備課資料（2彈力）

備課資料 一、無(wú)處不在的彈簧 在我們的日常生活中，彈簧形態(tài)各異，處處都在為我們服務(wù).常見(jiàn)的彈簧是螺旋形的，叫螺旋彈簧.做力學(xué)實(shí)驗(yàn)用的彈簧秤、擴(kuò)胸器的彈簧等都是螺旋彈簧.螺旋彈簧有長(zhǎng)有短，有粗有細(xì)：擴(kuò)胸器的彈簧就比彈簧秤的粗且長(zhǎng)；在抽屜鎖里，彈簧又短又細(xì)，約幾毫米長(zhǎng)；有一種用來(lái)緊固螺母的彈簧墊圈，只有一圈，在緊固螺絲螺母時(shí)都離不開(kāi)它.螺旋彈簧在拉伸或壓縮時(shí)都要產(chǎn)生反抗外力作用的彈力，而且在彈性限度內(nèi)，形變?cè)酱?，產(chǎn)生的彈力也越大；一旦外力消失，形變也消失.有的彈簧制成片形的或板形的，叫簧片或板簧.在口琴、手風(fēng)琴里有銅制的發(fā)聲簧片，在許多電器開(kāi)關(guān)中也有銅制的簧片，在玩具或鐘表里的發(fā)條是鋼制的板簧，在載重汽車(chē)車(chē)廂下方也有鋼制的板簧.它們?cè)趶澢鷷r(shí)會(huì)產(chǎn)生恢復(fù)原來(lái)形狀的傾向，彎曲得越厲害，這種傾向越強(qiáng).有的彈簧像蚊香那樣盤(pán)繞，例如，實(shí)驗(yàn)室的電學(xué)測(cè)量?jī)x表（電流計(jì)、電壓計(jì)）內(nèi).機(jī)械鐘表中都安裝了這種彈簧.這種彈簧在被扭轉(zhuǎn)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生恢復(fù)原來(lái)形狀的傾向，叫做扭簧.形形色色的彈簧在不同場(chǎng)合下發(fā)揮著不同的功能： 1.測(cè)量功能 我們知道，在彈性限度內(nèi)，彈簧的伸長(zhǎng)（或壓縮）跟外力成正比.利用彈簧這一性質(zhì)可制成彈簧秤. 2.緊壓功能 觀察各種電器開(kāi)關(guān)會(huì)發(fā)現(xiàn)，開(kāi)關(guān)的兩個(gè)觸頭中，必然有一個(gè)觸頭裝有彈簧，以保證兩個(gè)觸頭緊密接觸，使導(dǎo)通良好.如果接觸不良，接觸處的電阻變大，電流通過(guò)時(shí)產(chǎn)生的熱量變大，嚴(yán)重的還會(huì)使接觸處的金屬熔化.卡口燈頭的兩個(gè)金屬柱都裝有彈簧也是為了接觸良好；至于螺口燈頭的中心金屬片以及所有插座的接插金屬片都是簧片，其功能都是使雙方緊密接觸，以保證導(dǎo)通良好.在盒式磁帶中，有一塊用磷青銅制成的簧片，利用它彎曲形變時(shí)產(chǎn)生的彈力使磁頭與磁帶密切接觸.在訂書(shū)機(jī)中有一個(gè)長(zhǎng)螺旋彈簧,它的作用一方面是頂緊釘書(shū)釘，另一方面是當(dāng)最前面的釘子被推出后，可以將后面的釘子送到最前面以備釘書(shū)時(shí)推出，這樣，就能自動(dòng)地將一個(gè)個(gè)釘子推到最前面，直到釘子全部用完為止.許多機(jī)器自動(dòng)供料，自動(dòng)步槍中的子彈自動(dòng)上膛都靠彈簧的這種功能.此外，像夾衣服的夾子，圓珠筆、鋼筆套上的夾片都利用彈簧的緊壓功能夾在衣服上. 3.復(fù)位功能 彈簧在外力作用下發(fā)生形變，撤去外力后，彈簧就能恢復(fù)原狀.很多工具和設(shè)備都是利用彈簧的這一性質(zhì)來(lái)復(fù)位的.例如，許多建筑物大門(mén)的合頁(yè)上都裝了復(fù)位彈簧，人進(jìn)出后，門(mén)會(huì)自動(dòng)復(fù)位.人們還利用這一功能制成了自動(dòng)傘、自動(dòng)鉛筆等用品，十分方便.此外，各種按鈕、按鍵也少不了復(fù)位彈簧. 4.帶動(dòng)功能 機(jī)械鐘表、發(fā)條玩具都是靠上緊發(fā)條帶動(dòng)的.當(dāng)發(fā)條被上緊時(shí)，發(fā)條產(chǎn)生彎曲形變，存儲(chǔ)一定的彈性勢(shì)能.釋放后，彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，通過(guò)傳動(dòng)裝置帶動(dòng)時(shí)、分、秒針或輪子轉(zhuǎn)動(dòng).在許多玩具槍中都裝有彈簧，彈簧被壓縮后具有勢(shì)能，扣動(dòng)扳機(jī)，彈簧釋放，勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，撞擊小球沿槍管射出.田徑比賽用的發(fā)令槍和軍用槍支也是利用彈簧被釋放后彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能撞擊發(fā)令紙或子彈的引信完成發(fā)令或發(fā)火任務(wù)的. 5.緩沖功能 在機(jī)車(chē)、汽車(chē)車(chē)架與車(chē)輪之間裝有彈簧，利用彈簧的彈性來(lái)減緩車(chē)輛的顛簸. 6.振動(dòng)發(fā)聲功能 當(dāng)空氣從口琴、手風(fēng)琴中的簧孔中流動(dòng)時(shí)，沖擊簧片，簧片振動(dòng)發(fā)出聲音. 二、驗(yàn)證物體發(fā)生微小形變應(yīng)注意的問(wèn)題 一切自然科學(xué)都來(lái)自實(shí)踐，都是在對(duì)自然現(xiàn)象觀察的基礎(chǔ)上從科學(xué)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)發(fā)展起來(lái)的.物理學(xué)的發(fā)展也是如此.物理學(xué)是一門(mén)實(shí)驗(yàn)科學(xué)，在物理學(xué)中，每個(gè)概念的建立、每個(gè)定律的發(fā)現(xiàn)，都有其堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ).因而在物理教學(xué)中實(shí)驗(yàn)教學(xué)就顯得尤為重要了. 在實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐的活動(dòng)中，往往有這樣一種情況，就實(shí)驗(yàn)及其操作步驟來(lái)說(shuō)沒(méi)有什么不妥之處，但學(xué)生卻不易理解，甚至產(chǎn)生錯(cuò)覺(jué)或疑惑，不能正確地思維，更不能得到自己確信的結(jié)論.因此，我們?cè)谶M(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)程序必須一切從學(xué)生出發(fā)，從學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)、知識(shí)層次、心理因素等出發(fā)，應(yīng)該設(shè)身處地地為學(xué)生著想.實(shí)驗(yàn)教學(xué)程序不能使學(xué)生產(chǎn)生錯(cuò)覺(jué)，不能使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果似信非信.我們應(yīng)該針對(duì)學(xué)生的好奇心，適當(dāng)設(shè)疑、激發(fā)興趣；根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生心理狀況，給演示配以適當(dāng)講解或討論，并在能使學(xué)生接受的條件下層層深入；實(shí)驗(yàn)力求直觀簡(jiǎn)明、形象生動(dòng)，便于學(xué)生進(jìn)行直覺(jué)思維；針對(duì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)觀察和思維上的種種難點(diǎn)，進(jìn)行通俗的講解和比喻，甚至可輔以另一簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)或?qū)嵗齺?lái)加以說(shuō)明，以確保實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果.下面就談?wù)劇膀?yàn)證物體發(fā)生微小形變實(shí)驗(yàn)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)程序. 教材在“彈力”這部分內(nèi)容中指出：任何物體受到任意小的力都要發(fā)生形變；不發(fā)生形變的物體是不存在的.為了說(shuō)明這一點(diǎn)，書(shū)本上介紹了用手?jǐn)D壓裝滿水的帶有細(xì)玻璃管的圓形玻璃瓶，通過(guò)觀察擠壓時(shí)細(xì)管中有色水面的上升來(lái)得出結(jié)論.這個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理可簡(jiǎn)述為： 玻璃瓶受力形變?nèi)莘e減少（認(rèn)為液體不可壓縮）水往上升 然而在實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生觀察后常會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)錯(cuò)覺(jué)：1.瓶不是玻璃的；2.手握著玻璃瓶，手傳熱給玻璃瓶，使瓶?jī)?nèi)的水受熱膨脹.為了避免學(xué)生產(chǎn)生上述錯(cuò)覺(jué)，好多老師調(diào)整了實(shí)驗(yàn)教學(xué)程序，采取了下列改進(jìn)措施： 1.演示前先用金屬棒敲瓶子，或請(qǐng)學(xué)生看一看、摸一摸，使學(xué)生確信這是玻璃瓶. 2.實(shí)驗(yàn)中把圓玻璃瓶換成橫截面為橢圓的扁玻璃瓶.這樣，當(dāng)瓶子橢圓截面的短半軸方向受壓力時(shí)（如圖3-2-12所示）水柱上升；當(dāng)瓶子橢圓截面的長(zhǎng)半軸方向受壓力時(shí)（如圖3-2-13所示）水柱下降. 圖3-2-12 圖3-2-13 如果前者能夠用“受熱膨脹”來(lái)解釋的話，那么后者用“受熱縮小”是解釋不通的.由此可見(jiàn)水柱高度變化的原因并非受熱膨脹. 學(xué)生錯(cuò)覺(jué)消除了，但是新的疑問(wèn)又產(chǎn)生了，上面的演示不能使學(xué)生確信，不論水柱上升還是下降，都是由于受力形變的緣故.這時(shí)不少教師向?qū)W生作出解釋：在瓶子橢圓截面的周長(zhǎng)基本不變的情況下，橢圓截面短半軸受壓力后變短了，即截面積變小，容積變小，水柱上升;而橢圓截面的長(zhǎng)半軸受壓后，長(zhǎng)半軸變短了，但同時(shí)短半軸變長(zhǎng)了，且長(zhǎng)半軸和短半軸的乘積增大了，則截面積變大，容積變大，水柱下降.對(duì)此學(xué)生還是不易理解的，因?yàn)楦咭粚W(xué)生對(duì)于橢圓的一些知識(shí)還是生疏的，數(shù)學(xué)知識(shí)還不夠. 那么怎樣從學(xué)生實(shí)際出發(fā)，使學(xué)生接受不論水柱是“上升”還是“下降”都是由于受力形變的緣故呢？對(duì)此我們可以用一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)例進(jìn)行類(lèi)比:大家都天天擠牙膏，具有擠牙膏的經(jīng)驗(yàn).牙膏殼的截面可近似看作是一個(gè)橢圓，我們可以啟發(fā)學(xué)生：擠牙膏你是怎么擠的？沿短半軸方向擠還是沿長(zhǎng)半軸方向擠？如果擠出的牙膏太多了，要使擠出的牙膏縮回去一些，你怎么辦？你是沿短半軸方向擠一下呢？還是沿長(zhǎng)半軸方向擠呢？用牙膏實(shí)際操作演示，當(dāng)學(xué)生看清這個(gè)熟悉的現(xiàn)象并確信后，他們自然也就相信了水柱“上升”、“下降”都是由于受力形變的原因了.