第2节 科学探究：弹力（表格式教学设计）物理鲁科版2019必修第一册

本文围绕“科学探究：弹力”展开，介绍弹力产生条件、特点及胡克定律等核心知识，承接初中力学基础，为后续力学学习奠基。通过实验探究、例题练习等环节，培养学生物理观念、科学思维、科学探究及科学态度与责任等核心素养。 该设计以魔术引入激发兴趣，采用分组实验、案例分析等教法。既提升学生探究与思维能力，又为教师提供清晰授课路径，有效突破弹力方向判断等教学难点。

第2节 科学探究：弹力（教学设计） 年级 高一年级 学科 物理 教师 课题 第2节 科学探究：弹力 教学 目标 物理观念 学生理解弹力的产生条件及特点，建立对弹性形变与弹力关系的基本物理观念。 科学思维 通过分析弹力现象，培养用归纳法推导弹力规律的科学思维能力。 科学探究 设计实验探究弹力与形变关系，尝试改进实验方案，提升探究创新能力。 科学态度 与责任 体验探究过程，培养严谨记录数据的态度，增强应用弹力知识的责任感。 教学重难点 教学重点： 理解弹力产生条件及特点，掌握胡克定律的内容及应用。 教学难点： 判断弹力的方向及探究弹力与形变关系的实验分析。 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 魔术“消失的丝巾 ” 提出问题：消失的丝巾去哪里了？能否用物 理语言解释？ 观察现象，发现丝巾消失，取而代之的是一根直棒，引发思考。 新课讲授 一、形变 当我们使劲折的时候，臂力器弯曲了，就说他发生了形变， 力作用在物体上可以使物体发生形变，那什么是形变呢？ 我们观察几组形变，看形变都有哪些特点，请右边的同学做以下几组实验，左边同学认真观察，并将结果记录在表格当中。 通过这些实验，我们可以得到怎样的结论呢？ 物体如果形变过大，超过一定限度，将会不能恢复原状，这个限度叫弹性限度。 在最后两组实验中，物体的形变并不明显，这种形变称为微小形变，微小形变我们可以通过间接放大的方法来观察。 实验演示用玻璃瓶和细管组合观察瓶子的微小形变、用激光和铁架台组合观察桌子的微小形变。 两人一组进行实验 认真观察老师演示实验，体会微小形变确实存在 新课讲授 二、弹力 1、弹力的概念： 我们让一个皮筋发生形变，然后把外力撤掉，会看到什么现象？ 如果在恢复过程中给皮筋连接一个物体，我们又会看到什么？ 物理学中我们把这种力称为弹力。对于弹力的概念，课本中有明确的概念，请同学们阅读课本中弹力的概念。 2、弹力产生的条件： 对于弹力的概念，我们一起来仔细的分析下，文中哪个物体是施力物体、哪个物体是受力物体、弹力产生要满足哪些条件？ 生活中，放在桌子上的书和桌子之间的压力和支持力，绳子拉物体的力，他们其实都是弹力，还有很多中常见的力其本质都属一弹力。 3、弹力的三要素 ①作用点 把手按在桌面上，弹力作用在什么位置呢？绳子拉物理，弹力又作用在什么位置？ ②方向 给出常见的两组情景，结合老师所提供的仪器，一起来探究弹力的方向，并把探究结果记录在表格当中。 通过分析表格，同学们能归纳出弹力的方向吗？ 总结常见的弹力的方向 Ⅰ：接触面弹力方向：垂直于接触面指向受力物体 Ⅱ：绳子的张力方向：沿绳收缩的方向 【例题1】如图所示，四种情境中物体A均处于静止状态，它与外界的接触面（点）均光滑（其中D图中O点为球心）。下列选项中物体A所受弹力示意图正确的是（　　） A．   B．     C．   D．   【答案】A 【详解】A．A球受到墙的弹力F1，方向垂直于墙壁向右；斜面的支持力F2，方向垂直于斜面向上，故A正确； B．F2方向不对，应通过球心，故B错误； C．F1方向应垂直于墙壁向右，故C错误； D．A球只受到水平面的弹力F1，右侧的球对A没有弹力，否则A球将向左运动，与实际情况不符，故D错误。 故选A。 针对训练1如图所示，球A在光滑斜面上，被竖直挡板挡住而处于静止状态，关于球A所受的弹力，以下说法正确的是（　　） A．球A仅受一个弹力作用，弹力的方向垂直斜面向上 B．球A受两个弹力作用，一个水平向右，一个垂直斜面向上 C．球A受两个弹力作用，一个由挡板的向右的形变而产生的，一个由斜面的垂直斜面向上的形变而产生的 D．球A受三个弹力作用，一个水平向右，一个垂直斜面向上，一个竖直向下 【答案】B 【详解】小球处于静止状态，对挡板和斜面接触挤压，挡板和斜面都产生弹性形变，它们对小球产生弹力，弹力的方向垂直于接触面，所以挡板对小球的弹力方向水平向右，斜面对小球的弹力方向垂直于斜面向上，故小球受两个弹力：一个水平向右，一个垂直斜面向上。一个由挡板的向左的形变而产生的，一个由斜面的垂直斜面向下的形变而产生的。 故选B。 我们通过几道练习，加深对弹力方向的理解。 在学生完成【例题1】针对训练1后在展台展示个别学生的完成情况并做出以下强调： Ⅰ：画受力示意图时一定要先确定好受力物体和施力物体 Ⅱ：当受力垂直于接触面时画上垂直符号 ③大小 弹力的大小跟形变的大小有关系，形变越大，弹力越大。弹力和形变的定量关系一般来讲比较复杂，而弹簧的弹力一弹簧的伸长量或压缩量的关系比较简单，今天我们就通过实验探究弹簧的弹力和形变量的关系。 器材：弹簧、50g规格的钩码、刻度尺、铁架台 步骤： 1、将弹簧的一端挂在铁架台上，让其自然下垂，用刻度尺测出 弹簧自然伸长状态 时的长度，即原长 2、在弹簧下端挂质量为50g的钩码，测出此时弹簧的长度，记录数据 3、改变所挂钩码的个数，测出对应的弹簧长度，记录钩码个数和相应的弹簧长度 4、计算出每次弹簧的伸长量x和弹簧受到的拉力，并将数据填入表格. 通过分析图象，同学们能得到什么样的结论呢。 这个规律最早是英国科学家胡克发现的，叫做胡克定律。 【例题2】如图甲所示，轻质弹簧的左端与固定在墙上的拉力传感器连接，在右端拉力T的作用下从原长开始沿水平方向缓慢伸长，通过刻度尺可以读出弹簧的总长l，通过拉力传感器可以读出弹簧的弹力F，作出F－l图像如图乙所示。弹簧与水平面不接触，下列说法正确的是（　　） A．弹簧的劲度系数为 B．弹簧的原长为 C．传感器对弹簧的作用力大小与弹簧对传感器的作用力大小相等 D．F－l图像中图线明显变弯曲的原因可能是超出了弹簧的弹性限度 【答案】ACD 【详解】A．令原长为，根据胡克定律有 根据图乙可知 故A正确； B．结合上述，当F等于时，横坐标等于，解得 故B错误； C．传感器对弹簧的作用力与弹簧对传感器的作用力为一对相互作用力，可知传感器对弹簧的作用力大小与弹簧对传感器的作用力大小相等，故C正确； D．根据上述可知，F与l成线性关系，在弹性限度之内，图像是一条倾斜的直线，图中F－l图像中图线明显变弯曲的原因可能是超出了弹簧的弹性限度，故D正确。 故选ACD。 针对训练2 某同学在做探究弹力和弹簧伸长的关系的实验中，设计了如图甲所示的实验装置． (1)关于本实验操作，下列说法正确的是________（填正确答案标号）； A．悬挂钩码后立即读数 B．钩码的数量可以任意增减 C．测弹簧原长时，需将弹簧放置在水平桌面上测量 D．实验中，必须使刻度尺保持竖直状态 (2)实验中，某同学以弹簧弹力F为纵轴、弹簧长度l为横轴建立坐标系，依据实验数据作出图像如图所示，由图线可得出该弹簧的原长为 ，弹簧的劲度系数为 （劲度系数计算结果保留分式）； (3)若实验中刻度尺没有完全竖直，而读数时视线保持水平，则由实验数据得到的弹簧劲度系数将 （选填“偏大”“偏小”或“不受影响”）． 【答案】(1)D；(2) 0.5 ；(3)偏小 【详解】（1）A．悬挂钩码后，应让钩码稳定后处于平衡状态时读数，不能悬挂钩码后立即读数，故A错误； B．实验时弹簧应在弹性限度内，弹簧不能超过弹性限度，钩码个数不能太多，故钩码的数量不可以任意增减，故B错误； C．在测量弹簧原长时，应将弹簧竖直放置时测量长度，减小自重带来的影响，故C错误； D．安装刻度尺时，必须使刻度尺保持竖直状态，故D正确。 故选D。 （2）[1]由图乙所示图像可知，弹簧弹力为零时，弹簧的长度为0.5cm，则该弹簧的原长为0.5cm； [2]结合图乙，根据胡克定律，可得弹簧的劲度系数 （3）刻度尺没有完全竖直，而读数时视线保持水平，则弹簧长度的测量值偏大，导致弹簧的劲度系数的测量值小于真实值，即实验所测劲度系数偏小。 回答：会恢复原状。 回答：弹簧会给物体一个力 认真归纳总结弹力概念中包含的弹力产生的条件： ①接触 ②弹性形变 两人一组进行实验，用老师提供的装置探究弹力的方向 分组根据老师提供的器材进行实验步骤的设计和实验数据的记录，并将结果记录到表格当中。最后根据表格数据画出对应的F-x图象，得到最后的结论 课 堂 练 习 课 堂 练 习 1.体育课上一学生将足球踢向斜台，如图所示。下列关于足球与斜台作用时，斜台对足球的弹力方向的说法中正确的是（　　） A．沿的方向 B．沿的方向 C．先沿的方向后沿的方向 D．沿垂直于斜台的方向 【答案】D 【解析】点面接触时，弹力方向垂直于接触面，指向受力物体即垂直斜台指向足球，所以足球受到沿垂直于斜台斜向左上方的弹力，D正确。故选D。 2.如图为有机玻璃发生微小形变的示意图，竖直的三角形有机玻璃压在水平的平板玻璃上，当特殊的光线通过有机玻璃不同部位时，产生的花纹会发生变化。下列说法正确的是（　　） A．因为发生了形变，所以对有压力作用 B．因为发生了形变，所以对有支持力作用 C．因为发生了形变，所以对有压力作用 D．因为发生了形变，所以对有支持力作用 【答案】BC 【解析】AB．根据弹力产生条件可知，由于Q发生了形变，则Q对P有支持力作用，故A错误，B正确； CD．由于P发生了形变，则P对Q有压力，故C正确，D错误。 故选BC。 3.某实验小组采用如图所示的装置探究在弹性限度内两根不同弹簧a和b的弹力和弹簧伸长量的关系，得到弹簧弹力F随弹簧伸长量x变化的图像如图所示。下列说法正确的是（　　） A．弹簧a的原长一定和b相同 B．弹簧a的劲度系数一定比弹簧b的小 C．弹簧a的自重一定比弹簧b的大 D．挂上同样的重物，弹簧a的形变量大 【答案】C 【解析】由题中已知条件无法推算弹簧的原长，故无法判断两个弹簧原长是否相同，故A错误；弹簧弹力随弹簧伸长量x的变化图像中，斜率表示弹簧劲度系数，由图可知，弹簧a的劲度系数一定大于弹簧b的劲度系数，故B错误；横截距是拉力F为零时，弹簧的伸长量，即弹簧在自身重力作用下的伸长量，弹簧a的劲度系数比弹簧b的大，两个弹簧在自重作用下伸长量相同，所以弹簧a的自重一定比弹簧b的大，挂上同样的重物，弹簧b的形变量大，故C正确，D错误。故选C。 4.如图所示，一小球Q固定在一直杆P上处于静止状态，则关于小球受力说法正确的是（　　） A．小球受到杆的力一定沿1（竖直）方向 B．小球受到杆的力可能沿2（沿杆）方向 C．小球受到杆的力可能沿3（水平）方向 D．因为直杆不能形变，所以小球所受弹力是小球形变产生的 【答案】A 【详解】ABC．小球处于静止状态，则小球受到杆的力一定沿1（竖直）方向，与重力平衡，故A正确、BC错误； D．小球所受弹力的施力物体是杆，该弹力是杆的形变产生的，故D错误。 故选A 。 5.两人进行击地传球，如图所示，一人将球传给另一人的过程中，在球碰到水平地面反弹瞬间，下列说法正确的是（　　） A．地面对篮球的弹力方向斜向右上方 B．篮球对地面的弹力方向竖直向上 C．地面受到篮球的弹力是由于篮球发生了形变而产生的 D．地面受到篮球的弹力小于篮球受到地面的弹力 【答案】C 【详解】AB．根据弹力垂直接触面可知，水平地面对篮球的弹力方向竖直向上，篮球对水平地面的弹力方向竖直向下，故AB错误； C．地面受到篮球的弹力的施力物体是篮球，故是由于篮球发生了形变而产生的，故C正确； D．地面受到篮球的弹力和篮球受到地面的弹力是一对作用力与反作用力，大小相等方向相反；故D错误。 故选C。 6.实验室常用的弹簧秤结构如图甲所示，弹簧的一端与连接有挂钩的拉杆相连，另一端固定在外壳上的O点，外壳上固定一个圆环，整个外壳重为1N，弹簧和拉杆的质量忽略不计。现将两弹簧秤以如图乙方式悬挂起来，下端挂一重为1N的钩码，则稳定后上、下两弹簧秤的读数分别为（　　）（不计一切摩擦） A．2N，2N B．2N，3N C．3N，2N D．3N，3N 【答案】A 【解析】上面弹簧的读数等于重物的重力与下面弹簧秤的重力之和，即2N；下面弹簧的读数也等于重物的重力与下面弹簧秤的重力之和，即2N。 故选A。 7.一个实验小组在“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验中，使用两条不同的轻质弹簧a和b，得到弹簧弹力与弹簧长度的图像如图所示。由图像可知（　　） A．弹簧a的原长比b的长 B．两根弹簧弹力均与弹簧的长度成正比 C．弹簧伸长量相同时，弹簧a受到的力比b的大 D．施加相同大小的力，弹簧a的形变量比b的大 【答案】C 【解析】A．在图像中，与横轴的交点即为弹簧的原长，由图可知，弹簧a的原长比b的短，A错误； B．由图可知，在弹性限度内，弹簧的弹力与弹簧的形变量成正比，B错误； C．在图像中，图像的斜率为弹簧的劲度系数，由图可知弹簧a的劲度系数大于弹簧b的劲度系数，故弹簧伸长量相同时，弹簧a受到的力比b的大，C正确； D．根据上述分析可知，施加相同大小的力，弹簧a的形变量比b的小，D错误。 故选C。 8.（2025·四川·高考真题）某学习小组利用生活中常见物品开展“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验。已知水的密度为1.0×103kg/m3，当地重力加速度为9.8m/s2。实验过程如下： （1）将两根细绳分别系在弹簧两端，将其平放在较光滑的水平桌面上，让其中一个系绳点与刻度尺零刻度线对齐，另一个系绳点对应的刻度如图1所示，可得弹簧原长为 cm。 （2）将弹簧一端细绳系到墙上挂钩，另一端细绳跨过固定在桌面边缘的光滑金属杆后，系一个空的小桶。使弹簧和桌面上方的细绳均与桌面平行，如图2所示。 （3）用带有刻度的杯子量取50mL水，缓慢加到小桶里，待弹簧稳定后，测量两系绳点之间的弹簧长度并记录数据。按此步骤操作6次。 （4）以小桶中水的体积V为横坐标，弹簧伸长量x为纵坐标，根据实验数据拟合成如图3所示直线，其斜率为200m−2。由此可得该弹簧的劲度系数为 N/m（结果保留2位有效数字）。 （5）图3中直线的截距为0.0056m，可得所用小桶质量为 kg（结果保留2位有效数字）。 【答案】 13.14/13.15 49 0.028 【详解】（1）[1]该刻度尺的分度值为0.1cm，应估读到分度值的后一位，故弹簧原长为13.14cm （4）[2]由胡克定律可知 化简可得 由图像可知 代入数据解得该弹簧的劲度系数为 （5）[3]由图可知 代入数据可得所用小桶质量为 板 书 设 计 科学探究：弹力 1、 形变 1.弹性形变 2.范性形变 二、弹力 1.产生条件 2.方向 三、胡克定律 1.探究弹簧弹力与伸长量关系 2.胡克定律 课 堂 小 结 作 业 布置 1.‌分组完成教材"探究弹簧弹力与形变量关系"实验，记录数据并绘制F-x图像，用50字总结结论（需附实验照片或手绘示意图）。‌ 2.观察家中3种利用弹力原理的物品（如圆珠笔、弹簧秤等），用表格对比其形变类型（弹性/塑性）及弹力作用效果。‌ 3.设计一个简易弹力装置方案（如橡皮筋动力车），用示意图配文字说明其工作原理（100字以内）。 教学反思 以弹簧、橡皮筋等实例引入弹力，结合学生动手体验，多数能理解弹力产生条件。但对“弹性形变”与“塑性形变”的区分，部分学生易混淆，需补充对比案例。胡克定律探究实验，学生操作积极，但数据处理和图像分析能力不足，应提前铺垫坐标系应用。弹力方向判断是难点，虽用示意图分析，仍有学生出错，可增加实物模拟（如斜面物体受力）。课堂节奏稍快，需预留更多思考时间，让学生充分消化重难点。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$