弹力作用点如何确定：3.2弹力恢复力

课 题

§3.2 弹力（恢复力）

课 型

新授课

教 学 目 标

知识与技能

1．知道弹力产生的条件。

2．知道压力、支持力、张力都是弹力，能在力的示意图中画出它们的方向。

3．知道形变越大弹力越大，知道弹簧的弹力跟弹簧的形变量成正比，即胡克定律。

过程与方法

1．通过在实际问题中确定弹力方向的能力。

2．自己动手进行设计实验和操作实验的能力。

3．知道实验数据处理常用的方法，尝试使用图象法处理数据。

情感态度与价值观

1．真实记录实验数据，体会科学的精神和态度在科学探究过程的重要作用。

2．从任何物体都能发生形变人手，培养学生实事求是的世界观．认识事物本来面目。

教学重点、难点

教学重点

教 学 方 法

探究、讲授、讨论、练习

教 学 手 段

教具准备

刻度尺、钢锯条、弹簧、泡沫塑料块、铜片、面团、白纸，墨水瓶(灌满红墨水)、通过橡皮塞插有细玻璃管的椭圆形玻璃瓶、激光光源、平面镜及支架(两套)、物理小车、橡皮筋、小螺旋桨、小球、演示胡克定律用的带刻度的木板、弹簧、钩码等等．

教 学 活 动

[新课导入]

【播放海绵宝宝视频】

[新课教学]

这里有一个宝贝——晶莹透亮的弹力球。【球从地上弹起来】弹力球的弹力从何而来？做一个实验：这里有一张一尘不染的白纸，和一个沾满颜料的弹力球，把弹力球从纸面上方释放做自由落体运动，我们看会发生什么？白纸上留下了一个印子。这说明了什么？说明在产生弹力时，球和白纸发生了一次“亲密接触”，也就是说发生了一次碰撞。由此可以得出产生弹力的第一个条件：物体之间发生直接接触。

除弹力外，下节将要研究的摩擦力也是通过接触而产生的力。我们给这种力起一个好听的名字：“接触力”，自然界中所有的接触力都归于四种基本相互作用之一的电磁相互作用。

接下来请大家做一个小实验：如果你有幸，有一位同性同桌的话，你可以在确保生命安全的前提下戳一戳他的脸。感受：当你的指尖碰到他的脸时，同桌的皮肤发生了怎样的变化？好，轻一点。。我们同学的皮肤是很娇嫩的，吹弹可破啊。大家现在回答我的问题：“指尖落在脸上时，脸型发生了什么样的变化？”是不是有一个小坑坑？对，物理学中就用“形变”这个概念去描述这种物体的形状在外力的作用下发生的变化。

形变，按效果和形式可以分为两类。首先从效果进行分类。

这一日军中无事，刘备请三弟张飞到帐下畅饮。及至深夜，刘备为张飞安排住处。他们来到一家客栈，有两张床：一张席梦思，一张木板床。张飞一瞅，说在军中睡惯木板床了，就还它吧。一屁股就坐了上去，只听到“嘎吱”一声，床变成了两半。此时他站起来，床会恢复原样吗？不会。床发生的这种形变就叫做“塑性形变”：如果形变过大，超过了弹性限度，撤去作用力后物体不能恢复原状的形变。生活中捏橡皮泥、骨折等都属于塑性形变。

这张木板床已经轰然倒塌了，老张又走向了另一张席梦思。他吸取上回的教训，慢慢地坐下去，席梦思依然状态良好，只是上下晃动了几下。大家都知道席梦思很舒适，因为它的床垫下放置了一些弹簧。人坐在其上，弹簧就发生上下的振动，人离开之后弹簧又恢复原状。这一形变过程称为“弹性形变”：物体在一定的形变后，撤去作用力能够恢复原状的形变。生活中还有哪些弹性形变呀？撑杆跳，蹦蹦床，跳水板等。

然而，事无绝对：现在的电视剧中角色，没有绝对的好人，也没有绝对的坏人。有时候好人黑化变成坏人，坏人良心发现也可以变成好人。【人民的名义】形变也是如此：一根弹簧，我们轻轻拉它是什么形变呀？弹性形变，因为撤去拉力后弹簧可以恢复原状；而我们继续拉下去，最终弹簧就变成了一根细铁丝，同学们想想它还会恢复原状吗？不会啦！这时发生的形变就是塑性形变。之间的临界状态称之为“弹性限度”：当形变在弹性限度内就是弹性形变；而形变超出了这一限度，过犹不及，就成了塑性形变。

形变按形式还可以分为三类：第一类是拉伸/压缩形变，如弹簧；第二类是弯曲形变，金庸笔下射雕大侠们，弯弓射大雕就是将弓弦发生弯曲形变；第三类是扭转形变，同学们每天洗脸都要扭毛巾，毛巾发生的正是扭转形变。

形变 有什么特点？第一：任何物体都能发生形变。这里有一个瓶子（这个瓶子教龄比我都大，都有包浆了），用手一捏，我们猜想它会发生形变。为了便于观察，在其中插入一根导管，通过水面的变化，就可以推知瓶子是否发生形变。【演示实验1】

有的同学对此就表示怀疑，他说：老师，我觉得课桌就很坚硬，我每天在上面趴着，但是也不见桌面发生什么变化呀？其实，你发现的这个问题科学家也注意到了：在桌上放两个平面镜，用激光笔照射平面镜M，用力压桌面，让一束光依次被两个镜子反射，最终发现：压桌子前后，墙上的光点移动了很大的距离。这就说明桌面发生了一些形变，然后导致了平面镜相对位置的改变，进而导致了光路的改变。注意观察：用力压桌子后，光点是如何移动的？【演示实验2】

以上研究过程中，我们使用的方法叫做“微观放大法”——把微小的现象通过一定的实验方法、实验仪器进行放大以便于测量、研究。其实生物研究中，有一个仪器浑身上下充斥着”放大”的血液，就是显微镜。这就是形变的第二个特点：有的形变明显，有的不明显。对于不明显的形变可以用放大法对其观测。

这里有一个坡面，坡面上有一个光滑的小球。给出两个信息：

1. 小球左侧与坡面接触；2.小球保持静止状态。

大家来判断一下小球是否受到了坡面的弹力？可以猜猜看。认为小球不受弹力作用的同学请举起你美丽纤细的右手，我们看到只有**。大家知道：民主集中制的核心是少数服从多数；但一句哲言说得好：“真理往往掌握在什么人的手上？”对！掌握在少数人的手上。那到底是我们少数民族对呢？还是大多数人对呢？

我们一起来分析。这里使用判断弹力有无的一种方法——“假设法”（状态法）。首先判断小球一定会受到什么力？有竖直向下的重力和与之等大反向的支持力，所以竖直方向上合力为0.

关键是小球是否会受到坡面给它的向右的弹力？使用“假设法”：这种方法的本质是假设某一条件成立，看物体的状态是否符合这一条件。我们假设小球受到水平向右的弹力，力是改变物体运动状态的原因，所以小球此时应该会向右运动；但是题目中告诉我们小球的运动状态是什么呀？——静止。假设就和题目条件（运动状态）不符。所以我们的假设是和正确答案背道而驰的，证明小球应不应该受到坡面的弹力作用？不应该！

如果我把小球的状态变为向右运动，大家再来判断小球会受到弹力作用吗？会的！怎么判断的？

另一种方法是“拿去法”。

接下来继续深入研究这个问题：为什么明明小球和斜面发生了接触，满足了产生弹力的条件之一，却不能产生弹力呢？同学们看我手中拿着一个弹力球，看做是图里的这个球，我的手掌就是图中的墙面。它两现在发生了接触，但是我的手掌似乎并没有什么异样的感觉，球也没有明显变化，也就是说在这种只有直接接触的状态下弹力并没有产生；现在我们的动作做一个微调：我使劲让小球压向手掌，这种情况下是不是就有了弹力了？同学们观察这时情况和刚才有什么不同？现在我的掌间感到了明显的疼痛，大家注意观察手掌和小球接触的位置发生了什么样的变化呢？发生了形变。而且让小球与手掌分开，形变恢复了，那么这种形变形式是什么呢？弹性形变！这就导出了产生弹力的第二个条件——发生弹性形变。那刚才那种只有接触无弹性形变的接触，叫“虚接触”。

要想产生弹力，以上两个条件必须同时满足，缺一不可。由此我们就得到了弹力的定义：“发生弹性形变的物体由于要恢复原状，对直接接触的物体产生的力。”

弹力是矢量，既有大小又有方向。接下来，研究弹力的方向。哲言：“风能够吹起一片落叶却吹不走蝴蝶，因为生命的力量在于不屈服!”革命导师恩格斯也说过：“哪里有压迫哪里就有反抗！”不仅是有生命的人，世间万物皆是如此。弹力球就将这一现象表现得淋漓尽致。这是一个弹力球，我们在右侧给它一个压迫力，于是右侧就凹进去了。但是它内心是抗拒的，想要反抗这样的变化，想恢复如初，于是就产生了向右的弹力。由此，弹力的方向是：垂直于接触面，跟物体恢复形变的方向一致。（指向受力物体形变恢复的方向。）

按作用效果（效果力）分类，弹力有：压力、支持力、拉力（张力）。

压力的方向：垂直于接触面，指向被压物体；

支持力的方向：垂直于接触面，指向被支持物体；

绳拉力的方向：沿绳指向绳收缩的方向；以后如果有同学想学工程，比方说土木工程。理工大的土木工程就非常厉害，在全国都名列前茅。你以后当了工程师，经常要接触到的一个名词就是“张力”，什么是张力呢？张力特指的绳中的拉力，用符号T表示。

我们已经学到了弹力的方向总是垂直于接触面和施力物体恢复形变的方向一致。那现在我们给大家几幅图，大家来判断一下这几幅图中有哪些弹力？他们的方向各指向哪里？

有四个物体，他们都处于静止状态。第一幅图：墙角数枝梅，这里只有个枝；第二幅图：这里有个碗，碗里有个筷子；第三幅图：墙壁上挂着一个篮球；第四幅图：这是一个比较尴尬的图，一个车轮卡在狭缝里。那请四位同学上黑板标出这几个物体的弹力方向，做力的示意图。

按接触类型来做一个归纳：

1. B：点与面接触：过点做接触面的垂线；（例：墩布；浮冰触船）

C：面与面接触：找接触点，过点做接触面的垂线；（MM豆与碗底面面相觑）

D：点与点接触：找点与点的公切面，过点做公切面的垂线。（尴尬例子卡路里）

由此得出结论，所有的弹力都垂直于接触面。

接下来，我们再按照弹力的载体做一个归纳：

【PPT展示】注意：1.绳上弹力方向一定沿绳；而杆的弹力方向可能不沿杆，杆可以发生弯曲，弹力发生在弯曲形变处。

2.弹簧既能伸长也能缩短，所以弹簧上的弹力既能充当拉力又能充当推力，而绳只能伸长，因此绳上的弹力只能当拉力。

高考“组合体”的受力分析。

[看图说话☞生活中的物理]

力的作用效果之一是改变物体的运动状态。

由于路灯处于静止状态，所以它受到的合外力一定为0.

分析可知，路灯受到竖直向下的重力；它一定还会受到一个与之等大反向，也就是竖直向上的力。

这个力由谁来提供呢？只能由灯杆发生弹性形变提供，所以它是灯杆的弹力。

可以看出灯杆的方向是倾斜向上；灯杆的弹力方向是竖直向上。

由此得出结论:杆的弹力方向很“任性”——可沿杆，也可不沿杆。

接下来看弹力的大小如何表示？首先猜想弹力的大小和什么因素有关？结合大家的生活经验，你发现一根弹簧拉的越长，是不是弹力越大呢？说明弹力应该与形变量有关；那么还和什么有关？是不是和你所拉的这种材料种类有关啊？

我们就选一种很特殊的材料——“弹簧”来探究弹性大小和什么因素相关。需要的器材是：铁架台，弹簧，刻度尺（用来量弹簧的形变量），钩码（用来给弹簧提供拉力）。【flash实验】

提3个问题：

1. 怎样知道弹力的大小？由二力平衡，弹簧平衡时，弹力就等于钩码的重力:F=G；
2. 如何测量形变量？弹簧的形变是什么呀？是相对于原长变化了的量。所以我们可以用刻度尺测量被拉伸的长度，再减去原长：△l=l’-l0。是不是就是弹簧的形变量啊？

3.用什么方式处理数据并得出结论？作F与△x的关系表格，并由此作图。

得出结论：F与△x成正比例关系，或者叫线性关系。它们之间的比例系数设为k，于是有：F=kx

我们发现：不同的弹簧的F与△x都遵从正比例关系，但斜率不同，那这就反映了弹簧本身的性质，斜率k叫作劲度系数。对于不同的弹簧，劲度系数往往不同。生活中，我们说有的弹簧“硬”，有的弹簧“软”。汽车座椅下起避震缓冲作用的弹簧弹性较大，我们就说这样的弹簧是硬弹簧；而女同学扎头发的弹簧，皮筋弹性较小，就说它较“软”。劲度系数的单位是N/M，可以通过比值得到。∵F=kx，∴k=F(N)/x(M)→k:N/M。因此k与F和△x无决定关系。

另外发现：有一组数据做出的图像是非线性关系，说明并不适用我们我总结出弹力大小的这个结论：F=kx，这个结论只适用于在弹性限度内的弹簧，而这组数据的弹性体其实是橡皮筋、超过弹性限度的弹簧，那这样的物体是不适用的。

其中，x表示的并不是弹簧的长度而是其变化了的长度。假设，处于自然状态（最舒适的姿态——葛优躺）下的弹簧长度为x0，当弹簧被拉长（葛优腿蜷曲回来）后长度变为x’ 那么弹簧的长度变化量（形变量）就是x=x0-x’.大家通过观察，当弹簧发生向外的拉伸形变时，弹力的方向是向里的；反之，当弹簧发生向里的压缩形变时，弹力的方向是向外的。所以大家可以归纳出来：弹力的方向与形变x的方向是正好相反的。

弹簧测力计就是依据这个原理设计的。视频介绍弹簧测力计【播放视频】

那么我们刚才探究得出的这个结论，其实在很早以前就已经被科学家胡克发现了。为了纪念他，我们给这个规律起了一个名字——“胡克定律”。胡克这个人有着辉煌的过去，曾经担任英国皇家学会（R.S.）的前会长。但是，后来他的光芒逐渐暗淡直至在历史上隐去，现在教科书中也只是对他草草一笔“胡克定律的发现者”。因为一个更加伟大的物理学家横空出世，接替了他所有的职务，他就是牛顿。而且牛顿和胡克这两个人在科学的诸多领域（引力之争未平，波粒之争又起）都有着广泛的争议，比方说究竟是谁最先发现万有引力定律，两人就争吵不休。牛顿这个人在历史上都是以斤斤计较而闻名的。所以他做了两件事：第一件：他说了那句话：“我之所以比别人看得更高，那是因为我站在巨人的肩膀上。”以此来讽刺胡克的矮。第二件：他利用职务之便要求画师对胡克的画像进行了P图，不过是往丑里P，所以今天我们看到的胡克画像就是如此。

1678年，胡克写了一篇名为《弹簧》的论文，向人们介绍了对弹性物体实验的结果，为材料力学和弹性力学的发展奠定了基础。这篇论文中提及的内容，简而言之就是今天的胡克定律。

思考：

重力和压力是一种力吗？小组讨论，说出他们的不同之处在哪里？

最后补充说明重力与压力的不同：

1. 实质不同：重力是由于地球吸引而产生的力，属于万有引力；压力是物体与支 持面相互接触、挤压而产生的弹力，是电磁相互作用。
2. 受力物体与施力物体不同:重力的受力者是物体，施力者是地球；压力的受力者是支持面，施力者是物体。
3. 方向不一定相同：重力的方向是竖直向下；压力的方向是垂直于接触面向下，和支持面的放置有关。

4、大小不一定相同：在同一位置重力是定值；压力根据坡面的放置而不同。

第一节课

形变过大或过小，塑性形变和虚接触。都没有弹力，“过犹不及”。

拿走你的座椅靠背，看你倒不倒。

有名无实，类比电学

里的电路线头虚了。

立体交叉，而非加一个黑点。

第二节课

作 业

[布置作业]

教材第59页问题与练习．

板 书 设 计

教

学

后

记