高中物理人教版第三章相互作用2弹力

2．弹力

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：

弹簧发生形变 黑板擦与弹簧接触(黑板擦使弹簧发生形变)

M N F

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。

F 2 F 2 F 2 F 1

F 1 4 F 3

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。

（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

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。

初态指针对应刻度（cm）

弹簧弹力（N）

指针所指刻度（cm）

弹簧伸长量（cm）

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”。 M

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