重力與彈力（胡克定律和實(shí)驗(yàn)）-【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(shí)胡克定律和實(shí)驗(yàn)【教學(xué)目標(biāo)】1.知道形變?cè)酱髲椓υ酱?，知道彈簧的彈力跟彈簧的形變量成正比，即胡克定律，?huì)用胡克定律解決有關(guān)問(wèn)題。2.能理解胡克定律的內(nèi)容并應(yīng)用?！竞诵乃仞B(yǎng)發(fā)展】核心知識(shí)1.知道形變?cè)酱髲椓υ酱螅缽椈傻膹椓Ω鷱椈傻男巫兞砍烧?，即胡克定律，?huì)用胡克定律解決有關(guān)問(wèn)題。2.彈力大小的計(jì)算，平衡法和胡克定律。3.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證胡克定律。核心能力1.通過(guò)觀察微小變化的實(shí)例，初步接觸“放大的方法”2.幫助學(xué)生掌握設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、收集數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理和總結(jié)規(guī)律的能力科學(xué)品質(zhì)1.通過(guò)探究彈力與形變的關(guān)系以及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確記錄，培養(yǎng)學(xué)生鍥而不舍的探究的精神和求真務(wù)實(shí)的科學(xué)精神。2.利用實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力，激發(fā)學(xué)生對(duì)物理規(guī)律的求知欲。3.真實(shí)準(zhǔn)確地記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，體會(huì)科學(xué)的精神和態(tài)度在科學(xué)探究過(guò)程的重要作用．在體驗(yàn)用簡(jiǎn)單的工具和方法探究物理規(guī)律的過(guò)程中，感受學(xué)習(xí)物理的樂(lè)趣，培養(yǎng)學(xué)生善于把物理學(xué)習(xí)與生活實(shí)踐結(jié)合起來(lái)的習(xí)慣．【教學(xué)重點(diǎn)】1.彈力大小的計(jì)算．2.胡克定律【教學(xué)難點(diǎn)】1.彈力大小的計(jì)算。2.胡克定律實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證?！窘虒W(xué)用具】傳感器、計(jì)算機(jī)、彈簧、小車、砝碼、彈簧稱、帶有支架的平面鏡（兩個(gè)）、刻度尺、激光光源、墨水瓶（灌滿紅墨水）等?！窘虒W(xué)方法】教師啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生思考，討論、交流學(xué)習(xí)成果。探究法、討論法、實(shí)驗(yàn)法。（一）新課導(dǎo)入對(duì)于明顯的形變我們很容易發(fā)現(xiàn)和理解，上節(jié)課我們也了解了很多明顯形變來(lái)理解彈力，對(duì)于不明顯的形變又怎么去發(fā)現(xiàn)和研究呢？下面我們就來(lái)學(xué)習(xí)。（二）新課內(nèi)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(huì)發(fā)生形變嗎？（生活中的常見(jiàn)實(shí)例）演示實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)學(xué)生仔細(xì)觀察，告通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，能發(fā)現(xiàn)些什么？演示實(shí)驗(yàn)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(jiàn)：我們用手壓桌面時(shí)，桌面是發(fā)生了形變，只不過(guò)形變比較微小，肉眼看不出來(lái)，剛才的這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)可以把這個(gè)微小變化進(jìn)行放大。將微小的變化放大，是物理學(xué)研究問(wèn)題中常用的方法，讓學(xué)生課后看課本中“有機(jī)玻璃的形變”這張圖并自己制作，親身體會(huì)放大思想，以便在以后的探究實(shí)驗(yàn)中學(xué)會(huì)運(yùn)用這種思想。演示實(shí)驗(yàn)２：如圖所示，用手壓扁平瓶子的不同部位，細(xì)管中的液面上升或下降，通過(guò)觀察液面的升降可以判斷瓶子發(fā)生形變；通過(guò)上面的實(shí)驗(yàn)，我們觀察到原來(lái)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(shuō)法正確的是（）A．在接觸處只有桌子有彈力產(chǎn)生B．在接觸處桌面和小木塊都有彈力產(chǎn)生C．木塊對(duì)桌面的壓力是木塊形變后要恢復(fù)原狀而對(duì)桌面施加的力D．木塊對(duì)桌子的壓力是木塊的重力答案：ＢＣ二、探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)量之間的關(guān)系。(2)學(xué)會(huì)利用列表法、圖像法、函數(shù)法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。(3)驗(yàn)證胡克定律。（二）實(shí)驗(yàn)原理(1)如圖實(shí)－1－1所示，在彈簧下端懸掛鉤碼時(shí)彈簧會(huì)伸長(zhǎng)，平衡時(shí)彈簧產(chǎn)生的彈力與所掛鉤碼的重力大小相等。圖實(shí)－1－1(2)彈簧的長(zhǎng)度可用刻度尺直接測(cè)出，伸長(zhǎng)量可以由拉長(zhǎng)后的長(zhǎng)度減去彈簧原來(lái)的長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算。這樣就可以研究彈簧的彈力和彈簧伸長(zhǎng)量之間的定量關(guān)系了。(3)求彈簧的勁度系數(shù)彈簧的彈力F與其伸長(zhǎng)量x成正比，比例系數(shù)k＝eq\f(F,x)，即為彈簧的勁度系數(shù)；另外，在F-x圖像中，直線的斜率也等于彈簧的勁度系數(shù)。（三）實(shí)驗(yàn)器材鐵架臺(tái)、彈簧、毫米刻度尺、鉤碼若干、坐標(biāo)紙。（四）實(shí)驗(yàn)步驟(1)按圖實(shí)－1－2安裝實(shí)驗(yàn)裝置，記下彈簧下端不掛鉤碼時(shí)所對(duì)應(yīng)的刻度l0。圖實(shí)－1－2(2)在彈簧下端懸掛一個(gè)鉤碼，平衡時(shí)記下彈簧的總長(zhǎng)度并記下鉤碼的重力。(3)增加鉤碼的個(gè)數(shù)，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程，將數(shù)據(jù)填入表格，以F表示彈力，l表示彈簧的總長(zhǎng)度，x＝l－l0表示彈簧的伸長(zhǎng)量。1234567F/N0l/cmx/cm0（五）數(shù)據(jù)處理(1)以彈力F(大小等于所掛鉤碼的重力)為縱坐標(biāo)，以彈簧的伸長(zhǎng)量x為橫坐標(biāo)，用描點(diǎn)法作圖。連接各點(diǎn)，得出彈力F隨彈簧伸長(zhǎng)量x變化的圖線，如圖實(shí)－1－3所示。圖實(shí)－1－3(2)以彈簧伸長(zhǎng)量為自變量，寫(xiě)出彈力和彈簧伸長(zhǎng)量之間的函數(shù)關(guān)系，函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)即為彈簧的勁度系數(shù)，這個(gè)常數(shù)也可據(jù)F-x圖線的斜率求解，k＝eq\f(ΔF,Δx)。（六）注意事項(xiàng)(1)所掛鉤碼不要過(guò)重，以免彈簧被過(guò)分拉伸，超出它的彈性限度。(2)每次所掛鉤碼的質(zhì)量差盡量大一些，從而使坐標(biāo)上描的點(diǎn)盡可能稀一些，這樣作出的圖線精確。(3)測(cè)彈簧長(zhǎng)度時(shí)，一定要在彈簧豎直懸掛且處于平衡狀態(tài)時(shí)測(cè)量，刻度尺要保持豎直并靠近彈簧，以免增大誤差。(4)描點(diǎn)畫(huà)線時(shí)，所描的點(diǎn)不一定都落在一條直線上，但應(yīng)注意一定要使各點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)。(5)記錄數(shù)據(jù)時(shí)要注意彈力及彈簧伸長(zhǎng)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系及單位。（七）誤差分析由于彈簧原長(zhǎng)及伸長(zhǎng)量的測(cè)量都不便于操作，存在較大的測(cè)量誤差，另外由于彈簧自身的重力的影響，即當(dāng)未放重物時(shí)，彈簧在自身重力的作用下，已經(jīng)有一個(gè)伸長(zhǎng)量，這樣所作圖線往往不過(guò)原點(diǎn)。1.(多選)在“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，以下說(shuō)法正確的是()A．彈簧被拉伸時(shí)，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(yīng)保證彈簧位于豎直位置且處于平衡狀態(tài)C．用直尺測(cè)得彈簧的長(zhǎng)度即為彈簧的伸長(zhǎng)量D．用幾個(gè)不同的彈簧，分別測(cè)出幾組拉力與伸長(zhǎng)量，得出拉力與伸長(zhǎng)量之比相等本實(shí)驗(yàn)中應(yīng)以所研究的一根彈簧為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，在彈性限度內(nèi)通過(guò)增減鉤碼的數(shù)目，改變對(duì)彈簧的拉力，來(lái)探索彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系，所以選A、B。2.某同學(xué)做“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，他先把彈簧平放在桌面上使其自然伸長(zhǎng)，用直尺測(cè)出彈簧的原長(zhǎng)L0，再把彈簧豎直懸掛起來(lái)，掛上鉤碼后測(cè)出彈簧伸長(zhǎng)后的長(zhǎng)度L，把(L－L0)作為彈簧的伸長(zhǎng)量x。這樣操作，由于彈簧自身重力的影響，最后畫(huà)出的圖線可能是圖中的()圖實(shí)－1－42.解析：本題主要考查使用彈簧時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題，還有用圖像法來(lái)描述彈簧的彈力與其伸長(zhǎng)量間的關(guān)系。考慮彈簧自身重力的影響，當(dāng)不掛鉤碼時(shí)，彈簧的伸長(zhǎng)量x≠0，所以選C。答案：(2)C三、胡克定律1.內(nèi)容：精確的實(shí)驗(yàn)研究表明，在彈性限度內(nèi)，彈性體彈力的大小與彈性體伸長(zhǎng)（或縮短）的長(zhǎng)度成正比。2.表達(dá)式：F=kx3.x為彈簧的形變量，是彈簧伸長(zhǎng)（或縮短）的長(zhǎng)度。k叫勁度系數(shù)。在國(guó)際單位制中，k的單位是N/m4.勁度系數(shù)k跟彈簧的材料、粗細(xì)、長(zhǎng)度等有關(guān)，是彈簧本身特性，與F、x無(wú)關(guān)。勁度系數(shù)反映了彈簧的“軟”、“硬”程度，大小由彈簧本身的性質(zhì)決定，小練：一根輕質(zhì)彈簧，當(dāng)受到一個(gè)大小為16N的拉力作用時(shí)，該彈簧的伸長(zhǎng)量是4cm。該彈簧的勁度系數(shù)是多大？如果彈簧的原長(zhǎng)是10cm，當(dāng)受到8N的壓力時(shí)，該彈簧將縮短到多少厘米？解：F1=16N，x1=4cm=4×10-2m，L0=10cm，F(xiàn)2=8N(1)根據(jù)胡克定律：F1=kx1可得k=F1/x1=16/(4×10-2)N/m=400N/m(2)根據(jù)胡克定律：F2=kx2可得x2=F2/k=8/40