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《探究彈力和彈簧伸長的關系》教學設計
【課題分析】
在學生學習了彈力后,知道彈力是一種最基本的性質(zhì)力,是摩擦力產(chǎn)生的前提和基礎。彈力同時也是物體受力分析中最重要的一種力。彈力來源于形變:“彈力的大小跟形變的大小有關系,形變越大,彈力也越大,形變消失,彈力就隨著消失”(高一物理必修)。但彈力與形變究竟有何關系,人教版高中物理課本只給出了定性的關系,原因是彈力與形變關系比較復雜。為了降低難度,減小知識的跨越臺階,課程設置為探究性學習,且只研究彈力與彈簧伸長形變的定量關系。
本節(jié)課的教學內(nèi)容新穎,形式比較生動,有講解,有實驗,有板演,有討論,有歸納,
2、有練習,可以上成一堂比較典型的探究性實驗教學課。我們改變課堂視角,在培養(yǎng)學生科學研究方法的教育中作了一些探索,讓學生重走科學家的探索之路,體味科學家的探索精神。
【教學目標】
1、加深彈力和形變關系的理解,知道彈力產(chǎn)生的條件;
2、通過實驗得到彈力與彈簧伸長量的關系;
3、學習本課題所用的科學方法;
4、培養(yǎng)學生的探索精神和團隊協(xié)作精神,激發(fā)學生的求知欲;
5、提高學生分析、解決實際問題的能力,并體驗成功的愉悅。
【教學重點】
彈簧的彈力與彈簧伸長量的關系。
【教學難點】
實驗數(shù)據(jù)的處理方法。
【教學方法】
實驗法、談話法
3、。
【課前準備】
教師準備:(彈簧秤、鉤碼、直尺、鐵架臺)12套、CAI課件、多媒體展臺。
學生準備:三角板、筆、草稿紙。
【教學地點】
物理多媒體實驗室。
【課時安排】
1課時。
【教學過程】
一、復習知識并引入課題
師:[多媒體展示]1、什么是彈力?彈力的方向如何?舉例說明。
2、彈力產(chǎn)生的條件是什么?
3、什么叫形變及彈性形變?
生:回憶并作答。
師:根據(jù)學生回答糾正總結,并用多媒體展示答案。
1、發(fā)生形變的物體,由于要恢復原狀,對跟它接觸的物體會
4、產(chǎn)生力的作用,這種力叫彈力。
例如:放在水平桌面上的書受到桌面對書的彈力,彈力的方向垂直桌面指向書;而桌面受到的彈力方向垂直桌面向下。
掛在電線下面的電燈,受到電線對電燈的彈力,彈力的方向沿著繩而指向繩收縮的方向。
2、彈力產(chǎn)生的條件是:兩物體相互接觸且發(fā)生彈性形變。
3、物體的形狀或體積的改變叫做形變;當物體發(fā)生形變時,如果撤消外力,物體又能恢復原狀,這種形變叫彈性形變。
師:[在投影上展示]用手拉彈簧,彈簧會伸長,用力越大,彈簧伸長也越大,手放開彈簧,彈簧立即恢復原狀。請同學們分析演示的實驗原理。
生:……
師:分析并設
5、問
彈簧受到拉力會伸長,且平衡時彈簧受到的彈力和外力大小相等,彈簧的伸長越大,彈力也就越大??梢姡荷扉L(原因)→發(fā)生形變(原因)→彈力。那么彈力和伸長量之間有什么定量關系呢?本節(jié)課同學們通過實驗來探究這個關系。
二、實驗探究
師:[多媒體投影思考題]
1、采用什么方法給彈簧施力?
2、彈力的大小如何確定?
3、需要測量那些數(shù)據(jù)?如何記錄數(shù)據(jù)?
4、彈簧能否被過分拉伸?
5、什么是彈簧的伸長量?用什么測量?
師:將學生前后兩桌四人一組,閱讀課文并討論問題,形成統(tǒng)一答案寫在草稿紙上,準備派代表回答。
6、 生:閱讀課文并積極討論。
師:在實驗室巡視,并詢問情況。
……
師:請學生逐一回答……
師生共同總結:
1、用懸掛鉤碼的方法給彈簧施加拉力;
2、根據(jù)二力平衡條件,當鉤碼平衡時,彈簧產(chǎn)生的彈力和鉤碼的重力大小相等。
3、實驗需要測量的數(shù)據(jù)有:彈簧的原長和每次所掛鉤碼對應的彈簧的長度。數(shù)據(jù)可用表格記錄,也可用有序實數(shù)對記錄。
4、加在彈簧上的拉力不能太大,以免彈簧被過分拉伸,超出它的彈性限度。
5、用直尺測量彈簧掛鉤碼時的長度與未掛鉤碼時的長度之差,就是彈簧的伸長量,
師:將儀器發(fā)給學生,每4人
7、一套。
生:學生討論并得到實驗方法:
將彈簧上端固定在鐵架臺的支架上,下端掛上鉤碼靜止時,彈力大小等于重物受的重力,以此測量彈力的大小F,從固定于豎直支架上的刻度尺上測出懸掛重物時彈簧的伸長量x(或總長度)。
生:學生實驗,并列表記錄實驗數(shù)據(jù)。
師:在實驗室巡視,檢查并指點,讓學生進一步思考。抽查學生統(tǒng)計的表格(可能有多種表格),并在實驗展臺上展示。然后給出參考表格如下:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
x
x0
x1
x2
Δx
0
Δx1
Δx2
8、
m
0
m1
m2
F
0
F1
F2
引導學生將表格中數(shù)據(jù)轉化為有序實數(shù)對:(F,Δx)
1、(F1,Δx1) 2、(F2,Δx2)3、(F3,Δx3)……
有利于學生利用數(shù)學知識,在F -Δx直角坐標系中描點。
師:根據(jù)學生設計表格中測量的數(shù)據(jù),示范數(shù)據(jù)的處理方法。
[多媒體展示]示范圖形:
1、以彈力為縱坐標,彈簧的伸長為橫坐標,建立平面直角坐標系;
2、根據(jù)所測數(shù)據(jù),在坐標紙上描點;
3、按照圖中各點的分布與走向,嘗試作出
9、一條平滑的曲線(含直線),所畫的點不一定正好在這條曲線上,但要注意使曲線兩側的點數(shù)大致相同。
生:學生處理數(shù)據(jù)……
師:抽查學生數(shù)據(jù)處理情況,抽調(diào)幾張結果在多媒體上展示,并進行點評,好的給予肯定,差的進行修改和鼓勵。
師:1、根據(jù)F—Δx圖象,猜測F—Δx的函數(shù)關系;
2、函數(shù)關系式中常數(shù)的單位如何?常數(shù)由圖象中的什么決定?
生:討論并回答。
師:[投影展示]1、根據(jù)圖象猜測得到函數(shù):F=kx;
2、函數(shù)表達式中常數(shù)的單位是:牛/米(N/m),該常數(shù)叫勁度系數(shù)。
三、根據(jù)實驗總結
師:根據(jù)實驗過程,歸納總
10、結實驗步驟。
生:學生歸納總結在草稿紙上。
師:[多媒體展示]幾組學生的歸納總結
1、測量彈簧的伸長(或總長),及所受的拉力(或所掛鉤碼的質(zhì)量),列表作出記錄,要盡可能多測幾組數(shù)據(jù);
2、將記錄數(shù)據(jù)轉化為有序實數(shù)對;
3、以力為縱坐標,彈簧的伸長為橫坐標,根據(jù)所測數(shù)據(jù)在坐標紙上描點;
4、按照圖中各點的分布和走向,試作出一條平滑的曲線(包括直線)。把各點連接起來,盡可能讓更多的點落到曲線上,不能落到曲線上的點應大致對稱分布在曲線兩測。
5、以彈簧伸長為自變量,寫出曲線所代表的函數(shù)。
師:歸納實驗結論。
生
11、:在彈性限度內(nèi),彈簧彈力的大小F與彈簧伸長的長度Δx成正比。
四、實驗拓展
師:同學們,前面我們探究了彈力和彈簧伸長的關系,并得到了結論,如果彈簧被壓縮,則彈簧的彈力與彈簧壓縮的長度之間又有什么關系呢?
生:學生探索實驗……
總結得到:在彈性限度內(nèi),彈簧彈力的大小F與彈簧壓縮的長度Δx成正比。
五、例題分析
師:[多媒體展示]題目:由實驗測得某彈簧的長度L和彈力的關系如圖所示,求:
?。?)該彈簧的原長為多少?
?。?)勁度系數(shù)為多少?
生:學生思考并表述觀點。
師:[多媒體給出解答過程]解
12、:彈簧不產(chǎn)生彈力時的長度等于原長,由圖可知該彈簧原長為L0=15cm。
據(jù)勁度系數(shù)的定義:
由圖線可知,該彈簧伸長Δx=(25cm-15cm)=10cm時,彈力ΔF=50N,所以N/m=500N/m。
六、課堂練習(潛能開發(fā),思維上升)
師:[多媒體]先出示題目,待學生做完后,再出示答案。
例:某同學在探索彈力和彈簧伸長的關系時,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在圖上畫出了a、b、c、d四個坐標點。
?。?)根據(jù)a、b、c、d四個坐標點,畫出F—Δx圖線;
(2)由圖線,若彈簧原長50cm,要使彈簧伸長到75cm,需要多大拉力(仍在彈性限
13、度內(nèi))?
分析與解答:(1)見圖,判斷四個坐標點基本在一直線上,使它們均勻分布在直線兩側,這樣可以減小偶然誤差。
(2)本題k=600/20(N/cm)=30N/cm,根據(jù)F=kΔL,得到拉力F=30(75-50)N=750N。
七、家庭鞏固練習
1、實驗表明:彈簧彈力f的大小與彈簧的形變量x有如下關系f=kx,下列說法正確的是( )
A.式中的k反映了某個具體彈簧的一種性質(zhì)
B.k與彈簧所受外力大小成正比
C.x是彈簧伸長或縮短后的長度
D.把某彈簧一分兩段,k的大小減小一半
2、有三根完全相同的彈簧
14、,原長為10cm,每根彈簧掛重物G后,彈簧伸長都是1cm。現(xiàn)把三根彈簧依次串接成一條長彈簧,再掛上重物G,則三條彈簧的總長是( ?。?
A.31cm
B.33cm
C.36cm
D.30.3cm
3、一根輕彈簧,上端固定,下端懸掛重量為G的物體,彈簧長度為L1,如彈簧下端固定,上端放同一重物,彈簧長度為L2,該彈簧自然長度為 ,勁度系數(shù)為 。
4、一個彈簧秤,由于原彈簧損壞,換了一個新彈簧。經(jīng)測試,不掛重物時,示數(shù)為2N,掛100N的重物時,示數(shù)為92N,那么,當讀數(shù)為20N時,所掛重物的實際重量是 。
【教學說明】
15、 本課內(nèi)容單純,最終歸結為胡克定律:F=kx。若強迫學生記憶,并加以訓練,應對考試,98%的學生是能掌握的,同時還能省一個教學課時。但在中學物理教學中,應對教材進行思想性發(fā)掘。對學生進行物理科學研究方法,培養(yǎng)實驗研究,理論探索興趣,獻身科學事業(yè)等多方面教育。這些教育應滲透在具體課堂教學中。探究彈力與彈簧伸長的關系的教學,不僅僅注重與學生用F=kx解決問題的能力的培養(yǎng),而且更注重對學生進行物理科學研究方法的熏陶。在本節(jié)課的教學中突出了一條研究物理科學的一般方法:“觀察現(xiàn)象、初步分析→實驗研究→猜測→得出規(guī)律→重復實驗、檢驗結論。”
這種在具體知識教學的同時,進行的科學方法教育,使學生領
16、會研究物理規(guī)律的一般方法,其重要性不亞于具體物理知識的學習,因為它對學生來說是終生受益的。
參考資料:
[1]《關于物理文化對話》姜水根北京科學出版社2002
[2]《志鴻優(yōu)化設計》任志鴻 海南南方出版社 2004
[3]《教材精析精練》丁堯堅姜啟時北京人民教育出版社延邊教育出版社2002
[4]全日制普通高級中學(必修)《物理》第一冊 人民教育出版社
[5]《中國中學教學百科全書》(物理卷)閻金鋒 沈陽出版社 1990
第 13 頁 共 13 頁 金太陽新課標資源網(wǎng)