

2．拉力

用绳子拉物体时，绳子和物体都会产生形变，致使绳子对物体产生拉力，同时物体也对绳子产生拉力。

4

（1）拉力

线、绳、链条等柔体的拉力是对所拉物体的弹力。

（2）拉力（或推力）的方向

拉力（或推力）的方向总是沿着柔体而指向柔体收缩的方向；轻弹簧既可对物体施以拉力，也可施以推力，其方向均沿轻弹簧所在的直线。

【练习】分析下面轻绳或轻弹簧中弹力的方向。

【课堂训练】

关于弹力的产生，下列说法中正确的是（ ）

A ．只要两物体相接触就一定产生弹力

B ．只要两物体相互吸引就一定产生弹力

C ．只要物体发生形变就一定有弹力产生

D ．只有发生弹性形变的物体才会对与它接触的物体产生弹力作用

答案：D

解析：此题根据弹力的产生条件，接触和弹性形变缺一不可.A 、C 都只有弹力产生条件的一个方面，而B 只说“有相互吸引”，只能证明有力存在，不是弹力，选项D 正确。

三、胡克定律

1．弹力的大小

实验：用手拉压弹簧。

提问：你拉过拉力器吗？谈谈你的感受。

学生：越拉越费力，说明弹簧形变越厉害，产生的弹力越大。

弹力的大小跟形变的大小有关系，形变越大，弹力也越大，形变消失，弹力随着消失。

2．胡克定律

（1）实验探究

设计一个实验，实验的目的是寻找与弹簧的弹力有关的因素。

学生设计实验，然后分组实验。

参考实验案例：如图所示，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；弹簧的长度及伸长量可由刻度尺测出。

注意事项：

①本实验要求定量测量，因此要尽可能减小实验误差. 标尺要竖直且紧靠指针以减小读数带来的误差，每次改变悬挂钩码个数后，要待系统稳定后再读数.

②实验中所提供的米尺精确度为1mm ，应估读一位.

③弹簧组的说明书已说明每个弹簧的弹性限度，注意不要超过它的弹性限度使用.

建议做法：

①选择器材：

从弹簧组中选择一只弹簧（注意它的弹性限度）悬挂在铁架台的横杆上；实验桌上有200g 、50g 的钩码各一盒，选择50 g钩码来做这一实验. （想一想，为什么？）（参考答案：50 g的钩码质量比较小，容易调节，另外增加一个不会损坏弹簧）。

②首先将实验装置调整妥当（如整个装置是否竖直平稳，标尺与弹簧的距离是否合适，标尺面与弹簧上的指针是否在同一平面内，是否便于读数等）。

③读出弹簧自然下垂时指针所指刻度。

④悬挂50g 钩码一个，待稳定后，读出弹簧上指针所指刻度并计算出弹簧的伸长量记入表格。

⑤逐个增加钩码，重复第4步，至少做5组数据。

⑥图象法处理数据：在下面的坐标纸上，以弹簧弹力为纵轴，弹簧伸长量为横轴建立坐标系，如图所示。描出5个特殊点，以寻找弹簧弹力和弹簧伸长量之

间的关系。

拓展：常用的实验数据的处理方法有计算法（求比值、求积、求和、求差等）和图象法两种。两者比较，图象法处理数据更为直观、更容易得出物理变化规律，且该种方法处理数据能更好地减小实验的偶然误差。

（2）胡克定律

弹力与形变的定量关系，一般来讲比较复杂。而弹簧的弹力与弹簧的伸长量（或压缩量）的关系则比较简单。

在初中已学过，弹簧在弹性限度内的弹力与弹簧的形变量有关。

拉力越大，弹簧被拉得越长。

实验表明：弹簧发生弹性形变时，弹力的大小F 跟弹簧伸长（或

缩短）的长度x 成正比，即

F ＝kx

这个规律是英国科学家胡克发现的，叫做胡克定律（Hooke law）。

（3）劲度系数

胡克定律的k 称为弹簧的劲度系数（coefficient ofstiffness），单位是牛顿每米，符号用N/m表示。生活中说有的弹簧“硬”，有的弹簧“软”，指的就是它们的劲度系数不同。弹簧的劲度系数跟弹簧丝的粗细、材料、弹簧的直径、绕法、弹簧的长度等量有关，这个量反映了弹簧的特性。

劲度系数是反映弹簧特性的物理量，由弹簧本身决定。

3．分析弹力的方法

（1）接触物体间有无弹力的简捷判断

设想将接触物撤去，若物体的运动状态发生变化，则接触物体间一定存在弹力；若物体的运动状态没有发生变化，

则需判断物体与其它接触物间的力是否发

生了变化，才能进一步判定。

（2）从弹力的定义分析

举例说明。

（3）从平衡条件分析

根据二力平衡的条件可分析确定弹力的大小和方向。

分析下面问题中各弹力的大小和方向。

［小结］

在弹力的教学过程中，有这样几个难点需要突破，一是任何相接触的物体间都可能有弹力，弹力的产生条件是接触并且有形变，但是有些物体的形变量很小，不容易观察到，就会使学生产生这样的疑问：这种情况下弹力到底有没有? 例如物体放在桌面上，压力和支持力不能通过形变来进行判断，解决这个问题的方法是微小形变的演示，通过演示，使学生确信任何两个接触的物体间都可以有弹力。另外一个难点是弹力有无的判断，解决这个问题可以用假设判断的方法，不仅让学生知道判断的方法，更应该让学生学会这些方法的迁移，例如假设的判断方法。一般弹力大小的判断要根据物体的实际情况判断，而弹簧弹力的判断可以根据胡克定律进行判断，让学生通过实验“发现”胡克定律，在发现中锻炼探究物理规律的能力。

［布置作业］

教材第56页“问题与练习”。

板书设计

2．弹力

一、弹性形变和弹力

1．弹性形变

（1）形变

物体在力的作用下形状或体积发生改变，叫做形变。

（2）弹性形变

有些物体在形变后能够恢复原状，这种形变叫做弹性形变。

（3）任何物体都会发生形变

一切物体在力的作用下都会发生形变。

（4）弹性限度

如果形变过大，超过一定的限度，撤去作用力后，物体就不能完全恢复原来的形状。这个限度叫做弹性限度（elastic limit）。

（5）形变的种类

拉伸(或压缩) 形变、弯曲形变、扭转形变。

2．弹力

（1）概念

发生弹性形变的物体，由于要恢复原状，对与它接触的物体产生力的作用，这种力叫做弹力（elasticforce ）。

发生形变的物体，由于要恢复原状，对使它发生形变的物体产生力的作用，这种力叫弹力。

发生弹性形变的物体对对方施加的力，叫做弹力。

（2）弹力产生的条件

（1）直接接触；

（2）发生弹性形变。

二、几种弹力

1．压力和支持力

（1）压力和支持力都是弹力

（2）压力和支持力的方向

①当接触双方一方为平面，另一方为平面、曲面或点时，正压力或支持力总是垂直于接触的平面，并指向受力物体。

②当接触双方一方为曲面，另一方为曲面或点时，正压力或支持力总是过接触点，垂直于过接触点的切面，并指向受力物体。

2．拉力

（1）拉力

线、绳、链条等柔体的拉力是对所拉物体的弹力。

（2）拉力（或推力）的方向

拉力（或推力）的方向总是沿着柔体而指向柔体收缩的方向；轻弹簧既可对物体施以拉力，也可施以推力，其方向均沿轻弹簧所在的直线。

三、胡克定律

1．弹力的大小

弹力的大小跟形变的大小有关系，形变越大，弹力也越大，形变消失，弹力随着消失。

2．胡克定律

（1）实验探究

（2）胡克定律

弹簧发生弹性形变时，弹力的大小F 跟弹簧伸长（或缩短）的长度x 成正比，即

F ＝kx

（3）劲度系数

劲度系数是反映弹簧特性的物理量，由弹簧本身决定。

3．分析弹力的方法

（1）接触物体间有无弹力的简捷判断

（2）从弹力的定义分析

（3）从平衡条件分析