3.2 科学探究：弹力 课件-2025-2026学年高一上学期物理鲁科版必修第一册

该高中物理课件围绕“弹力”主题，系统涵盖形变分类（弹性、范性形变）、弹力产生条件（接触、弹性形变）、方向规律及胡克定律，通过运动员跳高问题导入，结合“体验一”动手操作、“探究一”小车实验等活动，构建从现象观察到概念建构再到规律总结的学习脉络。 其亮点在于以科学探究为主线，通过“玻璃瓶微小形变放大”培养科学思维，“弹簧弹力实验”强化数据处理能力，结合实例分析（皮球压力、绳拉力）深化物理观念。为教师提供结构化实验方案，助力学生提升探究能力与知识应用能力。

第三章 第2节科学探究：弹力 问题：（1）什么力帮助运动员跳的更高？ （2）蹦床跳板对运动员施力时，发生了什么变化？ 同学们，上课开始我们首先带着屏幕上的两个问题来观看一段视频。 通过视频，我们来思考一下，什么力帮助运动员跳的更高呢？（弹力） 我们进一步观察，蹦床跳板在对运动员施加弹力的过程中，有什么变化呢？（同学1回答） 回答的非常好。我们把物体发生的伸长、缩短、弯曲等变化称为形变。（下一页） 一、形变 体验一： 请同学们对桌上的器材（弹簧、海绵、橡皮泥等）施力观察其形变,寻找撤去外力后形变的不同点？ 我们把物体发生的伸长、缩短、弯曲等变化称为形变。 同学们，蹦床跳板对运动员施加弹力的过程发生了形变，那么是不是弹力的产生过程中一定都伴随着形变呢？ 接下来我们一起来体验一下，请同学们对桌上的器材施力观察其形变,寻找撤去外力后形变的不同点？现在开始。 哪位同学说一下你发现了什么？（学生A回答） 回答的非常好。 我们把物体发生的伸长、缩短、弯曲等变化称为形变。 2.弹性限度 弹性形变：撤去外力后能恢复原状的形变。（弹性体） ｛ 1.分类 范性形变：撤去外力后不能恢复原状的形变。 一、形变 像弹簧、橡皮筋、海绵发生形变，撤去外力后能恢复原状，这种形变称为弹性形变，发生弹性形变的物体我们称为弹性体。像橡皮泥、铁丝，发生形变后撤去外力不能恢复原来的形状，这种形变称为范性形变。 同学们想一下 ，弹簧的弹性形变可以无限增大吗？ 我们来演示一下。 演示：我们轻拉弹簧，松手，弹簧可以恢复原状么？ 可以； 力量稍微大一些，还可以么？还可以； 如果我们给足够大的力，弹簧还能恢复原状么？ 不能了。 为什么呢？ 超过了弹簧的弹性限度，所以今后我们在使用弹簧的时候要注意不要超出其弹性限度。 探究一：弹力的产生 小车接触并挤压弹簧 弹簧发生弹性形变 弹簧对车有力的作用 要恢复原状 在两轨道末端放置等长的弹簧和橡皮泥，用小车挤压两者，使之发生形变，按压之后松手，同学们观察两小车运动情况。 刚才我们了解了形变分类，那么弹力的产生与形变有什么关系呢？接下来我们继续探究，在两个轨道上放置等长的弹簧和橡皮泥，用小车挤压两者，使之发生形变，撤去外力后，观察小车的运动情况。同学们注意观察。 同学们观察到了怎样的实验现象呢？ 为什么会出现这样的实验现象呢？ （B同学回答） 由此可见，只有发生弹性形变的物体，在恢复原状的过程中，会对与之接触的物体产生力的作用，这种力就是弹力。 根据以上体验，请同学们来给弹力下个定义吧，哪位同学来尝试一下。（C同学回答） 1、定义： 思考：根据定义，总结弹力产生的条件？ 2、条件：直接接触 发生弹性形变 实例分析：软尺上放一物块，分析物块受到的支持力是怎样产生的？ 软尺向下发生弹性形变 要恢复原状方向 对物块产生支持力 相互接触的物体发生弹性形变时，由于物体要恢复原状， 物体会对与它接触的另一物体产生力的作用，这种力称为弹力。 二、弹力 通过刚才的体验，我们得出了弹力的定义。根据定义，哪位同学可以来总结一下弹力的产生条件呢？（D同学回答） 接下来我们通过一个实例来分析一下，我们在软尺上面放一物块，哪位同学能描述一下物块受到的支持力是怎样产生的？（F同学回答）非常好，请坐。 如果我们把物块放到桌面上，物块受不受到桌面的支持力呢？(受）。桌面的支持力是如何产生的呢？桌面有没有发生形变呢？ 我们看到了么?（没有看到） 没有看到。 是因为没有形变？还是因为发生的形变太小了我们看不到呢？ 二、弹力 探究二：桌面支持力怎样产生的？ 接下来我们用光学放大思想来探究桌面是否发生形变。我们在桌面上放置光源、平面镜，当桌面发生形变时，桌面上的平面镜就会发生倾斜，光的入射角、反射角随之变化，一个微小角度的变化，只要角的边长足够长，光线末端点的移动距离就会很明显。 现在打开老师激光电源，同学们注意看，光点打到这个位置。 现在我们将物块放在桌面上，光点有没有发生移动呢？ 光点移动说明了什么？（说明桌面确实发生了形变） 探究二：桌面支持力怎样产生的？ 结论：桌面发生弹性形变，对物体产生支持力 探究三：观察玻璃瓶的形变 结论：玻璃瓶发生弹性形变 物体给另一物体施加弹力时，虽然有一些形变我们眼睛无法直接观察到，但弹力产生过程一定伴随着弹性形变。 微小信号放大思想 二、弹力 接下来同学们看这里，老师用手挤压硬玻璃瓶，玻璃瓶有没有发生形变呢？同学们现在的回答严谨多了。 瓶子里装有水，如果瓶子发生形变，瓶内的容积就会发生変化，瓶内液面的高度也会随之改变； 现在老师来挤压瓶子，同学观察到液面高度变化了么？（没有） 哪位同学可以想想办法，让我们能更清晰更直观的观察到瓶内液面的高度变化呢？（G同学回答） 很棒，好请坐。这位同学想到了放大的方法。接下来我们利用这位同学的方法，老师来演示一下。（投屏） 现在老师用力捏瓶子，同学们观察到什么现象？（液面上升） 现在老师撤去外力，又有什么现象呢？（液面回复） 这说明瓶子发生了什么形变？（弹性形变） 通过这两个例子可知，物体给别的物体施加弹力时，虽然有一些形变我们眼睛无法直接观察到，但弹力的产生过程中一定伴随着弹性形变。 同时我们也学习了一种微小信号放大的思想，这也是我们研究物理问题时常用的一种方法。 探究四：弹力方向 弹簧弹力方向：与弹簧形变方向相反，与弹簧恢复原状方向相同 体验并判断 压缩弹簧 拉伸弹簧 弹簧形变方向 恢复原状方向 弹簧弹力方向 请大家按压或拉伸弹簧，体验并判断弹簧对手的弹力方向， 完成下表： 向下 向上 向上 向上 向上 向下 二、弹力 现在同学们对弹力的产生过程，有了更进一步的了解。弹力是个矢量，接下来我们一起来探究弹力的方向。 请同学们按压和拉伸实验台上的弹簧，体验并判断弹力的方向，完成黑板上的表格。（30秒） 哪位同学可以来分析一下呢？（H同学回答） 非常好，请坐。 根据表格，我们能不能概括一下弹力方向和弹性形变方向的关系呢？（I同学回答） 弹力方向与弹簧形变方向相反，与弹簧恢复原状方向相同。 F拉 体验并判断 橡皮绳对物体拉力 橡皮绳形变方向 橡皮绳恢复原状方向 橡皮绳弹力方向 向下 向上 向上 二、弹力 F拉 体验二：请同学们用橡皮绳拉重物，观察并分析橡皮绳对重物拉力 的产生过程和方向。 初始状态 受力后 接下来我们来继续探究，请同学们用橡皮绳拉重物，体验橡皮绳上拉力的产生过程。并填写表格。（30秒） 哪位同学可以来分析一下？（J同学回答） 非常好，请坐。 F拉 总结：绳子产生拉力的方向 沿绳指向绳收缩的方向 体验二：请同学们用橡皮绳拉重物，观察并分析橡皮绳对重物拉力 的产生过程和方向。 二、弹力 F拉 橡皮绳的弹性形变比较明显，如果我们用细绳悬挂物体时，细绳也会发生微小形变，对物体产生指向绳收缩方向的拉力，如图所示。 由此我们可以得出，绳子产生的拉力方向总是沿绳并指向绳子收缩的方向。 施力物体 对物体压力 球底部形变方向 恢复原状方向 压力方向 垂直接触面向上 垂直接触面向下 垂直接触面向下 体验三：观察皮球压桌面时形状变化，分析皮球对桌面的压力 问题（1）桌面所受压力的施力物体是？ （2）分析桌面所受压力的产生过程及方向？ 二、弹力 皮球 接下来我们在继续体验皮球所产生的弹力，我们将皮球压在桌面上，分析皮球对桌面压力的产生过程，回答以下问题。现在开始。（30秒） 哪位同学可以来分析一下呢？（K同学回答） 回答的非常好，请坐。要注意形变方向和压力的方向是垂直于接触面。 二、弹力 体验三：观察皮球压斜面时形状变化，分析皮球对斜面的压力 刚才我们是将皮球放在平面上，如果我们将皮球放在斜面上，又会怎样呢？我们先来一起观察。（播放视频） 皮球对斜面的压力又是如何产生的呢？ 问题（3）分析皮球对斜面压力的产生过程及方向？ 施力物体：皮球 对物体压力 球底部形变方向 恢复原状方向 压力方向 垂直接触面向上 垂直接触面向下 垂直接触面向下 压力方向：垂直于接触面而指向被压的物体 二、弹力 体验三：观察皮球压斜面时形状变化，分析皮球对斜面的压力 哪位同学可以来分析一下？（L同学回答） 回答的非常好，请坐。由此我们可以得出，压力的方向是 总是垂直于接触面而指向被压的物体。 问题（1）木板所受支持力的施力物体是？ 体验四：观察皮球支撑木板时接触面上皮球形状变化，分析皮球 对木板的支持力 F拉 施力物体 对物体支持力 皮球形变方向 恢复原状方向 支持力方向 垂直接触面向下 垂直接触面向上 垂直接触面向上 皮球 （2）分析木板所受支持力的产生过程及方向？ 二、弹力 刚才我们利用皮球体验了压力的产生过程，接下来我们将一木板平放在皮球上，分析木板所受支持力是如何产生的呢？ 思考一下，回答以下问题。 哪位同学可以来帮我们分析一下？（M同学回答）。 非常好，请坐。 施力物体 斜面上对物体支持力 皮球形变方向 恢复原状方向 支持力方向 垂直接触面向下 垂直接触面向上 垂直接触面向上 问题（3）木板斜放时，分析木板所受支持力的产生过程及方向？ 皮球 支持力方向：垂直于接触面而指向被支持的物体 二、弹力 体验四：观察皮球支撑木板时接触面上皮球形状变化，分析皮球 对木板面的支持力 如果木板是倾斜的放在皮球上，那木板所受的支持力又是如何产生的呢，方向又如何呢？ 思考一下。哪位同学可以来分析一下？（N同学回答）。 非常好，请坐。 通过刚才的探究，我们可以得出，物体所受支持力的方向，总是垂直于接触面并指向被支持的物体。 根据表格总结：弹力方向与施力物体形变方向的关系 二、弹力 好，同学们，刚才我们分别借助弹簧、橡皮绳、皮球分析了拉力、压力和支持力的产生过程。现在我们将这几种情形放在一起，对比总结一下。弹力方向与施力物体形变方向有什么关系呢？ 思考一下，哪位同学？（O同学回答） 1、定义：相互接触的物体发生弹性形变时，由于物体要恢复原状，会对与它接触的另一物体产生力的作用，这种力称为弹力。 3、方向：与施力物体形变方向相反（与施力物体恢复原状方向相同） 作用点：在物体接触面或接触点上 2、条件： 直接接触 发生弹性形变 二、弹力 非常好，通过刚才的分析，我们得到了弹力的方向，与施力物体的形变方向相反（与施力物体恢复原状的方向相同）。 我们刚刚探究了弹力的方向，力的三要素是大小、方向、作用点，弹力的作用点在哪里呢？在物体接触面或接触点上 4、弹力的大小 F1 F2 （1）猜想：弹簧弹力的大小可能与哪些因素有关？ （2）实验探究：弹簧弹力的大小与伸长量的关系 二、弹力 接下来我们继续探究，弹力的大小与哪些因素有关呢？ 首先，请大家根据生活常识，猜想一下弹簧弹力的大小可能与哪些因素有关呢？（学生回答） 同学们说的都有道理，我们可以直观的感受到弹簧形变量的大小会直接影响弹簧弹力的大小。接下来我们来一起探究一下弹簧弹力与弹簧伸长量之间存在怎样的定量关系。 实验探究：弹簧弹力的大小与伸长量的关系 （1）实验需要测量哪些物理量？ （2）如何测量这些物理量？ 弹簧上弹力、弹簧的伸长量 给弹簧挂钩码，根据二力平衡，弹簧对钩码的弹力等于钩码的重力。 弹簧的伸长量：挂钩码后弹簧的长度减去未挂钩码时弹簧原长。 二、弹力 实验设计： 接下来，请同学们以小组为单位，思考讨论以下问题，现在开始。 哪位同学可以来解答一下？（P同学回答）非常好，请坐。 实验改进：弹簧伸长量如何测量？ 1 0 2 3 4 5 （1）弹簧未挂钩码，静止后指针处描点记作0； （2）挂一个钩码，静止后在弹簧指针处描点记作1； （3）然后不断的增加钩码个数，静止后依次在弹 簧指针处描点记作2,3,4…； （4）01,02,03…间的距离即为对应弹簧的伸长量； 二、弹力 我们在测量弹簧的伸长量时，是用挂上钩码后弹簧的长度 减去 未挂钩码时弹簧的原长。这样测量比较麻烦，我们能不能想办法直接测出弹簧的伸长量呢？ 我们进行这样的实验改进： 弹簧未挂钩码时，静止后指针处描点记作0； 挂一个钩码时，静止后在弹簧指针处描点记作1； 然后不断的增加钩码个数，静止后依次在弹簧指针处描点记作2,3,4…； 01,02,03…间的距离即为对应弹簧的伸长量； 这样我们便可以借助坐标纸上的刻度，直接读出弹簧的伸长量，从而简化了实验。 问题（3）怎样处理数据？ 实验探究：弹簧弹力的大小与伸长量的关系 列表计算分析 图像分析 二、弹力 在得到我们想要的实验数据后，我们又该如何来处理实验数据呢？我们可以利用列图表的方式来分析处理，将所得的实验数据填入表格，进而计算F和x的比值。 除了利用列图表的方法，我们还可以利用什么方法来进行实验数据处理呢？思考一下，哪位同学有新的思路呢？（Q同学回答） 非常好，请坐。 图像分析 以弹簧的伸长量为X轴，以弹簧弹力大小为Y轴建系 二、弹力 我们可以建立坐标系，以弹簧的伸长量为X轴，以弹簧弹力大小为Y轴，将实验数据在坐标系中描点作图，寻找规律。 接下来请同学们继续小组讨论，并整理出实验步骤。现在开始。（1~2分钟） 哪位可以来分享一下？（R同学回答） 实验探究：弹簧弹力的大小与伸长量的关系 实验步骤： （1）调整实验仪器，未挂钩码时弹簧指针正对零刻度线； （2）挂一个钩码，记录钩码个数和对应的弹簧弹力，钩码静止后在弹簧指针处描点记作1； （3）依次挂不同数量的钩码，并分别描点、记录钩码个数和弹簧弹力大小； （4）在F-x图像中描点画出弹力大小和伸长量的关系图像； （5）得出结论，尝试写出F-x表达式。 二、弹力 非常好，请坐。实验过程设计的非常详细。 注意事项： 1.操作中保持木板竖直，并防止弹簧、钩码与木板接触。 2.弹簧指针稳定后，再描点记录，并保持视线与指针处于同一水平线。 3.读数时应该保持视线正对刻度线，注意刻度尺量程和最小分度值。 4.不要超过弹簧的弹性限度。 二、弹力 在做实验之前，老师还要提醒大家几点注意事项： 1、操作中要保持木板竖直，防止弹簧、钩码与木板接触， 2、等到弹簧指针静止后再描点记录，并保持视线与指针处同一水平线 3、读数时应该保持视线正对刻度线，注意刻度尺 量程和最小分度值。 4、不要超过弹簧的弹性限度。 现在请同学们开始实验。 （4~5分钟） 拍照准备投屏。 好，同学们停一下。我们来展示一下同学们的实验结果；大家得到了一条过原点的倾斜的直线，这说明弹簧弹力和伸长量之间是什么关系呢？（正比） 实验探究：弹簧弹力的大小与伸长量的关系 实验步骤： （1）调整实验仪器，未挂钩码时弹簧指针正对零刻度线； （2）挂一个钩码，记录钩码个数和对应的弹簧弹力，钩码静止后在弹簧指针处描点记作1； （3）依次挂不同数量的钩码，并分别描点、记录钩码个数和弹簧弹力大小； （4）在F-x图像中描点画出弹力大小和伸长量的关系图像； （5）得出结论，尝试写出F-x表达式。 二、弹力 非常好，请坐。实验过程设计的非常详细。 在弹性限度内，弹簧弹力F的大小与弹簧伸长（或缩短）的长度x成正比 k——弹簧的劲度系数，由弹簧本身决定 问题：不同小组的比值k一样吗？此值与什么有关？ x——弹簧的形变量，即伸长（或缩短）的长度 单位：N/m 胡克定律： 三、胡克定律 大量的精确实验研究表明：在弹性限度内，弹簧弹力F的大小与弹簧形变量x成正比。这个规律是英国物理学家胡克发现的，称为胡克定律。 （板书：胡克定律） 其中，公式中x表示弹簧的形变量，即伸长（或缩短）的长度 同学们，我们对比一下这两个图像，图像斜率k值一样吗？（继续切换投屏）（不一样) 这是为什么呢？ 同学们观察一下这两组同学所用的弹簧是否一样呢？ 不一样，一个弹簧硬，一个弹簧软。 经过对比我们发现，不同的小组获得的k值不同，说明k值是一个与弹簧本身有关的物理量，叫做弹簧的劲度系数。根据胡克定律公式我们可以得出劲度系数的单位是 N/M 例题：一根轻弹簧在10.0N的拉力作用下，长度由原来的5.00cm伸长为6.00cm。那么当这根弹簧伸长到6.20cm时，受到的拉力有多大？ 解：据胡克定律 得弹簧的劲度系数为： 当弹簧伸长到6.20cm时,再根据胡克定律 解得： 三、胡克定律 接下来我们通过一道习题来巩固一下我们本节课所学习的内容，请同学们在导学案上作答。 拍照，投屏。这位同学解答的对不对呢？ 解答的非常正确。 我们再来一起看一下标准答案。 一、知识： 1.形变：弹性形变、范性形变；微小形变 2.弹力产生条件： ① 直接接触 ② 发生弹性形变 3.方向：与施力物体恢复原状方向相同 4.大小：胡克定律：F=kx 二、方法： 放大法 列表和图像处理实验数据 课堂总结 下面，我们来总结一下本节课所学习的内容。 哪位同学可以来帮我们总结一下呢？（T同学回答） 回答的非常好，总结的很到位。除此之外，我们还学习了放大法，以及运用表格和图像来处理实验数据的物理方法。 与生产生活 息息相关的弹力 同学们，经过本节课的学习，我们对弹力有了更全面的认识，在我们生活中和弹力相关的现象还有很多，同学们还能再列举几个例子吗？(学生回答）非常好。老师在这里也给出了几个例子。 同学们，生活中处处留心皆学问，弹力与我们的生活息息相关，作为新时代的中学生，我们不仅要通过所学知识 解释这些物理现象，还要将我们所学的物理知识运用到生产生活中去，为我国科技事业的发展贡献自己的力量。 感谢您的倾听！ 好，本节课我们上到这里，同学们下课。 迁移：如图所示为一轻质弹簧的弹力大小F和弹簧长度L的关系图像，试求： (1)该弹簧的原长和劲度系数； (2)图像中左边图线能否延长至与纵轴相交？ 并说明理由。 三、胡克定律 Lavf57.62.100 Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 $