重力與彈力（胡克定律和實驗）-【新教材】人教版高中物理必修教案

第三章第一節(jié)重力和彈力第二課時胡克定律和實驗【教學目標】1.知道形變越大彈力越大，知道彈簧的彈力跟彈簧的形變量成正比，即胡克定律，會用胡克定律解決有關問題。2.能理解胡克定律的內容并應用。【核心素養(yǎng)發(fā)展】核心知識1.知道形變越大彈力越大，知道彈簧的彈力跟彈簧的形變量成正比，即胡克定律，會用胡克定律解決有關問題。2.彈力大小的計算，平衡法和胡克定律。3.實驗驗證胡克定律。核心能力1.通過觀察微小變化的實例，初步接觸“放大的方法”2.幫助學生掌握設計實驗、收集數據、數據處理和總結規(guī)律的能力科學品質1.通過探究彈力與形變的關系以及數據的準確記錄，培養(yǎng)學生鍥而不舍的探究的精神和求真務實的科學精神。2.利用實驗培養(yǎng)學生的觀察能力，激發(fā)學生對物理規(guī)律的求知欲。3.真實準確地記錄實驗數據，體會科學的精神和態(tài)度在科學探究過程的重要作用．在體驗用簡單的工具和方法探究物理規(guī)律的過程中，感受學習物理的樂趣，培養(yǎng)學生善于把物理學習與生活實踐結合起來的習慣．【教學重點】1.彈力大小的計算．2.胡克定律【教學難點】1.彈力大小的計算。2.胡克定律實驗驗證?！窘虒W用具】傳感器、計算機、彈簧、小車、砝碼、彈簧稱、帶有支架的平面鏡（兩個）、刻度尺、激光光源、墨水瓶（灌滿紅墨水）等?！窘虒W方法】教師啟發(fā)、引導學生思考，討論、交流學習成果。探究法、討論法、實驗法。（一）新課導入對于明顯的形變我們很容易發(fā)現和理解，上節(jié)課我們也了解了很多明顯形變來理解彈力，對于不明顯的形變又怎么去發(fā)現和研究呢？下面我們就來學習。（二）新課內容一、微小形變例如：如果你用手去壓桌面或推墻面，桌面和墻面會發(fā)生形變嗎？（生活中的常見實例）演示實驗，請學生仔細觀察，告通過這個實驗，能發(fā)現些什么？演示實驗１：演示桌面微小形變：用激光燈照射桌面上的一塊小鏡子，擠壓桌面。由此可見：我們用手壓桌面時，桌面是發(fā)生了形變，只不過形變比較微小，肉眼看不出來，剛才的這個演示實驗可以把這個微小變化進行放大。將微小的變化放大，是物理學研究問題中常用的方法，讓學生課后看課本中“有機玻璃的形變”這張圖并自己制作，親身體會放大思想，以便在以后的探究實驗中學會運用這種思想。演示實驗２：如圖所示，用手壓扁平瓶子的不同部位，細管中的液面上升或下降，通過觀察液面的升降可以判斷瓶子發(fā)生形變；通過上面的實驗，我們觀察到原來不容易觀察的瓶子和桌面也發(fā)生了形變，我們用了微觀放大的方法，可以觀察到微小形變。小練：（多）小木塊放在桌子上，下列說法正確的是（）A．在接觸處只有桌子有彈力產生B．在接觸處桌面和小木塊都有彈力產生C．木塊對桌面的壓力是木塊形變后要恢復原狀而對桌面施加的力D．木塊對桌子的壓力是木塊的重力答案：ＢＣ二、探究彈力和彈簧伸長的關系（一）實驗目的(1)探究彈力與彈簧伸長量之間的關系。(2)學會利用列表法、圖像法、函數法處理實驗數據。(3)驗證胡克定律。（二）實驗原理(1)如圖實－1－1所示，在彈簧下端懸掛鉤碼時彈簧會伸長，平衡時彈簧產生的彈力與所掛鉤碼的重力大小相等。圖實－1－1(2)彈簧的長度可用刻度尺直接測出，伸長量可以由拉長后的長度減去彈簧原來的長度進行計算。這樣就可以研究彈簧的彈力和彈簧伸長量之間的定量關系了。(3)求彈簧的勁度系數彈簧的彈力F與其伸長量x成正比，比例系數k＝eq\f(F,x)，即為彈簧的勁度系數；另外，在F-x圖像中，直線的斜率也等于彈簧的勁度系數。（三）實驗器材鐵架臺、彈簧、毫米刻度尺、鉤碼若干、坐標紙。（四）實驗步驟(1)按圖實－1－2安裝實驗裝置，記下彈簧下端不掛鉤碼時所對應的刻度l0。圖實－1－2(2)在彈簧下端懸掛一個鉤碼，平衡時記下彈簧的總長度并記下鉤碼的重力。(3)增加鉤碼的個數，重復上述實驗過程，將數據填入表格，以F表示彈力，l表示彈簧的總長度，x＝l－l0表示彈簧的伸長量。1234567F/N0l/cmx/cm0（五）數據處理(1)以彈力F(大小等于所掛鉤碼的重力)為縱坐標，以彈簧的伸長量x為橫坐標，用描點法作圖。連接各點，得出彈力F隨彈簧伸長量x變化的圖線，如圖實－1－3所示。圖實－1－3(2)以彈簧伸長量為自變量，寫出彈力和彈簧伸長量之間的函數關系，函數表達式中常數即為彈簧的勁度系數，這個常數也可據F-x圖線的斜率求解，k＝eq\f(ΔF,Δx)。（六）注意事項(1)所掛鉤碼不要過重，以免彈簧被過分拉伸，超出它的彈性限度。(2)每次所掛鉤碼的質量差盡量大一些，從而使坐標上描的點盡可能稀一些，這樣作出的圖線精確。(3)測彈簧長度時，一定要在彈簧豎直懸掛且處于平衡狀態(tài)時測量，刻度尺要保持豎直并靠近彈簧，以免增大誤差。(4)描點畫線時，所描的點不一定都落在一條直線上，但應注意一定要使各點均勻分布在直線的兩側。(5)記錄數據時要注意彈力及彈簧伸長量的對應關系及單位。（七）誤差分析由于彈簧原長及伸長量的測量都不便于操作，存在較大的測量誤差，另外由于彈簧自身的重力的影響，即當未放重物時，彈簧在自身重力的作用下，已經有一個伸長量，這樣所作圖線往往不過原點。1.(多選)在“探究彈力和彈簧伸長的關系”的實驗中，以下說法正確的是()A．彈簧被拉伸時，不能超出它的彈性限度B．用懸掛鉤碼的方法給彈簧施加拉力，應保證彈簧位于豎直位置且處于平衡狀態(tài)C．用直尺測得彈簧的長度即為彈簧的伸長量D．用幾個不同的彈簧，分別測出幾組拉力與伸長量，得出拉力與伸長量之比相等本實驗中應以所研究的一根彈簧為實驗對象，在彈性限度內通過增減鉤碼的數目，改變對彈簧的拉力，來探索彈力與彈簧伸長量的關系，所以選A、B。2.某同學做“探究彈力和彈簧伸長的關系”的實驗，他先把彈簧平放在桌面上使其自然伸長，用直尺測出彈簧的原長L0，再把彈簧豎直懸掛起來，掛上鉤碼后測出彈簧伸長后的長度L，把(L－L0)作為彈簧的伸長量x。這樣操作，由于彈簧自身重力的影響，最后畫出的圖線可能是圖中的()圖實－1－42.解析：本題主要考查使用彈簧時應注意的問題，還有用圖像法來描述彈簧的彈力與其伸長量間的關系。考慮彈簧自身重力的影響，當不掛鉤碼時，彈簧的伸長量x≠0，所以選C。答案：(2)C三、胡克定律1.內容：精確的實驗研究表明，在彈性限度內，彈性體彈力的大小與彈性體伸長（或縮短）的長度成正比。2.表達式：F=kx3.x為彈簧的形變量，是彈簧伸長（或縮短）的長度。k叫勁度系數。在國際單位制中，k的單位是N/m4.勁度系數k跟彈簧的材料、粗細、長度等有關，是彈簧本身特性，與F、x無關。勁度系數反映了彈簧的“軟”、“硬”程度，大小由彈簧本身的性質決定，小練：一根輕質彈簧，當受到一個大小為16N的拉力作用時，該彈簧的伸長量是4cm。該彈簧的勁度系數是多大？如果彈簧的原長是10cm，當受到8N的壓力時，該彈簧將縮短到多少厘米？解：F1=16N，x1=4cm=4×10-2m，L0=10cm，F2=8N(1)根據胡克定律：F1=kx1可得k=F1/x1=16/(4×10-2)N/m=400N/m(2)根據胡克定律：F2=kx2可得x2=F2/k=8/40